JP5644965B2 - 蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明は自然エネルギー、特に風力や太陽光によって得られるエネルギーを利用して発電した電力を発電状況に応じて蓄電池に充電したり、或いは負荷や商用系統に対して蓄電池から放電する蓄電池システムに係り、特に蓄電池の充電状態を正確に把握することができる蓄電池システムに関するものである。

社会生活に必要な電力は、従来では電力を発生するエネルギー源として石炭や石油のような化石燃料を燃焼させて高温、高圧の蒸気を発生し、この蒸気を利用して発電機の発電タービンを駆動して獲得するようにしていた。

ところで、周知の通り地球温暖化の防止のために二酸化炭素の排出量を抑制することが地球規模で要請されている。上述したように、これらの化石燃料は多くの二酸化炭素を発生するためエネルギー源として使用するには制限があり、これらの代替エネルギーとして自然エネルギーである風力や太陽光を利用した発電システムが注目され、また効率の良い発電システムの製品化に向けて開発が行われている。

しかしながら、風力や太陽光など自然エネルギーを利用した発電システムでは発電量が大きく変動するといった現象が生じる。

例えば、風力や太陽光を利用した発電システムを商用系統に接続する場合、発電量が商用系統を安定に保つ上で、受け入れ可能な量を上回った時に余剰電力を蓄電池に蓄電し、発電量が商用系統を安定に保つ上で必要な量に満たない時に蓄電池から商用系統に対して放電を行って電力の平準化を図る蓄電池システムが風力や太陽光を利用した発電システムに接続されるようになっている。上記蓄電システムにより、自然エネルギを用いた発電システムが、商用系統に対して出力する電力の所定時間あたりの変化量を、所定値以下とすることができ、商用系統に連系させるために求められる要件を充足できるようになる。

尚、この蓄電池システムは風力や太陽光を利用した発電システムの設備に共に併設される場合と、負荷や商用系統に至る間で適宜設けられる場合があるが、以下に説明する本発明ではその設置場所は任意であって制限されるものではない。

さて、蓄電池を効率よく充放電させるためには現在の蓄電池がどの程度の充電状態(SOC：State Of Charge)値にあるかを正確に把握しておくことが重要である。

例えば、充電状態(SOC)値が低い蓄電池においては放電を継続すれば過放電状態となり、時に回復不能な劣化を蓄電池に引き起こすことがある。この過放電の影響は、鉛蓄電池においては電極板に硫酸鉛が析出するサルフェーションとなって現れて充放電容量の低下を招くようになる。

一方、充電状態(SOC)値が高い蓄電池においては充電を継続すれば過充電状態(SOC)値となり、電極等の劣化を引き起こすため蓄電池への悪影響が不可避である。例えば鉛蓄電池に過充電を行えば、電気分解による電解液の減少や陽極の劣化などを生じるようになる。

以上のように、発電システムを稼動させている状態で蓄電池を効率よく充放電させるためには現在の蓄電池がどの程度の充電状態(SOC)値にあるかを正確に把握しておくことが重要である。

そして、蓄電池の充電状態(SOC)値を測定する方法は種々提案されているが、代表的には(１)特開平５−２６９８７号公報（特許文献１）にあるように、ある基準点からの電流の積分量に基づいて蓄電池の充電状態(SOC)値を求める方法や、(２)電気学会論文Ｂ，１２８巻８号、２００８年「階段状電流を用いた鉛蓄電池シミュレーションモデリング手法」（非特許文献１）にあるように、ある時点の電流、電圧、温度の瞬時値に基づいて蓄電池の充電状態(SOC)値を求める方法が知られている。

特開平５−２６９８７号公報 電気学会論文B，128巻8号、2008年)「階段状電流を用いた鉛蓄電池シミュレーションモデリング手法」

しかしながら、特許文献１に記載の測定方法によれば、電流の積分の開始時からの積分回数、若しくは時間の経過と共に積分した時の誤差がその都度毎に順次累積していき、充電状態(SOC)値の測定誤差が拡大していくという現象があった。

これは、積分に利用する電流測定値の分解能や精度が有限である点と、加えて技術的に実現できる積分の時間分解能も有限であることに起因している。したがって、この測定方法を単独で用いて充電状態(SOC)値を把握するにはその精度に課題があった。

また、非特許文献１に記載の測定方法によれば、発電システムを稼動させて蓄電池が充放電を行っている状態下で、少なくとも蓄電池へ流入する、或いは流出する電流値及び蓄電池端子の電圧値を測定し、蓄電池の温度も考慮して蓄電池の充電状態(SOC)値を算出するものである。

ただ、この方法では、蓄電池が充放電を行っている状態下で少なくとも蓄電池へ流出入する電流の時間的な変動が大きいと、端子電圧の過渡的な変動を生じ、その過渡的な端子電圧に基づいたSOCの算出では、正確な充電状態(SOC)値を把握できない恐れがある。

特に風力発電システムや太陽光発電システムの場合では生成される電力が短時間の間に大きく変動するため正確な充電状態(SOC)値を把握できない恐れがある。

本発明の目的は発電システムを稼動させている状態下で、蓄電池の正確な充電状態(SOC)値を把握することができる蓄電システムを提供することにある。

本発明の特徴は、蓄電池システムの複数の蓄電池ブロックに発電装置からの電流を配分すると共に、少なくとも１つの蓄電池ブロックに対して定電流を配分する電流配分部を設け、定電流が配分される蓄電池ブロックの少なくとも電流、電圧及び温度から充電状態(SOC)値を推定する、ところにある。

本発明によれば、風力発電システム等の自然エネルギーを電力に変換するシステムでは生成される電力が短時間の間に大きく変動するため、過渡的な電圧変動の影響を受け、正確な充電状態(SOC)値を把握できない恐れがあるのに対し、蓄電池ブロックに流れ込む電流を定電流の状態にしておいて充電状態(SOC)値を測定するようにしているため、過渡的な端子電圧変動を低減した状態を確保できるので、正確な充電状態(SOC)値が測定できるようになるものである。

本発明が適用される風力発電システムの構成を示す全体構成図である。 本発明の基本的な考え方を示すための蓄電池システムにおける蓄電池状態測定部と電流配分部の概略の構成を示す構成図である。 本発明の一実施例になる蓄電池システムにおける蓄電池状態測定部と電流配分部の概略の構成を示す構成図である。 各蓄電池ブロックに配電される電流の特性を示す電流特性図である。 図３に示す実施例をコンピュータシステムで実施する場合の制御ロジックを示すフローチャート図である。 定電流モード状態の蓄電池ブロックの電流の状態と、この蓄電池ブロックから他の蓄電池ブロックに流れ込む電流の状態を示す電流特性図である。 図６に示す他の蓄電池ブロックに流れ込む電流の悪影響を抑制するための方法を示す電流特性図である。 図７に示す他の蓄電池に流れ込む電流が所定の電流制限値を越える前に定電流モードを停止する制御ロジックを示すフローチャート図である。 図８に示すフローチャートで定電流モードの蓄電池ブロックが定電流モードを停止している状態から復帰する場合の制御ロジックを示すフローチャート図である。 本発明の他の実施例になる蓄電池システムにおける蓄電池状態測定部と電流配分部の概略の構成を示す構成図である。 図１０に示す実施例をコンピュータシステムで実施する場合の制御ロジックを示すフローチャート図である。 本実施例によって測定された充電状態(SOC)値を補正するための補正機能ブロックを示すブロック構成図である。 図１２に示された機能ブロックを実施する制御ロジックを示すフローチャート図である。 図１３のフローチャートで実行される充電状態(SOC)値の補正状態を示す特性図である。 図１４と同様に、図１３のフローチャートで実行される充電状態(SOC)値の補正状態を示す特性図である。 電流積算による補正時期を示す説明図である。 図１３にあるフローチャートを実施した時の充電状態(SOC)値の補正状態を示す特性図である。

以下、図面に従い本発明の実施例を詳細に説明するが、自然エネルギーを利用した発電システムの一例として先ず風力発電システムの概略を図１に基づいて説明する。

図１において、参照番号１０は風力発電システムを構成する風車であり、風車１０が風力によって回転することで、風車１０或いは発電設備１１に設けられている発電機(図示せず)が回転されて発電を行なうものであり、風車１０或いは発電設備１１で発電された電力は商用系統１２に供給されるものである。

そして、上述したように、風力発電システムにおいては風力の変動によって発電量が大きく変動するといった現象が生じる。このため、風力発電システムでは発電量が商用系統の安定化のために受け入れ可能な量を上回った時に余剰電力を蓄電池に蓄電し、発電量が商用系統における安定化のために必要な電力量に満たない時に蓄電池から商用系統に対して放電を行って電力の平準化を図る蓄電池システム１３が接続されている。

この蓄電池システム１３は大まかには、蓄電池セル１４が直列に接続された複数の蓄電池ブロック１５と、複数の蓄電池ブロック１５に充電と放電を行なわせるインバータ装置１６と、インバータ装置１６によって複数の蓄電池ブロック１５に充電と放電を行なせる充放電制御装置１７と、複数の蓄電池ブロック１５の充電状態(SOC)値、電流状態、電圧状態、温度状態等を検出する蓄電池状態検出装置１８と、蓄電池状態検出装置１８からの信号やその他の信号から充放電制御装置１７に充放電指令制御信号を与える制御装置１９等から構成されている。なお、ここで言うインバータ装置１６とは、より詳細には双方向コンバータの機能を有するものである。

ここで、インバータ装置１６は発電装置から送られてくる交流電流を直流電流に変換して蓄電池ブロック１５に充電し、複数の蓄電池ブロック１５からの直流電流を交流電流に変換して商用系統に放電させる機能を有している。

インバータ装置１６周辺の回路は、複数の蓄電池ブロック１５からの電流を任意に配分できる構成であれば足りる。例えば、DCバス上で複数の蓄電池ブロック１５からの電流を合成する方式でも良い。この場合、各々の蓄電池ブロック１５に設けた図示しない双方向DC−DCコンバータを介し各々の出力を図示しないDCバス上で合成し、その後図示しない双方向DC−ACコンバータで、直交変換し、商用系統へ連系する構成をとっても良い。

上記のような蓄電池システム１３において、風力発電システムの風車１０或いは発電設備１１で生成した電力を商用系統１２に供給する際は、任意の時刻から始まる所定の時間間隔の間で所定の電力変動の範囲内に収めて商用系統１２に供給することが求められる場合がある。

このため、蓄電池システム１３では発電装置からの電力が所定電力範囲を超えて発電されている場合に複数の蓄電池ブロック１５に充電し、発電装置からの電力が所定電力範囲より少ない場合に蓄電池ブロック１５から放電して商用系統１２に供給される電力が所定範囲に収まるように制御している。

つまり、図１において参照番号２０で示すグラフにあるように風力発電システムの発電装置からの発電量は風力変動に伴って大きく変動している。この変動している発電量をそのまま商用系統１２に供給することは商用系統１２への連係要件として課される場合がある。

このため、参照番号２１で示すグラフにあるように蓄電システム１３側から発電装置の発電量の変動を平滑化するように放電し、その結果参照番号２２のグラフにあるようにその合成発電量を商用系統１２に供給するようにしている。

そして、このような蓄電池システムの構成においては、複数の蓄電池ブロック１５が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって損失が生じるようになる。

そこで、余剰電力を効率よく複数の蓄電池ブロック１５に充電するため、蓄電池の充電状態(SOC)値が１００％とならないように充電制御が行われている。また、上述した発電装置の発電量を平滑化するため必要なときには放電しているが、充電状態(SOC)値が０（零）％とならないようにも放電制御も併せ行われている。

通常、電池劣化防止の観点から複数の蓄電池ブロック１５においては、充電状態(SOC)値が３０％〜９０％の範囲(部分充電状態でPSOC：Partial State Of Chargeと称されている）で推移するように充放電制御が行われている。

したがって、風力発電システムが稼動している状態において、充電状態(SOC)値が正確に把握できないと、充電状態(SOC)値が低い複数の蓄電池ブロック１５で放電を継続すれば過放電状態となり、蓄電池ブロック１５が鉛蓄電池であれば電極板に硫酸鉛が析出するサルフェーションとなって現れて充放電容量の低下を生じるようになる。

また、充電状態(SOC)値が高い複数の蓄電池ブロック１５で充電を継続すれば過充電状態となり、電気分解による電解液の減少や陽極の劣化などを生じるようになる。

このため、風力発電システムが稼動している状態において、充電状態(SOC)値を正確に把握して蓄電池システム１３の充放電制御を行なうことが極めて重要である。

次に、上述したような充放電状態(SOC)を正確に把握するための具体的な構成、方法について以下に図面を用いて説明する。尚、以下に説明する実施例では蓄電システム１３の複数の蓄電池ブロック１５に充電する場合を例に説明を行なうようにするが、複数の蓄電池ブロック１５における容量や蓄電池の種類が異なっても良い。更に電気二重層コンデンサや、リチウムイオンコンデンサであっても良い。また、ある１つの蓄電池ブロック１５の放電時にSOC推定を適用する場合、他方の蓄電池ブロック１５に相当する装置は、必ずしも二次電池である必要は無く、ヒータなど変動する電力を吸収可能な負荷としても良い。

図２に示す実施例は本発明の基本的な考え方を示すものであり、その特徴は風力発電システムが稼働中であるときは発電装置の発電量が大きき変動していることを考慮して充電状態(SOC)値を測定する方法を提案するものである。

具体的には、蓄電システム１３に備えられている複数の蓄電池ブロック１５の代表として２個の蓄電池ブロックを備えたものにおいて、これらの蓄電池ブロックに入力される電流を少なくともこれに対応して２つに分離するようにし、一方の電流を変動が少ない電流に維持し、残りの電流を他方の電流とすると共に、変動が少ない電流側（理想的には定電流の状態）で充電状態(SOC)値を測定するようにしたものである。

以下の説明では変動が少ない電流、あるいは実質的に一定の電流を定電流として表現するようにしているが、要は充電状態(SOC)値を測定するうえで実用上安定した電流値であれば良いものである。

ここで、図２に示すものは蓄電池ブロックが２個であるが、２個以上の場合は、１個の蓄電池ブロックについては定電流を流し、残りの電流は他の蓄電池ブロックに適宜分配して充放電するようにすれば良い。例えば、各蓄電池ブロックの目標SOCにより近づくように調節しても良い。また、電池容量が同一のものが用いられている場合には、蓄電池ブロックの数に対応して均等に按分して充電しても良い。

上述したように、充電状態(SOC)値を測定する場合、風力発電システムでは生成される電力が短時間の間に大きく変動するため、出力変動抑制用途の蓄電池においては、変動する充放電電流が印加されることとなり、正確な充電状態(SOC)値を把握できない恐れがあるのに対し、定電流の状態にしておいて充電状態(SOC)値を測定すると、測定に必要な時間の間に亘って電流が一定な状態が確保できるため、蓄電池の端子電圧変動の影響を低減でき、正確な充電状態(SOC)値が測定できるようになるものである。なお、蓄電池の端子電圧変動の影響を与えるものとしては、分極によるものなどが挙げられる。

図２においては、図１に示す風力発電システムに用いられる蓄電池システム１３の蓄電池状態検出装置１８に関係する構成について説明しているが、蓄電池システム１３には目標とする充放電目標値(電流)が設定されており、これに基づいて発電設備から複数の蓄電池ブロック１５に充電されたり、複数の蓄電池ブロック１５から商用系統に放電されたりして充放電目標値(電流)が制御されるようになっている。つまり、図１に示すグラフ２０とグラフ２２に示したような電流の出入りが制御されるようになり、結果としてグラフ２２にあるように制御された合成電流となるようになっている。

図２に戻って、参照番号２３は蓄電池システムにて充放電すべき電流の目標値を表したグラフを示しており、風力発電システムでは風況によって大きく変動する。

この大きく変動する電流が複数の蓄電池ブロック１５に、適宜分配されて（例として、均等配分されて）充電される。図においては簡単化のために蓄電池ブロック１５が２個の例を示しており、この電流は充放電制御装置１７に設けられている電流配分部２４によって蓄電池ブロック１５Ａ用と蓄電池ブロック１５Ｂ用の２つの電流に分離されて配分される。

そして、本実施例においてはこの電流配分を充電状態(SOC)値が測定しやすいように、蓄電池ブロック１５Ａに配分される電流を定電流に設定し、蓄電池ブロック１５Ｂに配分される電流を残りの電流である差分電流として設定するものである。この電流配分については公知の手法によって行なわれる。

電流配分部２４は蓄電池の充放電目標値を所定の値を有する定電流成分に分離する定電流配分部２５と、蓄電池の充放電電流目標値から定電流部２５の電流値を差し引いた差分電流成分に分離する差分電流配分部２６を有している。この場合、定電流配分部２５で設定される定電流の値はその発電システムに合わせて適切な値が選択されて設定されるものである。

例えば、定電流配分部２５で設定される電流値を予め定めた固定的な電流値として決めても良い。一例として、例えば例えば0．1CAでの充放電時のSOC推定精度が高いと予め判明している場合は、その値を定電流値として設定する。また、過去の所定時間の間の充放電電流目標値の平均値に対して所定の割合を乗算して電流値を求めて定電流配分部２５で設定するようにしても良い。この方式では、例えば過去数分間の充放電電流目標値の平均が1000Aである場合、これを２つの蓄電池ブロックで配分するケースでは、一定電流値を500Aとすることで、他の一定電流値でない蓄電池ブロックへの極端な負担が発生する確率を低減できる。

したがって、定電流配分部２５からの定電流は蓄電池ブロック１５Ａに充電され、差分電流配分部２６からの差分電流は蓄電池ブロック１５Ｂに充電される。尚、この説明では２個の蓄電池ブロック１５Ａと１５Ｂを例示しているが、これよりも多くの蓄電池ブロック５を備えるようにして運用する構成にも、本発明は適用できる。

蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂには蓄電池状態検出装置１８が接続され、蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂの電圧、電流、温度を測定すると共に、充電状態(SOC)値を算出している。電圧は直列接続したセルの全体を計測する以外に、一部の代表セルや、6セルや10セルなど全体セル数に対する所定の割合である一部のセルの直列電圧を一部若しくは全体にわたり計測しても良い。所定の割合である一部のセル数は、計測素子の耐圧を基準に決定しても良い。また、少ない直列数ほど、個別のセルの異常を電圧の異常により検出しやすくなるため、左記異常を検出可能な数を目安として選択しても良い。本実施例においては共通の蓄電池状態検出装置１８を使用しているが、蓄電池ブロック毎に専用の蓄電池状態検出装置１８を夫々用いるようにしても良く、また当該蓄電池状態検出装置１８を電池モジュール一体型としても良い。

各蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂには蓄電池ブロックに流れ込む電流を測定する電流センサ２７Ａ、２７Ｂが設けられ、これは例えば、蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂと直列接続された抵抗素子（例えばシャント抵抗）や電流変成器等で構成されている。この電流センサ２７Ａ、２７Ｂは蓄電池ブロック１５Ａ，１５Ｂを流れる電流を検出し、その電流値を電圧信号として蓄電状態検出装置１８を構成する電流測定部２８へ出力するようになっている。

電流測定部２８は、例えばアナログデジタル変換器を用いて構成されており、電流センサ２７Ａ、２７Ｂを用いて蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂの充放電電流を所定の周期で測定する。電流測定部２８は測定された充放電電流をアナログ信号からデジタル信号に変換して予め定められた周期で充電状態(SOC)値算出部３２へ出力する。

また、蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂには温度センサ２９Ａ、２９Ｂが設けられ、これらは例えば熱電対やサーミスタ等で構成されている。この温度センサ２９Ａ、２９Ｂは蓄電池ブロック１５Ａ，１５Ｂの温度に応じた電圧や抵抗値等のアナログ信号として蓄電状態検出装置１６を構成する温度測定部３０へ出力するようになっている。

温度測定部３０は、例えばアナログデジタル変換器や抵抗値測定回路等を用いて構成されており、温度センサ２９Ａ、２９Ｂを用いて蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂ内の温度を所定の周期で測定する。そして、温度測定部３０は測定された温度をアナログ信号からデジタル信号に変換して温度値として予め定められた周期で充電状態(SOC)値算出部３２へ出力する。

更に、蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂの端子電圧は蓄電状態検出装置１８を構成する電圧測定部３１に送られており、これは例えばアナログデジタル変換器を主要素祖として構成されている。そして、蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂのそれぞれの端子電圧を測定するには、蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂの端子電圧を予め設定された周期でデジタル値に変換して電圧値として求め、これも予め定められた周期で充電状態(SOC)値算出部３２へ出力するようになっている。

以上によって求められた蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂの少なくとも電流値、電圧値、温度値の情報に基づいて、蓄電池状態検出装置１８の一部を構成する充電状態(SOC)値算出部３２によって充電状態(SOC)値が求められる。

充電状態(SOC)値は以下に述べる演算方法によって求められるものである。尚、この演算方法は例示的なものであって、これ以外の演算方法によっても求めることができるものである。

充電状態(SOC)値算出部３２は演算機能を有するマイクロコンピュータ等を利用して構成されており、上述した各センサの検出出力を用いて以下に述べる演算を実行して充電状態(SOC)値を求めるものである。

いま、充電状態(SOC)値をＳ(０〜１の値をとる無次元数)、蓄電池電圧をｖ(Ｖ)、蓄電池電流をｉ(Ａ)とすると、充電状態(SOC)値と蓄電池電圧ｖとの関係は下記(式１)で示される。

よって、この(式１)からSを求めるように変形すれば充電状態(SOC)値を求めることができるようになる。

ここで、放電時では(式1)における係数Ｃ_ｖ０、Ｃ_ｖ１、Ｃ_ｖ２は電流値iとの関係において下記(式２)で示される。

同様に、充電時では(式１)における係数Ｃ_ｖ０、Ｃ_ｖ１、Ｃ_ｖ２は電流値iとの関係において下記(式３)で示される。

尚、ここで(式２)や(式３)における係数は温度によって大きく変動することが知られているので、温度によって各係数を決めておくことが重要である。したがって、実際の演算においては、温度毎に係数テーブル或いは係数マップを作成しておき、演算の過程でその温度に対応して係数テーブル或いは係数マップから必要となる係数を読み出して演算することになる。

尚、(式1)は充電状態(SOC)値、電流、温度(係数値に反映)から電圧を求める形式となっているが、二次方程式の解の公式を用いてSを求める形式に容易に変換できる。また、黄金分割等を用いる反復手法で数値的にSを求める方法を用いても良いものである。

このように、風力発電システムでは生成される電力が短時間の間に大きく変動するため正確な充電状態(SOC)値を把握できない恐れがあるのに対し、本実施例のように定電流の状態にしておいて充電状態(SOC)値を測定すると、充放電電流の変動に伴う蓄電池端子電圧の変動の影響を低減できるため正確な充電状態(SOC)値が測定できるようになるものである。

ここで、蓄電池システムの入力側と出力側の電圧が同程度と仮定した場合に蓄電池ブロック１５Ａが充放電されていると両者の電流の差分が充放電制御装置１７に入力されるように見做されるが、上記した制御は同様に成立するものである。

更に蓄電池システムの入力側と出力側の電圧が異なる場合も、電圧と電流の積である電力に置き換えることによって上記した制御が成り立つものである。尚、発電装置からの入力は電流で表したが、電力値を用いて制御を行なっても良いものである。

以上に説明した実施例は本発明の基本的な考え方を示したものであり、実際には(１)定電流配分部２５によって充電される蓄電池ブロック１５Ａと差分電流配分部２６によって充電される蓄電池ブロック１５Ｂの充電量が異なる不均衡状態が生じるようになるとか、(２)蓄電池ブロック１５Ｂについては正確な充電状態(SOC)値が得られないという実運用上の対応策が必要である。

このような対応策について以下に説明するが、基本的には実施例１の技術を採用した上での対応策を提案している。

次に本発明の第２の実施例を図３に基づき説明するが、実施例１で示した参照番号と同一の参照番号は同一の構成部品、或いは均等の機能を有した構成部品を示している。

この第２の実施例の目的は実施例１に示す充電状態(SOC)値の測定手法を採用しながら、一定電流を印加するタイミングを実施例１と比較してより短時間にしたものである。当該測定手法によって、第一の実施例と比較して、電力変動の抑制効果が高くなっている。

図３は第２の実施例を機能的に表現したものであり、蓄電池ブロック１５Ａは切り換えスイッチ３３を介して電流配分部２４と接続されている。この例では蓄電池ブロック１５Ａについて定電流を流す構成となっている。

このようにする理由としては、複数の蓄電池ブロック１５をばらつきが少なく製造、管理することで複数の蓄電池ブロック１５の製品特性や経年劣化特性が近似でき、代表して１個の蓄電池ブロック１５Ａで充電状態(SOC)値を求めるようにしても複数の蓄電池ブロック１５の充電状態(SOC)値を推定できるという理由に基づいている。ただ、複数の蓄電池ブロックをより正確に充電状態(SOC)値を測定する場合についての方法は後述する。

そして、制御装置１９から送られてくる制御信号によって切り換えスイッチ３３は充電状態（SOC）値の測定が必要となった際、所定の時間間隔でワンショットタイマ的に(一定であっても可変であっても良い)切り換えられる。なお、通常は、蓄電池ブロック１５Ａに定電流配分部２５からの定電流、及び按分電流配分部２６Ａからの按分電流(これは電流配分部２４に入力され他の蓄電池ブロックと按分された電流)が交互に充電されるものである。

つまり、ある時点において蓄電池ブロック１５Ａは切り換えスイッチ３３によって定電流配分部２５に接続されて定電流で充電され、この状態では蓄電池ブロック１５Ａは定電流で充電されているので実施例１と同様に正確な充電状態(SOC)値を測定することができる。

尚、この状態においては、蓄電池ブロック１５Ａに按分される按分電流から定電流を差し引いた差分電流が他の按分電流配分部２６Ｂに加えられて蓄電池ブロック１５Ｂに按分される。したがって、蓄電池ブロック１５Ａが定電流で充電されている間は、他の蓄電池ブロック１５Ｂは通常より大きな振幅の電流で充放電されることになる。

次いで所定の時間が経過すると、切り換えスイッチ３３が切り換わり、蓄電池ブロック１５Ａは切り換えスイッチ３３によって按分電流配分部２６Ａに接続される。このとき、按分電流配分部２６Ａの電流には上述したように蓄電池ブロック１５の数に対応して按分された電流が充電されるようになる。この状態では電流が変動しているので充電状態(SOC)値を計測するには適していなく、充電状態(SOC)値の計測は実施されないようになっている。

この第２実施例による蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂへの充電状態を図４に示している。図４（a）は蓄電池１５Ｂに充電される電流を示し、図４（ｂ）は蓄電池１５Ａに充電される電流を示している。これからわかるように、蓄電池システムで充放電すべき電流の目標値から、蓄電池ブロック１５Ａに印加される一定電流値を差し引いた残余を、蓄電池ブロック１５Ｂが充放電する。

蓄電池ブロック１５Ａについては、図４（ｂ）にある通り、時刻Ｔ１までは切り換えスイッチ３３は蓄電池ブロック１５Ａと按分電流配分部２６を接続している。またこの間において、蓄電池ブロック１５Ｂについては図４（a）にある通り、所定の割合で分流された電流によってそのまま充電されている。なお、所定の割合とは、例えば、各蓄電池ブロックの目標充電状態（SOC）値により近づくように調節された割合である。また、電池容量が同一のものが用いられている場合には、蓄電池ブロックの数に対応して均等に分流して充電しても良い。

このため蓄電池ブロック１５Ａには按分電流配分部２６Ａの電流が入力されて充電されるようになる。これは通常の充電状態であり、他の蓄電池ブロック１５Ｂも同様である。

尚、上述したように、按分電流は複数の蓄電池ブロック１５の数によって異なっており、複数の蓄電池ブロック１５の数に応じ、所定の割合で分流された電流が各蓄電池ブロック１５に流れ込むものである。

次に、時刻Ｔ１を過ぎると切り換えスイッチ３３は蓄電池ブロック１５Ａと定電流配分部２５を接続している。このため蓄電池ブロック１５Ａには定電流配分部２５の電流が流れているので、このときに充電状態(SOC)値を測定するようになる。

そして、この状態においては蓄電池ブロック１５Ａに対して本来では按分される按分電流が定電流に置き換えられるので、その差分電流は他の蓄電池ブロック１５Ｂの按分電流配分部２６Ｂの按分電流に加算される。この状態が図４(a)に示す加算領域である。

次に、時刻Ｔ２に達すると切り換えスイッチ３３は蓄電池ブロック１５Ａと按分電流配分部２６Ａを再び接続することになる。このため蓄電池ブロック１５Ａには按分電流配分部２６Ａの按分電流が入力されて充電されることになる。

このように第２実施例においては、蓄電池ブロック１５Ａには通常は蓄電池ブロック１５の数に対応し、適宜配分した電流によって充電されているが、所定の条件の下で定電流によって所定時間だけ充電するようにしているので、この間に安定して充電状態(SOC)値を計測できるものである。

次に、この第２の実施例を実際にマイクロコンピュータの判断ロジック等を利用して実施する場合のフローチャートについて説明する。

図５はマイクロコンピュータによる判断ロジックを示すフローチャートであり、所定のスケジューリングや時間インターバルでタスク起動もしくは割り込み起動されるものである。

この実施例は、複数の蓄電池ブロック１５のうち、少なくとも１つの蓄電池ブロック１５Ａを所定時間だけ定電流にする定電流モードと、按分電流配分部２６Ａの電流にする通常モードを有する蓄電池システムの例である。

図４にあるように、通常モードは按分電流配分部２６Ａの按分電流によって蓄電池１５Ａが充電される期間を意味し、定電流モードは定電流配分部２５で設定された定電流によって蓄電池１５Ａが充電される期間を意味しており、通常モードでは充電状態(SOC)値を計測しない非計測状態となり、定電流モードでは充電状態(SOC)値を計測する計測状態となるものである。

図５において、現時点では通常モードで蓄電池ブロック１５Ａが充電されている状態下にあるとする。この状態で所定の割り込みタイミングで図５のフローが起動されると、先ずステップＳ５０で定電流モード、すなわち充電状態(SOC)値を計測するモードに移行するか否かの判断を行う。

この移行判断は(１)蓄電池システム１３の制御装置１９からの充電状態(SOC)値の取得要求や、(２)インターバルタイマによる時間的要因に基づく定時取得要求や、(３)蓄電池ブロック１５Ａの部分充電状態(PSOC)の運用限界近傍へ到達する充電状態(SCO)値それ自身による取得要求等によって判断されるものである。なお、この運用限界近傍と判定される値は、システムの推定精度や、運用限界近傍の電流のディレーティングによって決定されるものである。

ここで、充電状態(SOC)値の限界への到達状況を判断材料とする場合は、前回の充電状態(SOC)値の測定から公知の電流積算手法によって得られる充電状態(SOC)値の概略値を用いる方法がある。電流積算による充電状態(SOC)値は、積算時間が短い間は精度が期待できるため本制御に利用できるものである。また、本実施例に限らず、電流積算方式でない充電状態(SOC)値の計測に伴う補助情報として、電流積算の充電状態(SOC)値を用いることは有効である。

次にステップＳ５０の判断によって、充電状態(SOC)値の計測を行なう定電流モードへの移行が決定するとステップＳ５１に進んで定電流モードを実行する。この場合、図５の切り換えスイッチ３３が蓄電池ブロック１５Ａと定電流配分部２５とを接続する状態となることを意味している。したがって、蓄電池ブロック１５Ａには一定の電流が流れ込んで充電を行なう。

この定電流モードの期間中にステップＳ５２に進んで充電状態(SOC)値が計測されるものであるが、この充電状態(SOC)値は電流を一定としている時間の経過と共に推定精度が向上する傾向がある。このため、定電流モードの終了間際に充電状態(SOC)値を算出すると精度向上を図るうえでも有利である。

定電流モードの終了間際に充電状態(SOC)値を算出する方法としては定電流モードの終了要求がくると充電状態(SOC)値を算出した後に定電流モードを終了させる方法や、定電流モードの期間中に充電状態(SOC)値を複数回に亘って算出して記憶させておき、定電流モードの終了に合わせて最新の充電状態(SOC)値を読み出して使用するといった方法が考えられる。

ステップＳ５１及びステップ５２において定電流モードで充電状態(SOC)値が計測されている状態でステップＳ５３に進むと定電流モードを継続するかどうかの判断を実行する。このステップＳ５３は充電状態(SOC)値の計測を終了するかどうかの終了判断である。

この終了判断は、(１)充電状態(SOC)値を計測のために設定された規定時間に到達した場合や、(２)ステップ５１及びステップ５２で実施した定電流モード処理の結果、蓄電池ブロック１５Ａの電圧応答状態が安定化した(計測された端子電圧の変化率がある一定値より小さくなった)場合や、(３)充電状態(SOC)値の測定対象でない蓄電池ブロック１５Ｂ(図では他ブロックと記載している)の充放電電流が制限値に到達した場合などがある。

ステップＳ５３で定電流モードが終了したと判断されるとステップＳ５４に進み、定電流モードが終了した旨の信号を発信し、この信号は例えばＳＯＣ算出部３２に送られるようになる。

上述したように、定電流モードの終了間際に充電状態(SOC)値を算出することが計測精度を高めるうえで有効であるので、定電流モードの終了に合わせて定電流モードの期間中に亘って算出して記憶させておいた最新の充電状態(SOC)値を読み出して使用するといった方法を適用可能である。

尚、定電流モードの終了信号がくると充電状態(SOC)値を算出した後に定電流モードを終了させる方法については、フローを若干変更してステップＳ５３での判断を定電流モード終了予告判断とし、この予告判断をステップＳ５４で受けると、この後に続く処理で充電状態(SOC)値を算出して、更に続く処理で定電流モードを終了するようにして実行することができる。

また、ステップＳ５４で発生された定電流モードが終了した旨の信号は蓄電池システム１３の外部へ出力しても良く、また蓄電池システム１３内の各種制御処理のイベント信号として利用しても良いものである。

次に、ステップＳ５０において、定電流モードで無いと判断されるとステップＳ５５に進んで通常モードを実行する。通常モードでは、図３の切り換えスイッチ３３が蓄電池ブロック１５Ａと按分電流配分部２６Ａとを接続する状態を意味している。この場合は上述したように、按分電流となるので蓄電池ブロック１５Ａには従来と同様の充電が可能となる。

尚、上述したように複数の蓄電池ブロック１５の中で１個の蓄電池ブロック１５Ａに対して定電流状態での充電状態(SOC)値の計測モードを付加し、残りの蓄電池ブロックは通常の電流配分を行うようにするとシステムコストを低く抑えることができる。

この通常の電流配分時の配分方法は、例えば、(１)複数の蓄電池に対して均等に電流を配分する方法や、(２)充電状態(SOC)値の調整が必要な蓄電池に対して充放電量を加重する方法や、（３）電流値と蓄電池の寿命との関係から、劣化を促進しにくい電流値（ＣＡ値）を考慮して配分する方法等があり、夫々発電システムにあわせて適切な方法を採用すれば良いものである。

以上では、複数の蓄電池ブロック１５の中で１個の蓄電池ブロック１５Ａに対して定電流状態での充電状態(SOC)値の計測モードを付加していたが、より正確に複数の蓄電池ブロック１５の充電状態(SOC)値を測定する場合は次のようにすればよい。

すなわち、複数の蓄電池ブロック１５には温度センサ、電流センサ、電圧センサが設けられているので、図４に示した制御手順と同様な制御手順を各蓄電池ブロックに対し行なうようにすることで実行できるものである。

例えば、蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値の測定が終了したことを監視しておき、充電状態(SOC)値の測定終了が報告されると、次の蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態(SOC)値の測定を行い、順次備えられている蓄電池ブロック１５に対して充電状態(SOC)値の測定を行なっていくものである。このような時間な切り換えシーケンスを採用することによって、すべての蓄電池ブロックに対して正確な充電状態(SOC)値を得ることができるようになる。

次に実施例２にある蓄電池システムを運用している途中で、充電状態(SOC)値を計測する定電流モードが何らかの原因で中断した際に、再び定電流モードに復帰、移行するリトライ方法について説明する。

図３乃至図５に示すような蓄電池システムを運用している定電流モードの中断原因として、例えば、蓄電池システムに備えられている複数の蓄電池１５の内で定電流モードによって運用される蓄電池ブロック１５Ａ以外の蓄電池ブロック、例えば蓄電池ブロック１５Ｂの電流制限値の超過が考えられる。

図６（a)は定電流モード動作を行なっていない蓄電池ブロック１５Ｂにおける電流値の時間推移であり、図６（ｂ)は定電流モード動作をおこなっている蓄電池ブロック１５Ａにおける電流値の時間推移である。

この図からわかるように、図６（ｂ)で定電流モードを実行している間において蓄電池ブロック１５Ａの差分電流は蓄電池ブロック１５Ｂに流れ込むことになる。そして、図６（a)において、蓄電池ブロック１５Ｂは本来では破線のような電流波形であるのに対し、蓄電池ブロック１５Ａが定電流モードに移行すると蓄電池ブロック１５Ａの差分電流が蓄電池ブロック１５Ｂ側に上乗せられて斜線を施した分だけ電流値が大きくなる。このとき、この上乗せられた電流が蓄電池ブロック１５Ｂの電流制限値を超過すると蓄電池ブロック１５Ｂに劣化促進等の悪影響を及ぼすことになる。

この理由は、複数の蓄電池ブロック１５のうち１つの蓄電池ブロック１５Ａを定電流モードで充電すると、定電流モードを行っていない蓄電池ブロック１５Ｂは定電流モードを行なう蓄電池のブロック１５Ａの電流値から定電流値を差し引いた差分の電流値を受け持つことに起因している。

したがって、蓄電池ブロック１５Ａにおける差分電流の振幅は蓄電池ブロック１５Ｂにそのまま上乗せされるため、蓄電池ブロック１５Ｂの電流制限値を超過する確率は自ずと高くなる。電流制限値を超過した場合でも、蓄電池としての動作するものは多いが、寿命や安全性への影響は不可避である。

そこで、図７(ｂ)にあるように蓄電池ブロック１５Ａで定電流モードが実行されている状態で、蓄電池ブロック１５Ｂの電流が図７(a)のＡ点に示すように電流制限値を超過する前の電流値に達すると、図７(ｂ)のＢ点で示すように蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値を測定するための定電流モードの動作を中止し、充電状態(SOC)値を計測するための蓄電池ブロック１５Ａと充電状態(SOC)値を計測しない蓄電池ブロック１５Ｂとで蓄電池システムの充放電電流目標値を按分して分担するようにして蓄電池ブロック１５Ｂの電流制限値の超過を防止するようにする。

このような、定電流モードの中断、停止判定ロジックを図８に示している。

図８において、ステップＳ８０では蓄電池ブロック１５Ｂの電流を電流センサ２７によって取り込み、マイクロコンピュータのＲＡＭにあるワークエリアに記憶させておく。

次にステップＳ８１で、このときの蓄電池ブロック１５Ｂの電流が電流制限値より幾分低い所定の制限値を越えたかどうかを判断し、越えていなければこのフローを終了する。

一方、ステップＳ８１で、このときの蓄電池ブロック１５Ｂの電流が電流制限値より幾分低い所定の制限値を越えたと判断すると、ステップＳ８２に進んで定電流モードを中断、停止させるべき信号を発生させる。

そして、定電流モードを実行しているプログラムはその起動周期に同期して、図８のステップＳ８２で発生させた定電流モードを中断、停止させるべき信号の有無を監視しているので、この中断、停止信号が発生すると定電流モードを中断、停止させるように動作する。

そして、複数の蓄電池ブロック１５において電流制限値の超過が発生する具体的な事例として風力発電システムの例がある。

冒頭で説明したように、従来の化石燃料資源を用いた発電から風力や太陽光等の再生可能エネルギーへの転換が加速している。再生可能エネルギーを用いる発電では、自然エネルギーに基づき発電を行うため発電量の変動が大きい。

この発電量の変動は、特に風力発電システムにおいて顕著に発生することが知られている。つまり、風力発電システムにおいては発生電力が風況によって左右されること、発電電力が風速のおよそ三乗に比例すること、等の理由により非常に変動の大きな電源であることがわかる。

したがって、任意ある時点から定電流モードによる充電状態(SOC)値の計測を開始した場合においては、風速の変動によって常に電流制限値の超過が発生する恐れが潜在的に存在していることになる。

また、商用系統へ接続するためには、系統を安定に保つ必要性から、蓄電池システム１３から放電される電力も当然ながら管理されていなければならない。

したがって、定電流モードによる充電状態(SOC)値の計測状態において、発電量の変動が大きく現れるシステムでは定電流モードを途中で停止し、商用系統への出力変動を一定値内に保持できるようにしておくことが重要である。

次に、この定電流モードを強制的に終了させた場合のその後の処理について図９に基づき説明する。

図９においてステップＳ５０からステップＳ５５までは図５に示す処理と同様なのでここでは説明を省略する。

まずステップS５３で、何らかの原因(正常終了の場合と異常終了の場合を含む)により定電流モードによる充電状態(SOC)値の計測が終了したと判断する。この処理がすむとステップＳ９０に進み、その終了原因を判別する。

具体的には、(１)充電状態(SOC)値を計測のために設定された規定時間に到達した場合や、(２)ステップ５１及びステップ５２で実施した定電流モード処理の結果、蓄電池ブロック１５Ａの電圧応答状態が安定化した(変化率がある一定値より小さくなった)場合や、(３)充電状態(SOC)値の測定対象でない蓄電池ブロック１５Ｂの充放電電流が制限値に到達した場合等の正常終了かどうかの判断である。

次に、ステップＳ９０で正常終了と判断されるとステップＳ５４に進み、定電流モードが終了した旨の信号を発信してこのフローを抜ける。

一方、ステップＳ９０で正常終了でないと判断されるとステップＳ９１に進んでリトライカウンタを加算更新する。

例えば、上述したように蓄電池システムを構成する複数の蓄電池ブロック１５のうち、定電流モードが実行される蓄電池ブロック１５Ａ以外の蓄電池ブロック１５Ｂが電流制限値に到達したことが原因であった場合、定電流モードの停止、中断によるリトライの回数を示すリトライカウントを加算する。

次にステップS９２に進んでリトライカウントの上限判定値に達したかどうかの有無を判定する。このリトライカウント値が上限判定値に達しない場合は、ステップＳ９３に進んで次の定電流モードによる充電状態(SOC)値の計測を行なうまでの時間を測定するリトライタイマーを起動させる。この状態は図７(ｂ)に示されている。

図９にあるように、このリトライタイマーがカウントアップされて所定時間に達すると再び定電流モードが開始されるようになっている。そして、このリトライタイマーは通常リトライカウンタがリセットされて一回目のリトライカウンタのカウントアップで起動させるようになっている。

次にステップS９２でリトライカウントが上限判定値に達したと判定されると、ステップＳ９４に進んでリトライカウント値をリセットすると共に、定電流モードによる充電状態(SOC)値が取得されていないという計測値未取得アラームを出力する。

この計測値未取得アラームは、蓄電池システム１３の各種例外処理の起動のためのイベント信号に用いるほか、蓄電池システム１３の外部への充電状態(SOC)値計測エラーとして出力しても良い。

また、エラーが出ると定電流モードによる充電状態(SOC)値が得られないので、従来の電流積算による充電状態(SOC)値を代用して使用する旨の識別フラグを付したうえで、仮の充電状態(SOC)値として使用するようにしても良い。

また、ステップS９４では、リトライカウントのリセットなど変数のクリアも行う。尚、このリトライカウントの変数のクリアは蓄電池システム１３の充放電制御装置初期化時にも当然行われるものである。

また、ステップS９２でのリトライカウントの判定はリトライの回数以外に、定電流モードの中断が生じた最初の充電状態(SOC)値の計測を開始してからの時間の経過を基に判定しても良い。

なお、時間経過の起点は、蓄電池システム外からSOC値要求を受信した時点としても良い。また、経過時間の終点を、蓄電池システム外からSOC出力期限として、入力しても良い。

また、蓄電池システム１３が外部から充電状態(SOC)値の要求を受信した時点を開始時点とし、経過時間の終点を蓄電池システムの外部からの充電状態(SOC)値の出力要求時点としても良い。

更に図９で示したステップＳ９０での定電流モードの異常終了の判断条件として、電流制限値以外に制限温度範囲の逸脱、制限電圧範囲の逸脱等、の蓄電池としての動作に支障を及ぼす可能性がある条件を用いても良い。尚、温度のように大きな時定数があるものは、超過する前に温度の変化率を予測することによって中断条件としても良い。

また、風力発電システムの制限風速超過に伴うカットオフ等のような、発電側(蓄電池システムへの流入電流供給源)の要因による流入電流断なども中断条件として良いものである。

一方、定電流モードを実行していない側の蓄電池ブロック１５Ｂにおいては、制限電流値の超過を発生させない方法としては第４実施例のような定電流モードの中断以外に、蓄電池の容量(出力電流(電力)、KW値)を大きくすることが考えられる。

しかしながら、定電流モードとなる蓄電池ブロック１５Ａの関与が無い場合でも、十分な電力の平準化を行える構成とするためには、蓄電池の設置量が増えるため、経済性を考慮すると不利である。例えば、風力の平準化用途での鉛蓄電池においては、電力量より電流容量の方が、厳しい条件となるため、電流容量で蓄電池の設置量(並列数)が決まると考えられる。

よって、多くの場合で複数の蓄電池(蓄電池は多数の蓄電池セルが直列接続されたものも含む)の全てを平準化時に利用すると仮定すると、定電流モードの中断機能は有効である。

尚、本発明では風力等の自然エネルギーを利用した蓄電池システムの平準化用途以外においても、一般の予測不可能な負荷に使用した場合にも適用できるものである。

ここで、定電流モードでの充電状態(SOC)値の測定時間は、定電流値をどの程度の大きさに設定出来るかに依存して決まる。定電流による充電状態(SOC)値を測定する場合で測定に要する電荷量一定とすると、測定電流値と測定時間は反比例の関係となる。

一方、設定できる最大電流値は温度や、充電状態(SOC)値の状態、劣化状態により変化するため、蓄電池の状況を把握している蓄電池システム１３の制御装置側が、充電状態(SOC)値を計測するのに要する時間に関して多くの情報を有している。

よって、外部システム側から充電状態(SOC)値の測定に要する時間の問い合わせを受けた場合にこれに応答するようにすることで外部システムからみた蓄電池システムの利便性が向上する。

このほか、蓄電池システム外からの充電状態(SOC)値の要求として、どのくらいの時間内に充電状態(SOC)値が必要かといった時間要期を蓄電池システムに入力しても良い。時間要期に代え、最大リトライ回数で指定しても良い。同じく充電状態(SOC)値の要求として、どの程度の精度で充電状態(SOC)値が必要かといった精度要件を加えても良い。充電状態(SOC)値の精度とその精度の測定に要する時間との関係を蓄電池システムが外部システムに出力する構成としても良い。

次に本発明の第４の実施例を図１０に基づき説明するが、実施例１で示した参照番号と同一の参照番号は同一の構成部品、或いは均等の機能を有した構成部品を示している。

この第４の実施例の目的は実施例１による充電状態(SOC)値の測定手法を採用しながら、各蓄電池ブロック１５の充電量の不均衡を軽減し、また他の蓄電池ブロック１５Ｂについても正確な充電状態（SOC)値を測定できるようにするものである。

図１０は第４の実施例を機能的に表現したものであり、蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂは切り換えスイッチ３４Ａ、３４Ｂを介して電流配分部２４と接続されている。そして、制御装置１９から送られてくる制御信号によって切り換えスイッチ３４Ａ、３４Ｂは所定の時間間隔で切り換えられ、夫々の蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂに定電流配分部２５からの定電流と差分電流配分部２６からの差分電流とが交互に充電されるものである。

この所定間隔は定電流による充電と差分電流による充電が蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂとで同じ状態になるように等しく決められている。

つまり、ある時点において蓄電池ブロック１５Ａは切り換えスイッチ３４Ａによって定電流配分部２５に接続されて定電流で充電され、一方、蓄電池ブロック１５Ｂは切り換えスイッチ３４Ｂによって差分電流配分部２６に接続されて差分電流で充電されている。

この状態で、蓄電池ブロック１５Ａは定電流で充電されているので実施例１と同様に蓄電池ブロック１５Ａの電流値、電圧値、温度値から正確な充電状態(SOC)値を測定することができる。

一方、蓄電池ブロック１５Ｂは差分電流で充電されているので正確な充電状態(SOC)値を測定することが難しく、充電状態(SOC)値の測定は実施していない。

次いで所定の時間が経過すると、切り換えスイッチ３４Ａ、３４Ｂが切り換わり、蓄電池ブロック１５Ａは切り換えスイッチ３４Ａによって差分電流配分部２６に接続されて差分電流で充電され、一方、蓄電池ブロック１５Ｂは切り換えスイッチ３４Ｂによって定電流配分部２５に接続されて定電流で充電されてようになる。

この状態で、蓄電池ブロック１５Ｂは定電流で充電されているので実施例１と同様に蓄電池ブロック１５Ｂの電流値、電圧値、温度値から正確な充電状態(SOC)値を測定することができる。

一方、蓄電池ブロック１５Ａは差分電流で充電されているので正確な充電状態(SOC)値を測定することが難しく、充電状態(SOC)値の測定は実施していないものである。

このようにして、定電流配分部２５と差分電流配分部２６によって蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂとを交互に充電するようにしたため、各蓄電池ブロック１５Ａ，１５Ｂの充電量の不均衡を少なくすることができるようになり、更に蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂの両方とも定電流状態で正確な充電状態(SOC)値を測定きるようになる。

また、共通の電流配分部２４を用いて各蓄電池ブロック１５Ａと１５Ｂの充電状態(SOC)値を測定できるので、システムコストを低く抑えることができる。

また、２個以上の蓄電池ブロックを有するものであっても本実施例の考え方は応用できるものであり、例えば、２個の蓄電池ブロック１５を単位として１個の電流配分部２４を準備してやれば同様のことが行なえるようになる。

ここで、図１０は第４の実施例を機能的に表したものであり、実際はマイクロコンピュータの判断ロジックを利用して切り換えスイッチ３４Ａ、３４Ｂの切り換えをおこなうものである。

図１１はその判断ロジックを示すフローチャートであり、所定の時間インターバルで割り込み起動されるものである。

図１１において、割り込み起動がかかると、ステップＳ１１１で蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値を計測するモードかどうかを判定する。このステップＳ１１１で蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値を計測するモードと判定されると、ステップS１１２に進んで切り換えスイッチ３４Ａを定電流配分部２５に切り換え、蓄電池ブロック１５Ａと定電流配分部２５を接続して定電流での充電状態に切り換える。

次に、ステップS１１３に進んで切り換えスイッチ３４Ｂを差分電流配分部２６に切り換え、蓄電池ブロック１５Ｂと差分電流配分部２５を接続して差分電流での充電状態に切り換える。

次に、この状態でステップＳ１１３に進んで蓄電池ブロック１５Ａの充電状態（SOC）値を電流値、電圧値及び温度値に基づき計測(実際には実施例１に示す演算を実行する)する。このとき、ステップＳ１１４で計測時間が設定されているので、この計測時間が終了するまでは蓄電池ブロック１５Ａの充電状態を電流値、電圧値及び温度値に基づき計測する。この計測時間は発電システムによって適切に設定され、安定して電流値、電圧値及び温度値が得られる値に設定される。

次に、計測時間が終了すると蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値は計測終了となっているので計測終了フラグを立てる。

次の割り込み起動がかかると、ステップＳ１１１で蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値を計測するモードかどうかを判定するが、この場合は先の計測終了フラグが立っているので、このステップＳ１１１で蓄電池ブロック１５Ａの充電状態(SOC)値を計測するモードと判定されずにステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１６に進むと、ステップＳ１１６で蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態(SOC)値を計測するモードかどうかを判定する。尚、このステップで蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態(SOC)値を計測するモードでないと判定されるとそのままこのフローは抜けることになる。

一方、このステップＳ１１６で蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態(SOC)値を計測するモードと判定されると、ステップS１１７に進んで切り換えスイッチ３４Ａを差分電流配分部２６に切り換え、蓄電池ブロック１５Ａと差分電流配分部２６を接続して差分電流での充電状態に切り換える。

次に、ステップS１１８に進んで切り換えスイッチ３４Ｂを定電流配分部２５に切り換え、蓄電池ブロック１５Ｂと定電流配分部２５を接続して定電流での充電状態に切り換える。

次に、この状態でステップＳ１１９に進んで蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態を電流値、電圧値及び温度値に基づき計測する。このとき、ステップＳ１２０で計測時間が設定されているので、この計測時間が終了するまでは蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態を電流値、電圧値及び温度値に基づき計測する。この計測時間は発電システムによって適切に設定され、安定して電流値、電圧値及び温度値が得られる値に設定される。

次に、計測時間が終了すると蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態(SOC)値は計測終了となっているので計測終了フラグを立てる。

以上の繰り返しを行なって蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂの充電状態(SOC)値を正確に把握することが可能となる。

ここで、蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂが定電流配分部２５と差分電流配分部２６によって切り換えられて充電される。このため、蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂの充電量が不均衡になるのを抑制するために、定電流配分部２５と差分電流配分部２６に切り換えられる時間を蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂにおいて等しくするように設定されている。

したがって、定電流配分部２５による蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂの充電中の時間内にステップＳ１１４とステップＳ１１９が実行されることになる。

このように、定電流配分部２５と差分電流配分部２６によって蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂとを交互に充電するようにしたため、各蓄電池ブロック１５Ａ、１５Ｂの充電量の不均衡を少なくすることができるようになる。

また、共通の電流配分部２４を用いて各蓄電池ブロック１５Ａと１５Ｂの充電状態(SOC)値を測定できるので、システムコストを低く抑えることができる。

尚、蓄電池システムに入力される発電装置からの電力は予測できない変動要因(風況等による)を有しているため、定電流配分部２５と差分電流配分部２６に切り換えられる時間を蓄電池ブロック１５Ａと蓄電池ブロック１５Ｂにおいて等しくするように設定していても充電量に差が出てくることは避けられない場合がある。

そこで、均等充電(満充電状態に復帰させる手法)のような手法を利用して各蓄電池ブロック１５の充電状態を満充電状態に初期化して充電量が異なる不均衡状態を回避することも可能である。この場合、均等充電の実施時期(インターバル)はその発電システムによっても異なるが、例えば、２週間毎、１ヶ月毎、及び３ヶ月毎のように適宜適切な時期を選んで行なわれるようにすれば良いものである。

このような充電状態(SOC)値の測定方法によって充分正確な充電状態(SOC)値が得られるものであるが、更にこの充電状態(SOC)値の測定精度を向上する補正方法について以下に説明する。この補正方法は特許文献１に示してある、所定の基準点における蓄電池の充電状態(SOC)値、及び所定の基準点からの電流の積分量（電流積算）に基づいて蓄電池の充電状態(SOC)値を求める、という方法を利用するものである。

図１２はこの補正方法に利用するための機能ブロックを示しており、蓄電池ブロック１５は電流測定部２８、電圧測定部３１及び温度測定部３０によって電流、電圧及び温度が測定されている。これらのパラメータは上述の通り、所定の定電流モードの期間中に測定されるものである。

この測定された電流、電圧及び温度から電流・電圧・温度・ＳＯＣ関係モデル３５を利用して基本充電状態(SOC)値推定部３６で充電状態(SOC)値(補正前)を推定し、この充電状態(SOC)値(補正前)は補正前充電状態(SOC)値記憶部３７に一時的に記憶される。

ここで、電流・電圧・温度・ＳＯＣ関係モデル３５には電流、電圧、温度と充電状態(SOC)値の関係を示すモデルが形成されている。また、基本充電状態(SOC)値推定部３６はモデルを利用して充電状態(SOC)値(補正前)を推定するものである。

電流履歴（電流積算）管理部３８は電流測定部２８から得られる電流を取り込み、この測定値を電流履歴として電流履歴（電流積算）記憶部３９に一時的に記憶する。具体的には電流履歴管理部３８は電流の履歴と、電流積算を管理し、これらは電流履歴、電流積算を記憶する電流履歴（電流積算）記憶部３９に記憶される。

充電状態(SOC)値補正部４０は基本充電状態(SOC)値推定部３６で得られる充電状態(SOC)値(補正前)を電流履歴（電流積算）管理部３８で得られる電流履歴から補正して充電状態(SOC)値(補正後)を求めるもので、この充電状態(SOC)値(補正後)は補正後充電状態(SOC)値履歴記憶部４１に一時的に記憶される。

充電状態(SOC)値補正部４０は、具体的には、最新の測定を含め複数回の充電状態(SOC)値(補正前)と、測定時点間の電流履歴（電流積算）から各回の充電状態(SOC)値を補正するもので、最新の充電状態(SOC)値について補正後の充電状態(SOC)値を与えるものである。

均等充電実施管理部４２は所定の期間(インターバル)毎に蓄電池ブロック１５を満充電状態或いはそれに近い充電状態に復帰させるもので、この均等充電の期間(インターバル)の間に上述した定電流モードが複数回に亘り実施されて充電状態(SOC)値が求められるように動作するものを前提としている。

そして、これらの機能部はＳＯＣ算出部３２に設けられても良いし、制御装置１９に設けられても良いものである。

次に、定電流モードを比較的短い周期で間歇的にｎ回実行したときの充電状態(SOC)値(候補)を基に電流積算によって補正する制御フローを図１３に示している。ここでは、充電状態(SOC)値の測定値が同程度に信頼でき、電流積算から求めた充電状態(SOC)値の変化については誤差が十分小さいものと仮定する。

図１３において、ステップS１３０では、測定時期および充電状態(SOC)値(候補)を取り込む。このとき、測定時期ｔ１からｔｎの推定値は、それぞれｘ１からｘｎとする。

次に、ステップＳ１３１では、各測定時期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、……、ｔｎ−１〜ｔｎ）の電流積算から求めた充電状態(SOC)値の変化（δ１２、δ２３、……、δ(ｎ−１)ｎ）を取り込む。測定時期ｔ１とｔ２の間での変化をδ１２とする。
本来、推定値に誤差が無ければ、ｘ２−ｘ１＝δ１２となるはずであるが、この関係が成立しない場合に、２回測定以降において補正を行う。この補正を行う場合は、ステップＳ１３２で測定値の補正量を決める関係式を作成する。

図１４に、２回測定後の充電状態(SOC)値の補正方法を示しており、２回測定後では補正前の推定値ｘ１は補正されて補正後の第１回推定値ｙ１(２)となり、補正前の推定値ｘ２は補正されて補正後の第２回推定値ｙ２(２)となる。このとき、両者の補正量は、ε１(２)＝ｙ１(２)−ｘ１，ε２(２)＝ｙ２(２)−ｘ２となる。このとき、ｙ２(２)−ｙ１(２)＝δ１２が成り立つことから、第１回測定値の補正量は、ε１(２)＝ｙ２(２)−δ１２−ｘ１となり、第２回測定値の補正後の充電状態(SOC)値ｙ２(２)の関数となることから、両者の補正量は、ｙ２(２)の関数で与えられるという関係式を作成する。

次に、図１５に３回測定後の充電状態(SOC)値の補正を示しており、３回測定後で、補正後の第１回測定値はｙ１(３)、補正後の第２回測定値はｙ２（３）、補正後の第３回測定値はｙ３（３）となる。このとき、それぞれの補正量は、ε１(３)＝ｙ１(３)−ｘ１、ε２(３)＝ｙ２(３)−ｘ２、ε３(３)＝ｙ３(３)−ｘ３となる。
ここで、ｙ２(３)−ｙ１(３)＝δ１２、ｙ３(３)−ｙ２(３)＝δ２３、が成り立つことから、３者の補正量は、ｙ３(３)の関数で与えられるという関係式を作成する。以下、４回以降の測定後の充電状態(SOC)値の補正についても同様である。

次に、ステップＳ１３３に進むと、測定値の補正量の２乗和を最小とするように補正後の充電状態(SOC)値を決める。４回の測定を行った場合、補正量の２乗和は、以下のように与えられる。
ε１(４)^２＋ε２(４)^２＋ε３(４)^２＋ε４(４)^２
このとき、第１回測定値の補正量、第２回測定値の補正量、第３回測定値の補正量、第４回測定値の補正量は、補正後の第４回測定値の充電状態(SOC)値のみの関数となるという関係式を用いる。

したがって、測定値の補正量の２乗和は、第４回測定値の補正後の充電状態(SOC)値の関数となるので、測定値の補正量の２乗和は、１変数の２次関数となり、解析的に最小化することができる。最新の第４回測定値については、この段階で、補正後の充電状態(SOC)値が決まる。第４回測定値の補正後の充電状態(SOC)値が決まれば、それ以前のすべての補正後の充電状態(SOC)値を決めることができることから、充電状態(SOC)値の補正を完了することができる。

充電状態(SOC)値の測定値が同程度に信頼できない場合については、補正量の重み付き２乗和を最小化すればよい。重みとしては、信頼度の高い測定値の補正量に大きな重みを与えればよい。

電流積算から求めた充電状態(SOC)値の変化については誤差を考慮する必要がある場合については、電流積算から求めた充電状態(SOC)値の補正量を加えて、測定値の補正量を決める関係式を作成し、電流積算からの測定を含めた補正量の重み付き２乗和を最小化すればよい。

図１６は電流積算を用いた充電状態(SOC)値の補正の状況を示すもので、最初に蓄電池ブロック１５Ａを満充電状態にしておき、この状態から充放電を行うわけであるが、最初の測定時点の時刻ｔ１までは電流積算１を行ない、電流積算による充電状態(SOC)値の基準点とする。次いで、２回目の測定時点の時刻ｔ２までは電流積算２を行ない、電流積算による充電状態(SOC)値の変化δ１２を決める。これによって、１回目、２回目の充電状態(SOC)値を補正する。次に時刻ｔ３までは電流積算３を行い、電流積算による充電状態(SOC)値の変化δ２３を決める。これによって、１回目、２回目、３回目の充電状態(SOC)値を補正する。このように、測定回数の増加とともに、各回の測定値を補正し、補正後の充電状態(SOC)値を更新する。

図１７に、４回の測定をしたときの充電状態(SOC)値に対して誤差補正を適用したときの様子を示した。ここでは、想定した充電状態(SOC)値の変動履歴(真値)のもとで、乱数を用いて推定誤差を模擬している。推定誤差は、平準化されて真値に近づいていることがわかる。

一般に、電流積算から求めた充電状態(SOC)値は、測定間隔とともに誤差が顕著となるとされているが、測定時点の間隔が短い場合には、電流積算から求めた充電状態(SOC)値の変化については誤差が十分小さいものとして、充電状態(SOC)値の補正に利用できる。

さらには、すでに触れたように、電流積算から求めた充電状態(SOC)値の変化について誤差が十分小さくない場合を扱うこともできる。測定時期間の電流積算から求めた充電状態(SOC)値の変化について推定誤差を想定し、各測定時期における推定誤差と同時に補正する場合には、充電状態(SOC)値の変化の補正量を変数として追加することにより、補正の手順を拡張することができる。

以上に述べたように、風力発電システム等の自然エネルギーを電力に変換するシステムでは生成される電力が短時間の間に大きく変動するため正確な充電状態(SOC)値を把握できない恐れがあるのに対し、本発明においては、蓄電池ブロックに流れ込む電流を定電流の状態にしておいて充電状態(SOC)値を測定するようにしているため、測定に必要な時間の間に亘って電流が一定な状態が確保できるので正確な充電状態(SOC)値が測定できるようになるものである。

１０…風車、１１…発電設備、１２…商用系統、１３…蓄電池システム、１４…蓄電池セル、１５、１５Ａ、１５Ｂ…蓄電池ブロック、１６…インバータ装置、１７…充放電制御装置、１８…蓄電池状態検出装置、１９…制御装置、２４…電流配分部、２５…定電流配分部、２６…差分電流配分部、２６Ａ…按分電流配分部、２７Ａ、２７Ｂ…電流センサ、２８…電流測定部、２９Ａ、２９Ｂ…温度センサ、３０…温度測定部、３１…電圧測定部、３２…充電状態(SOC)値算出部、３３…切り換えスイッチ、３４Ａ、３４Ｂ…切り換えスイッチ。

Claims (17)

1. 風のエネルギーを風車によって電力に変換する発電装置からの電力を外部の商用系統に供給するシステムに使用される蓄電池システムにおいて、
   前記蓄電池システムは、
   複数の蓄電池ブロックと、
   前記発電装置からの電力が余剰の場合は前記複数の蓄電池ブロックに充電し、前記発電装置からの電力が不足の場合は前記複数の蓄電池ブロックから前記商用系統に放電する充放電制御手段と、
   前記発電装置からの電流を前記複数の蓄電池ブロックに配分し、かつ、少なくとも１つの蓄電池ブロックに対して定電流で配分すると共に、前記定電流を配分する蓄電池ブロックに対して、定電流を流す定電流モードと、他の蓄電池ブロックと按分した電流を流す通常モードに分割して電流を配分する電流配分部と、
   前記定電流が配分される蓄電池ブロックの少なくとも電流、電圧及び温度から充電状態(SOC)値を推定する充電状態(SOC)値算出部とを備え、
   更に、前記電流配電部は、前記定電流が配分される蓄電池ブロックを定電流モードに設定している時に、他の蓄電池ブロックに流れる電流が所定の電流制限値を超える前に前記定電流モードを停止させて通常モードに戻す機能を備えていることを特徴とする蓄電池システム。
2. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記電流配分部は前記複数の蓄電池ブロックのそれぞれに対して順番に、定電流を流す定電流モードと、他の蓄電池ブロックと按分した電流を流す通常モードに分割して電流を配分することを特徴とする蓄電池システム。
3. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記電流配分部は前記複数の蓄電池ブロックに対して、定電流を流す定電流モードと、他の蓄電池ブロックと按分した電流を流す通常モードに分割して電流を配分することを特徴とする蓄電池システム。
4. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記定電流モードの終了付近に取り込んだ前記蓄電池ブロックの電流、電圧及び温度から前記充電状態(SOC)値算出部は充電状態(SOC)値を算出することを特徴とする蓄電池システム。
5. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記電流配分部は少なくとも２個の蓄電池ブロックに対応して入力される電流を定電流と残りの差分電流に分割し、定電流を一方の蓄電池ブロックに流し、差分電流を他方の蓄電池ブロックに流すように配分することを特徴とする蓄電池システム。
6. 請求項５に記載の蓄電池システムにおいて、前記一方の蓄電池ブロックと前記他方の蓄電池ブロックは一定の時間間隔で切り換えられて定電流と差分電流が流れることを特徴とする蓄電池システム。
7. 請求項６に記載の蓄電池システムにおいて、前記定電流が流れる蓄電池ブロックは、定電流が流れている間の所定の時間内に該当する蓄電池ブロックの電流、電圧及び温度から前記充電状態(SOC)値算出部によって充電状態(SOC)値が算出されることを特徴とする蓄電池システム。
8. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記電流配分部は満充電状態から次の満充電状態の間に定電流モードと通常モードを複数回繰り返し、充電状態(SOC)値算出部は定電流モード毎に電流、電圧及び温度から充電状態（SOC）値を求めると共に、所定の定電流モードを基準として次の定電流モードまでの電流積算値を測定し、前記所定の定電流モードで求めた充電状態（SOC）値と前記電流積算値から前記次の定電流モードの充電状態(SOC)値の補正値を算出し、この補正値によって前記充電状態(SOC)値を修正することを特徴とする蓄電池システム。
9. 請求項８に記載の蓄電池システムにおいて、充電状態(SOC)値の修正を行なう場合において、各定電流モードでの充電状態(SOC)値の修正量の総和或いは重み付け総和が最小となるように各定電流モードでの充電状態(SOC)値の修正量を決めることを特徴とする蓄電池システム。
10. 請求項８に記載の蓄電池システムにおいて、充電状態(SOC)値の修正を行なう場合において、各定電流モードでの充電状態(SOC)値及び定電流モードの間に測定した電流積算値の修正量の総和或いは重み付け総和が最小となるように各定電流モードでの充電状態(SOC)値の修正量を決めることを特徴とする蓄電池システム。
11. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記電流配分部は、前記定電流が配分される蓄電池ブロックを定電流モードに設定している時に、前記風車を回転させる風の風速が制限値を超過すると前記定電流モードを中断して前記通常モードに戻す機能を備えていることを特徴とする蓄電池システム。
12. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記電流配分部は、前記定電流が配分される蓄電池ブロックを定電流モードに設定している時に、前記蓄電池ブロックの温度が所定の制限値を超過するか、或いは前記蓄電池ブロックの温度の変化率によって前記定電流モードを中断して前記通常モードに戻す機能を備えていることを特徴とする蓄電池システム。
13. 請求項１１乃至請求項１２のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、前記定電流モードが中断された後にこの中断の原因が解消した時、或いは所定時間が経過した後に再び定電流モードに移行する機能を前記電流配分部が備えていることを特徴とする蓄電池システム。
14. 請求項１１乃至請求項１２のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、前記定電流モードが中断された際に、前記電流配分部は前記定電流モードで計測値が未取得であることを外部に出力する機能を備えていることを特徴とする蓄電池システム。
15. 請求項１１乃至請求項１２のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、充電状態(SOC)値を推定する前記定電流モードによる測定時間は定電流値によって決められることを特徴とする蓄電池システム。
16. 請求項１１乃至請求項１２のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、前記定電流モード時に設定される定電流の最大値を前記蓄電池の温度、前記蓄電池の充電状態(SOC)、前記蓄電池の劣化状態によって設定することを特徴とする蓄電池システム。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、前記蓄電システムは前記蓄電池以外に電力の吸収のみを行う負荷を備え、前記蓄電池の一つが定電流モードで充放電状態(SOC)値を推定している時に、按分された電流を前記負荷に流すことを特徴とする蓄電池システム。

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