JP5838313B2 - 蓄電池充放電制御装置および蓄電池充放電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池充放電制御装置および蓄電池充放電制御方法に係り、特に、複数の蓄電池系列に対して充放電制御する装置および方法に関する。

電力管理において、負荷の電力消費に合わせて、発電や送電を効率的に行うことが好ましい。負荷の電力消費が変動する場合、ピーク電力が過大となって電力料金が高額になることがあり、また、電力供給がそれに対応しきれないことも生じ得る。蓄電装置はこの電力需給を平均化するために用いることができる。蓄電装置としては、リチウムイオン電池のような２次電池を用いることができる。

特許文献１には、リチウムイオン電池の管理装置として、リチウムイオン電池の充放電電流の測定値、温度の測定値、商用電源の給電の情報に基づいて、リチウムイオン電池の充放電の状態を判断し、リチウムイオン電池の残存容量である充電度を算出することが述べられている。

特開２００６−１４００９４号公報

蓄電装置は、過充電または過放電となると、その特性が劣化することが知られている。そこで、蓄電装置の充放電においては、充電度であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を見ながら、過充電および過放電とならないような充放電制御が行なわれる。ところで、蓄電装置が並列に複数系列が接続されて1つの蓄電システムを構成する場合などでは、各蓄電池系列ごとに充電度が異なることが生じ得る。そのような場合に、各蓄電池系列のそれぞれについても、過充電および過放電等が生じないようにしながら、適切に充放電制御を行う必要がある。

本発明の目的は、複数の蓄電池系列に対して、適切な充放電を行うことができる蓄電池充放電制御装置および蓄電池充放電制御方法を提供することである。

本発明に係る蓄電池充放電制御装置は、複数の蓄電池の集合体である蓄電池集合体を予め定められた系列数の蓄電池系列に分け、蓄電池系列を相互に並列接続した蓄電池系列群について充放電制御を行なう装置であって、蓄電池系列群の全体に対して与えられる全体充放電指令を取得する指示取得部と、取得された全体充放電指令に含まれる全体充放電電力値を系列数で除した均等充放電電力値で、蓄電池系列のそれぞれを充放電開始させる開始処理部と、充放電開始の後において蓄電池系列のそれぞれの充放電状態を取得し、蓄電池系列群全体について予め定められる充放電設定値とそれぞれ比較する比較部と、比較の結果に基づき、蓄電池系列のそれぞれの充放電電力値を変更する変更処理部と、を備え、変更処理部は、蓄電池系列群の全体についての充放電処理時間および充電度の少なくとも一方が異なる複数の変更処理モードを有し、予め定めた選択基準に基づいて、複数の変更処理モードの中の1つの変更処理モードを選択するモード選択部を含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の蓄電池系列に対して、適切な充放電を行うことができる。

本発明に係る実施の形態において、充放電制御が行なわれる複数の蓄電池系列の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、モード１の充電制御の場合の初期ＳＯＣを説明する図である。 図２の後、各蓄電池系列に均等充電を行ない、１つの蓄電池系列が目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 モード1の場合の充電制御が終了した状態を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、モード２の充電制御の場合の初期ＳＯＣを説明する図である。 図５の後、各蓄電池系列に均等充電電力値で充電を行ない、１つの蓄電地系列が目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 図６の状態において、その目標ＳＯＣとなった系列の充電を止め、他の蓄電池系列の充電は継続させる様子を説明する図である。 図７の後で、さらに他の蓄電池系列が目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 図８の状態において、あらたに目標ＳＯＣとなった系列の充電を止め、残りの系列の充電を継続させる様子を説明する図である。 図９の後、１つの蓄電池系列を除いて、他の蓄電池系列のすべてが目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、モード３の充電制御の場合の初期ＳＯＣを説明する図である。 図１１の後、各蓄電池系列に均等充電電力値で充電を行ない、１つの蓄電池系列が目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 図１２の状態において、その目標ＳＯＣとなった系列の充電を止め、他の蓄電池系列については、合計充電電力値の範囲で均等充電電力値を変更して、充電を継続させる様子を説明する図である。 図１３の後で、さらに他の蓄電池系列が目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 図１４の状態において、あらたに目標ＳＯＣとなった系列の充電を止め、残りの系列については、さらに均等充電電力値を変更して、充電を継続させる様子を説明する図である。 図１５の後、１つの蓄電池系列を除いて、他の蓄電池系列のすべてが目標ＳＯＣとなった状態を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、３つの変更処理モードのそれぞれについて、充電電力値の時間変化の様子を比較する図である。 本発明に係る実施の形態において、３つの変更処理モードのそれぞれについて、ＳＯＣの時間変化の様子を比較する図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の２次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電池集合体とするのは、負荷の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためであるので、蓄電池集合体を構成する単位蓄電池の数、単位蓄電池を組み合わせた蓄電池パックの数、蓄電池パックを組み合わせた蓄電池ユニットの数等は、蓄電池充放電制御システムの仕様に応じ適宜なものとできる。また、蓄電池集合体の階層は、これ以外のものであっても構わない。また、以下では、蓄電池集合体を８つの蓄電池系列に分けるものとするが、これは説明のための例示であって、系列数はこれ以外であってもよい。また、以下に述べる充電電力値は、説明のための例示であって、勿論、これ以外の電力値であってもよい。

また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、蓄電池充放電制御装置３０を含む蓄電池充放電制御システム１０の構成の様子を示す図である。蓄電池充放電制御システム１０は、複数の蓄電池の集合体である蓄電池集合体５０と、外部２０の負荷あるいは電力源との間で、蓄電池充放電制御装置３０を介して負荷状況あるいは電力源状況に応じて充放電制御を行なうシステムである。

蓄電池集合体５０は、リチウムイオン蓄電池の単位である単位蓄電池を多数組み合わせて、所望の蓄電容量の規模としたものである。蓄電池集合体５０は階層構造を有し、１つの蓄電池集合体が８つのユニット群５２から構成され、１つのユニット群５２が５つの蓄電池ユニット５４から構成される。したがって、蓄電池ユニット５４の総数は４０個である。そして、1つの蓄電池ユニット５４は２０個の蓄電池パック５６で構成される。そこで、蓄電池パック５６の総数は８００個となる。また、１つの蓄電池パック５６は、予め定めた数の単位蓄電池を直並列に組み合わせて接続した構成を有する。なお、図１では単位蓄電池の図示を省略した。

図１では、1つの蓄電池ユニット５４について、その構成が詳細に示されている。１つの蓄電池ユニット５４は、予め定められた個数の蓄電池パック５６を直列接続した蓄電池パック列を、予め定めた列数で並列に接続して構成される。図１の例では、５個の蓄電池パック５６を直列接続して１つの蓄電池パック列を形成し、その蓄電池パック列を４列並列接続して、１つの蓄電池ユニット５４が構成される。すなわち、１つの蓄電池ユニット５４は、２０個の蓄電池パック５６から構成される。蓄電池パック５６の内部では、複数の蓄電池ユニットが並列に接続され、その並列接続の組がさらに直列に複数接続されている。

図１の電流検出器６０は、蓄電池ユニット５４の各蓄電池パック列の電流を検出するためのパック電流検出手段である。また、電圧検出器６２は、蓄電池パック５６の内部における複数の単位蓄電池が並列に接続される各組のそれぞれの端子間電圧をセル電圧として検出するためのセル電圧検出手段である。これらの検出データは、単位蓄電池、蓄電池パック５６、蓄電池ユニット５４、ユニット群５２におけるＳＯＣを算出するために用いられる。また、温度検出器６４は、各蓄電池パック５６に適当な数で設けられ、各蓄電池パック５６の温度を検出するパック温度検出手段である。

蓄電池ユニット５４にそれぞれ設けられるサブコントローラ３８は、電圧検出器６２、電流検出器６０、温度検出器６４等と接続されて、ＳＯＣ算出のため等の検出データを取得し、ＨＵＢとして示される接続部４４を介して、蓄電池ユニット５４のそれぞれを単位として、蓄電池充放電制御装置３０へ伝送する機能を有するデータ制御装置である。

スイッチ基板４０は、蓄電池ユニット５４の各蓄電池パック列ごとに１つずつ設けられるスイッチを搭載する基板である。各スイッチは、サブコントローラ３８の制御の下で作動し、これによって、その蓄電池ユニット５４に対応する後述の電力変換器３６と各蓄電池パック列との間が接続または開放とされる。例えば、不具合のある蓄電池パック５６があるときは、それを含む蓄電池パック列を電力変換器３６から切り離される処理を行うことができる。

以上が蓄電池集合体５０の階層構造の説明であるが、図１に示される電力変換器３６は、外部２０の電力源と蓄電池集合体５０との間の電力変換、蓄電池集合体５０と外部２０の負荷との間の電力変換を行う機能を有し、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ等のコンバータである。具体的には、実際に行われる変換の内容に応じて、用いられるコンバータの種類が選択される。例えば、外部２０の電力源が外部商用電源のときは、電力変換器３６は交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが用いられる。外部２０の電力源が太陽電池のときは、電力変換器３６はＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。外部２０の負荷が交流負荷のときは、電力変換器３６はＤＣ／ＡＣコンバータが用いられ、外部２０の負荷が直流負荷のときは、電力変換器３６はＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。

電力変換器３６は、蓄電池集合体５０が８つのユニット群５２に分けられることに対応し、各ユニット群５２ごとに１つずつ電力変換器３６が割り当てられ、この８つの電力変換器３６は相互に並列に接続される。すなわち、外部２０と蓄電池集合体５０の間の充放電は、電力変換器３６とユニット群５２を接続した８つの系列が相互に並列接続された状態で、全体として１つの充放電制御で行なわれる。このように、充放電制御は、８つの系列数の蓄電池系列が相互に並列接続された状態で行なわれる。

蓄電池充放電制御装置３０は、この８つの蓄電池系列に対する充放電を制御する装置で、マスタコントローラ３２と電力変換器管理部３４とを含んで構成される。マスタコントローラ３２は、図示されていない蓄電池システムの全体の動作を制御する全体制御部から受け取った１つの全体充放電制御指令に基づいて、それぞれの電力変換器３６に対する充放電指令を電力変換器管理部３４に送信する機能を有し、電力変換器管理部３４はマスタコントローラ３２からの充放電指令に従って、８つの電力変換器３６の動作をそれぞれ制御し、これによって８つの蓄電池系列の充放電を行なう機能を有する。

マスタコントローラ３２は、蓄電池系列群の全体に対して与えられる全体充放電指令を取得する指示取得部と、取得された全体充放電指令に含まれる全体充放電電力値を系列数で除した均等充放電電力値で、蓄電池系列のそれぞれを充放電開始させる開始処理部と、充放電開始の後において蓄電池系列のそれぞれの充放電状態を取得し、蓄電池系列群全体について予め定められる充放電設定値とそれぞれ比較する比較部と、その比較の結果に基づき、蓄電池系列のそれぞれの充放電電力値を変更する変更処理部とを含んで構成される。また、この変更処理について、予め定めた複数の変更処理モードを有し、予め定めた選択基準に基づいて、複数の変更処理モードの中の1つの変更処理モードを選択するモード選択部を含んで構成される。

マスタコントローラ３２は、適当なコンピュータで構成でき、上記各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、蓄電池充放電制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。例えば、上記の指示取得部、開始処理部、比較部、変更処理部、モード選択部は、ソフトウェアで実現してもよく、ハードウェアで実現してもよい。

マスタコントローラ３２の機能を具体的に説明する。指示取得部は、上記のように、図示されていない全体制御部から１つの全体充放電制御指令を受け取る機能を有する。全体充放電指令は、例えば、「ＳＯＣ目標値を８０％として、２４０ｋＷで充電」という内容で、蓄電池集合体５０の全体に対する単一の指令である。勿論、この数字は説明のためのものであり、これ以外の値であっても構わない。

ここで、ＳＯＣとは、蓄電池において電力を最大に貯蔵した状態におけるＳＯＣ（充電度）を１００とし、それを基準にして電力の各貯蔵状態でのＳＯＣ（充電度）を百分率で表したものである。上記のＳＯＣ目標値とは、蓄電池集合体５０の過放電、過充電の防止の他、長寿命化の観点等から定めることができる。例えば、ＳＯＣ９０％は過充電でないが劣化が激しいので、例えばＳＯＣ８０％を充電上限と定めることができる。充電指令のときは充電上限となるＳＯＣの値をＳＯＣ目標値とし、放電指令のときは放電下限となるＳＯＣの値をＳＯＣ目標値とすることができる。

上記のように、充放電は、８つのユニット群５２を単位として行なわれるので、ここでいうＳＯＣ目標値は、各ユニット群５２のＳＯＣの上限値または下限値となる。各ユニット群５２は複数の蓄電池ユニット５４から構成されるので、各ユニット群５２のＳＯＣとしては、必要充電量を優先に考えて、複数の蓄電池ユニット５４のそれぞれのＳＯＣの平均値としてもよく、あるいは、過充電、過放電について安全側を考えて、複数の蓄電池ユニット５４のそれぞれのＳＯＣの最大値または最小値としてもよい。

なお、全体充放電指令の目標値は、ＳＯＣ目標値以外のものであってもよい。例えば、蓄電池集合体５０の全体の蓄電電力量である蓄電容量値であってもよく、また、蓄電池オープン電圧であってもよい。図１の例では、蓄電池ユニット５４の出力電圧であってもよい。また、蓄電池集合体５０の安全監視の観点からは、蓄電池出力電流、蓄電池温度等を目標値とすることもできる。

再びマスタコントローラ３２の各機能に戻り、開始処理部は、全体充放電指令を８つの電力変換器３６に対する個別指令値に分けて電力変換器管理部３４に送信し、電力変換器管理部３４に各蓄電池系列の充放電を開始させる機能を有する。個別指令値は、ここでは、全体充放電指令値に含まれる充放電電力値を系列数の８で除した均等充放電電力値となる。上記の例の場合、２４０ｋＷを系列数である８で除して得られる３０ｋＷを用い、「Ｎｏ．１の電力変換器３６は３０ｋＷで充電、Ｎｏ．２の電力変換器３６は３０ｋＷで充電・・・Ｎｏ．８の電力変換器３６は３０ｋＷで充電」という内容が電力変換器管理装置に送信されることになる。

比較部は、充放電開始後に、接続部４４を介して、各サブコントローラ３８から蓄電池ユニット５４のそれぞれの状態データを受け取り、各蓄電池系列ごとのＳＯＣ、すなわち各ユニット群５２のＳＯＣを取得し、これをＳＯＣ目標値と比較する機能を有する。

変更処理部は、各ユニット群ごとのＳＯＣとＳＯＣ目標値との比較に基づき、必要に応じ、均等充放電電力値から充放電状態を変更する機能を有する。ここで、３つの変更処理モードを有し、この３つの変更処理モードの中の１つを選択して、実際の変更処理が行なわれる。変更処理モードの選択は、予めユーザによって選択されるものとしてもよく、予め選択基準を定めておいて、その選択基準に照らして、自動的に選択が行なわれるものとしてもよい。

選択基準の例としては、比較部におけるＳＯＣの比較において、目標ＳＯＣとの乖離の大小によって３つの変更処理モードのいずれを選択するかを定めておくことができる。また、３つの変更処理モードは、それぞれ充放電制御を完了するまでの時間が異なるので、充放電開始からの経過時間に応じて、３つの変更処理モードのいずれを選択するかを定めておくこともできる。

以下に３つの変更処理モードのそれぞれの内容について、図２から図１６を用いて詳細に説明する。上記で説明したように、充放電設定値としては、ＳＯＣ目標値以外のものを用いることができるが、ここでは、蓄電池集合体５０に対する全体充放電指令として、上記の「ＳＯＣ目標値を８０％として、２４０ｋＷで充電」が与えられた場合について説明する。充電指令におけるＳＯＣ目標値は充電上限値であるので、このＳＯＣ目標値に向かって各蓄電池系列を充電することになる。なお、全体充放電指令が放電指令の場合は、ＳＯＣ目標値が放電下限値となり、そのＳＯＣ目標値に向かって各蓄電池系列を放電することになるが、その内容は、以下に説明する充電電力を放電電力に置き換えることで同様に処理できる。

図２から図４は第１の変更処理モード、図５から図１０は第２の変更処理モード、図１１から図１６は第３の変更処理モードについてのもので、各図とも、横軸は、８つの蓄電池系列を並べ、縦軸はＳＯＣがとられている。なお、８つの蓄電池系列を区別するために、図１で説明した８つの電力変換器３６のＮｏ．１からＮｏ．８を用いた。各蓄電池系列に対応して横軸の下側に記されている数字は、充電量、すなわち充放電指令値である。

第１の変更処理モードについて図２から図４を用いて説明する。図２には、マスタコントローラ３２の開始処理部の機能によって、各蓄電池系列のそれぞれに、充電電流として、均等充電電力値＝（２４０ｋＷ／８）＝３０ｋＷが指示されている様子が示されている。この充電開始のときに、各蓄電池系列のＳＯＣはそれぞれ異なる値を有している。理想的に全く同じ性能で同じ使用履歴であれば、各蓄電池系列のＳＯＣは同じとなるが、実際には、修理交換等が行なわれることもあり、各蓄電池系列の性能も使用履歴も異なるので、図２に示されるように、各蓄電池系列のＳＯＣは異なる値となっている。

図３は、各蓄電池系列にそれぞれ同じ値の均等充電電力値が与えられた後、最初にＮｏ．３の蓄電池系列のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。このように、目標ＳＯＣと各蓄電池系列のＳＯＣの比較は、マスタコントローラ３２の比較部の機能によって処理される。比較は、予め定めたサンプリング周期で行なうものとしてもよく、あるいは、予め目標ＳＯＣを閾値として設定し、各蓄電池系列のＳＯＣ値がその閾値に達したときに比較が行なわれたものとしてもよい。

第１の変更処理モードは、図３のように、８つの蓄電池系列の中で、１つの蓄電池系列が充電設定値である目標ＳＯＣに到達したときに、８つの蓄電池系列のそれぞれについて充電を停止させる処理を行なうものである。なお、２以上の蓄電池系列が同時に目標ＳＯＣに到達しても、同様に８つの蓄電池系列のそれぞれについて充電が停止される。すなわち、いずれかの蓄電池系列が最も早く目標ＳＯＣに到達した時点で、全ての蓄電池系列の充電が停止される。その意味で、第１の変更処理モードは、全部充電停止モードと呼ぶことができる。なお、放電指令のときは、第１の変更処理モードは、全部放電停止モードと呼ぶことができる。

第１の変更処理モードが選択されているときは、マスタコントローラ３２の変更処理部は、全部充電停止モードの内容に従って、１つの蓄電池系列が充電設定値である目標ＳＯＣに到達したときに、８つの蓄電池系列の全部について充電を停止させる処理を実行する。図４は、その状態を示す図で、８つの蓄電池系列の全部について、充電電力値＝０とされている。図４で斜線は、充電が停止された蓄電池系列を示すために付されたものである。

第１の変更処理モードによれば、最初に１つの蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達する時点で充放電制御を終了するので、充放電制御が短期間で完了する。一方で、図４に示されるように、７つの蓄電池系列は目標ＳＯＣに到達していないので、蓄電池集合体５０の全体としての充電度としては十分ではない。

次に、第２の変更処理モードについて図５から図１０を用いて説明する。図５は、図２と同じ内容で、マスタコントローラ３２の開始処理部の機能によって、各蓄電池系列のそれぞれに、充電電流として、均等充電電力値＝（２４０ｋＷ／８）＝３０ｋＷが指示されている様子が示されている。図６は、図３と同じ内容で、各蓄電池系列にそれぞれ同じ値の均等充電電力値が与えられた後、最初にＮｏ．３の蓄電池系列のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。

第２の変更処理モードにおいては、図６に示されるように、８つの蓄電池系列の中で、１つの蓄電池系列が充電設定値である目標ＳＯＣに到達したときに、目標ＳＯＣに到達したＮｏ．３の蓄電池系列の充電を停止させ、目標ＳＯＣに到達していない７つの未到達蓄電池系列については、均等充電電力値＝３０ｋＷのままで、充電を継続させる処理を行なうものである。なお、２つ以上の蓄電池系列が同時に目標ＳＯＣに到達した場合には、到達蓄電池系列の全てが充電停止となり、残りの未到達蓄電池系列について均等充電電力値のままで、充電が継続される。その意味で、第２の変更処理モードは、到達時充電停止モードと呼ぶことができる。なお、放電指令のときは、第２の変更処理モードは、到達時放電停止モードと呼ぶことができる。

第２の変更処理モードが選択されているときは、マスタコントローラ３２の変更処理部は、到達時充電停止モードの内容に従って、蓄電池系列が充電設定値である目標ＳＯＣに到達したときに、その到達蓄電池系列について充電を停止させ、未到達蓄電系列については均等充電電力値のままで充電を継続させる処理を実行する。図７は、その状態を示す図で、Ｎｏ．３の蓄電池系列について、充電電力値＝０とされ、その他の蓄電池系列については、充電電力値＝３０ｋＷのままとされている。ここでも図７における斜線は、充電が停止された蓄電池系列を示すために付されたものである。

図８は、図７の後の継続充電によって、Ｎｏ．２とＮｏ．５とＮｏ．８の蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。このときも、第２の変更処理モードにおいては、蓄電池系列が充電設定値である目標ＳＯＣに到達したときに、その到達蓄電池系列について充電を停止させ、未到達蓄電系列については均等充電電力値のままで充電を継続させる処理が実行される。図９はその様子を示す図で、あらたに、Ｎｏ．２とＮｏ．５とＮｏ．８の蓄電池系列の充電が停止され、残りのＮｏ．１とＮｏ．４とＮｏ．６とＮｏ．７の蓄電池系列の充電が３０ｋＷのままで継続される。

これを繰り返し、図１０では、Ｎｏ．７の蓄電池系列のみが目標ＳＯＣに未到達であるが、その他の７つの蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。このときでも、未到達蓄電池系列であるＮｏ．７の蓄電池系列は３０ｋＷで充電が継続されるので、最後には、全部の蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達し、その時点で、蓄電池集合体５０の全体に対する充電制御が終了する。

第２の変更処理モードによれば、各蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達するまで、それぞれの蓄電池系列の充電が継続されるので、最終的には全部の蓄電池系列を目標ＳＯＣに到達させることができ、蓄電池集合体５０の全体としての充電度が十分なものとなる。このときに、目標ＳＯＣに到達した時点でその蓄電池系列の充電は停止されるので、過充電となることはない。一方で、充電制御の時間がかかることになる。このように、第２の変更処理モードは、時間がかかるが、蓄電池集合体５０の全体としての充電度を十分なものとできる。なお、充放電処理のための時間が余りかかるような場合には、閾値時間等を用いて、第１の変更処理モードに切り替えるものとしてもよい。

次に、第３の変更処理モードについて図１１から図１６を用いて説明する。図１１は、図２、図５と同じ内容で、マスタコントローラ３２の開始処理部の機能によって、各蓄電池系列のそれぞれに、充電電流として、均等充電電力値＝（２４０ｋＷ／８）＝３０ｋＷが指示されている様子が示されている。図１２は、図３、図６と同じ内容で、各蓄電池系列にそれぞれ同じ値の均等充電電力値が与えられた後、最初にＮｏ．３の蓄電池系列のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。

第３の変更処理モードでは、８つの蓄電池系列の中で、１つの蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達したときに、目標ＳＯＣに到達した到達蓄電池系列の充放電を停止させ、目標ＳＯＣに到達していない未到達蓄電池系列については、未到達蓄電池系列についての系列数で全体充電電力値を除して得られる値に基づく充電促進電力値でそれぞれ充電を継続させる処理を行なうものである。なお、２つ以上の蓄電池系列が同時に目標ＳＯＣに到達した場合には、到達蓄電池系列の全てが充電停止となり、残りの未到達蓄電池系列について充電促進電力値で、充電が継続される。つまりできるだけ長い期間、指令された電力値で充放電を維持するようにする。その意味で、第３の変更処理モードは、総電力値維持処理モードと呼ぶことができる。

なお、充電促進電力値が、（全体充電電力値／未到達蓄電池系列数)と必ずしも一致しないのは、未到達蓄電池系列数が小さい値となると、（全体充電電力値／未到達蓄電池系列数)が比較的大きな電力値となり、例えば、電力変換器３６の電力容量定格値等を超えることが生じるためである。

第３の変更処理モードが選択されると、マスタコントローラ３２の変更処理部は、目標ＳＯＣに到達した蓄電池系列の充電を停止させ、未到達蓄電池系列については充放電促進電力値で充放電を継続させる処理を実行する。図１３はその様子を示す図で、Ｎｏ．３の蓄電池系列について、充電電力値＝０とされ、その他の蓄電池系列については、充電促進電力値＝（２４０ｋＷ／７）＝３４ｋＷが充電電力値とされる。ここでも図１３における斜線は、充電が停止された蓄電池系列を示すために付されたものである。

図１４は、図１３の後の継続充電によって、Ｎｏ．２とＮｏ．５とＮｏ．８の蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。このときも、第３の変更処理モードにおいては、蓄電池系列が充電設定値である目標ＳＯＣに到達したときに、その到達蓄電池系列について充電を停止させ、未到達蓄電系列については、改めて、充電促進電力値を計算して、その新しい充電促進電力値で充電を継続させる処理が実行される。図１５はその様子を示す図で、あらたに、Ｎｏ．２とＮｏ．５とＮｏ．８の蓄電池系列の充電が停止され、残りのＮｏ．１とＮｏ．４とＮｏ．６とＮｏ．７の蓄電池系列については、充電促進電力値＝５０ｋＷとして充電が継続される。

ここで、未到達蓄電池系列の系列数は４であるので、計算上は、（２４０ｋＷ／４）＝６０ｋＷが充電促進電力値となる。ここで、電力変換器３６の定格が５０ｋＷであるとすれば、この定格値を超えて充電制御を行うことができないので、充電促進電力値の上限をこの電力変換器３６の定格値とする。したがって、図１５に示されるように、Ｎｏ．１とＮｏ．４とＮｏ．６とＮｏ．７の蓄電池系列の充電電力値が５０ｋＷとされる。

これを繰り返し、図１６では、Ｎｏ．７の蓄電池系列のみが目標ＳＯＣに未到達であるが、その他の７つの蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達した様子を示す図である。このときでも、未到達蓄電池系列であるＮｏ．７の蓄電池系列は最大定格値の５０ｋＷで充電が継続されるので、最後には、全部の蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達し、その時点で、蓄電池集合体５０の全体に対する充電制御が終了する。

第３の変更処理モードによれば、各蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達するまで、それぞれの蓄電池系列の充電が継続させるので、最終的には全部の蓄電池系列を目標ＳＯＣに到達させることができ、蓄電池集合体５０の全体としての充電度が十分なものとなる。この点では第２の変更処理モードと同様であるが、未到達蓄電池系列に対する充電電力値が均等充電電力値よりも大きくできるので、充電制御の時間が第２の変更処理モードよりも短くて済む。このときに、目標ＳＯＣに到達した時点でその蓄電池系列の充電は停止されるので、過充電となることはない。また、充電促進電力値は、電力変換器３６の最大定格等の他の要因による上限制限を考慮するので、蓄電池充放電制御システム１０の安全性を確保できる。また、指令された電力値での充放電時間を長くできる。一方で、第１の変更処理モードよりも充電制御の時間がかかることになり、また、充電促進電力値に上限制限が加わることから、場合によっては、充放電制御の終盤において第２の変更処理モードとあまり処理時間が変わらなくなることも生じ得る。

このように、第３の変更処理モードは、時間がかかるが、蓄電池集合体５０の全体としての充電度を十分なものとできる。なお、充放電処理のための時間が余りかかるような場合には、閾値時間等を用いて、第１の変更処理モードに切り替えて処理時間を短縮し、あるいは第２の変更処理モードに切り替えて、全体の充電電力を削減するものとしてもよい。

図１７と図１８は、充電制御における３つの変更処理モードの比較を示す図である。これらの図の横軸は時間で、図１７の縦軸は蓄電池集合体５０の全体についての充電電力値、図１８の縦軸は蓄電池集合体５０の全体についてのＳＯＣである。これらの図で、実線が第１の変更処理モードに関する特性線７０，７１を示し、破線が第２の変更処理モードに関する特性線７２，７３を示し、一点鎖線が第３の変更処理モードに関する特性線７４，７５を示す。

図１７に示されるように、充電電力値についての第１の変更処理モードの特性線７０は、充電開始から時間ｔ₁まで、全体としては一定値の全体充電電力値で充電処理されて、時間ｔ₁において充電処理が終了することを示している。これに対し、第２の変更処理モードの特性線７２と第３の変更処理モードの特性線７４は、充電開始から時間ｔ₁まで、全体充電電力値の一定値で充電処理されて、時間ｔ₁以後において、目標ＳＯＣに到達した順序で順次到達蓄電池系列の充電が停止されることから、段階的に充電電力値が減少する。そして、第２の変更処理モードでは時間ｔ₂で充電制御が終了し、第３の変更処理モードでは時間ｔ₃で充電処理が終了する。ここで、充電開始からの時間としては、時間ｔ₁が最も短く、時間ｔ₂が最も長く、時間ｔ ₃ はその間である。

図１８に示されるように、ＳＯＣについての第１の変更処理モードの特性線７１は、充電開始のＳＯＣ初期値から時間経過と共にＳＯＣが上昇するが、時間ｔ₁で１つの蓄電池系列が目標ＳＯＣに到達すると、蓄電池集合体５０の全体に対する充電制御が停止するので、蓄電池集合体５０の全体についてのＳＯＣとしては目標ＳＯＣに到達しないことを示している。これに対し、第２の変更処理モードの特性線７３と第３の変更処理モードの特性線７５は、充電開始から時間ｔ₁までは第１の変更処理の特性線７１と同じ特性であるが、時間ｔ₁以後も目標ＳＯＣに到達していない未到達蓄電池系列に対し充電が継続されるので、時間ｔ₁以後も蓄電池集合体５０の全体についてのＳＯＣは上昇する。最終的には、第２の変更処理モードでは時間ｔ₂で蓄電池集合体５０の全体のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達し、第３の変更処理モードでは時間ｔ₃で蓄電池集合体５０の全体のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達することが示されている。

上記では充電指令について説明したが、放電指令についても同様な内容の変更処理モードとなる。このように、第１から第３の変更処理モードは、充放電処理時間の長短と、蓄電池集合体５０の全体の充電度の大小が異なるので、蓄電池充放電制御システム１０の充放電要求の状況に合わせて使い分けることができる。

上記では、３つの変更処理モードの中の１つを選択し、その選択に従って変更処理を行なうものとして説明した。これを、予め、設定によって、この３つの変更処理モードを固定して、変更処理を行なうものとしてもよい。その場合には、マスタコントローラ３２は、この予め定められた変更処理の手順に従って、例えば、全部停止変更処理を実行する。あるいは、予め定められた変更処理の手順に従って、例えば、到達時充放電停止変更処理を実行する。あるいは、予め定められた変更処理の手順に従って、例えば、充放電促進変更処理を実行する。

以上説明した本発明の実施の形態によれば、蓄電池充放電制御装置は、蓄電池系列群の全体に対して与えられる全体充放電電力値を系列数で除した均等充放電電力値で蓄電池系列のそれぞれを充放電開始させる。そして、充放電開始の後において蓄電池系列のそれぞれの充放電状態を予め定められる充放電設定値とそれぞれ比較して、その比較の結果に基づき、蓄電池系列のそれぞれの充放電電力値を変更する。これによって、各蓄電池系列について、例えば、過充電および過放電とならないように、適切な充放電制御を行うことができる。

本発明に係る蓄電池充放電制御装置は、複数系列の蓄電池を有する蓄電池充放電制御システムに利用できる。

１０ 蓄電池充放電制御システム、２０ 外部、３０ 蓄電池充放電制御装置、３２ マスタコントローラ、３４ 電力変換器管理部、３６ 電力変換器、３８ サブコントローラ、４０ スイッチ基板、４４ 接続部（ＨＵＢ）、５０ 蓄電池集合体、５２ ユニット群、５４ 蓄電池ユニット、５６ 蓄電池パック、６０ 電流検出器、６２ 電圧検出器、６４ 温度検出器、７０，７１，７２，７３，７４，７５ 特性線。

Claims (10)

1. 複数の蓄電池の集合体である蓄電池集合体を予め定められた系列数の蓄電池系列に分け、前記蓄電池系列を相互に並列接続した蓄電池系列群について充放電制御を行なう装置であって、
   前記蓄電池系列群の全体に対して与えられる全体充放電指令を取得する指示取得部と、
   
   取得された前記全体充放電指令に含まれる全体充放電電力値を前記系列数で除した均等充放電電力値で、前記蓄電池系列のそれぞれを充放電開始させる開始処理部と、
   前記充放電開始の後において前記蓄電池系列のそれぞれの充放電状態を取得し、前記蓄電池系列群全体について予め定められる充放電設定値とそれぞれ比較する比較部と、
   前記比較の結果に基づき、前記蓄電池系列のそれぞれの充放電電力値を変更する変更処理部と、
   を備え、
   前記変更処理部は、前記蓄電池系列群の全体についての充放電処理時間および充電度の少なくとも一方が異なる複数の変更処理モードを有し、予め定めた選択基準に基づいて、前記複数の変更処理モードの中の1つの変更処理モードを選択するモード選択部を含むことを特徴とする蓄電池充放電制御装置。
2. 請求項１に記載の蓄電池充放電制御装置において、
   前記モード選択部は、
   複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記蓄電池系列のそれぞれについて充放電を停止させる全部停止処理を行なう全部充放電停止モードを含み、
   前記変更処理部は、前記モード選択部が前記全部充放電停止モードを選択したときに、そのモードに従って、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記蓄電池系列の全部について充放電を停止させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御装置。
3. 請求項２に記載の蓄電池充放電制御装置において、
   前記モード選択部は、さらに、
   複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記充放電設定値に到達していない未到達蓄電池系列については前記均等充放電電力値のままで充放電を継続させる到達時充放電停止モードを含み、
   前記変更処理部は、前記モード選択部が前記到達時充放電停止モードを選択したときに、そのモードに従って、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記未到達蓄電池系列について前記均等充放電電力値のままで充放電を継続させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御装置。
4. 請求項３に記載の蓄電池充放電制御装置において、
   前記モード選択部は、さらに、
   複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記充放電設定値に到達していない未到達蓄電池系列については、前記未到達蓄電池系列についての系列数で前記全体充放電電力値を除して得られる値に基づく充放電促進電力値でそれぞれ充放電を継続させる総電力値維持処理モードを含み、
   前記変更処理部は、前記モード選択部が前記総電力値維持処理モードを選択したときに、そのモードに従って、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記未到達蓄電池系列について前記充放電促進電力値で充放電を継続させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御装置。
5. 請求項２に記載の蓄電池充放電制御装置において、
   前記モード選択部は、さらに、
   複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記充放電設定値に到達していない未到達蓄電池系列については、前記未到達蓄電池系列についての系列数で前記全体充放電電力値を除して得られる値に基づく充放電促進電力値でそれぞれ充放電を継続させる総電力値維持処理モードを含み、
   前記変更処理部は、前記モード選択部が前記総電力値維持処理モードを選択したときに、そのモードに従って、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記未到達蓄電池系列について前記充放電促進電力値で充放電を継続させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御装置。
6. 複数の蓄電池の集合体である蓄電池集合体を予め定められた系列数の蓄電池系列に分け、前記蓄電池系列を相互に並列接続した蓄電池系列群について充放電制御を行なう方法であって、
   前記蓄電池系列群の全体に対して与えられる全体充放電指令を取得し、
   取得された前記全体充放電指令に含まれる全体充放電電力値を前記系列数で除した均等充放電電力値で、前記蓄電池系列のそれぞれについて充放電を開始させ、
   前記充放電開始の後において前記蓄電池系列のそれぞれの充放電状態を取得して、前記蓄電池系列群全体について予め定められる充放電設定値とそれぞれ比較し、
   前記比較の結果に基づき、前記蓄電池系列群の全体についての充放電処理時間および充電度の少なくとも一方が異なる複数の変更処理モードを有し、予め定めた選択基準に基づいて、前記複数の変更処理モードの中の1つの変更処理モードを選択し、前記蓄電池系列 のそれぞれの充放電電力値を変更する変更処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御方法。
7. 請求項６に記載の蓄電池充放電制御方法において、
   前記複数の変更処理モードには、複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記蓄電池系列のそれぞれについて充放電を停止させる全部停止処理を行なう全部充放電停止モードが含まれ、
   前記全部充放電停止モードが選択されたときに、そのモードに従って、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記蓄電池系列の全部について充放電を停止させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御方法。
8. 請求項７に記載の蓄電池充放電制御方法において、
   前記複数の変更処理モードには、複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記充放電設定値に到達していない未到達蓄電池系列については前記均等充放電電力値のままで充放電を継続させる到達時充放電停止モードが含まれ、
   前記到達時充放電停止モードが選択されたときに、そのモードに従って、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記未到達蓄電池系列について前記均等充放電電力値のままで充放電を継続させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御方法。
9. 請求項８に記載の蓄電池充放電制御方法において、
   前記複数の変更処理モードには、複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記充放電設定値に到達していない未到達蓄電池系列については、前記未到達蓄電池系列についての系列数で前記全体充放電電力値を除して得られる値に基づく充放電促進電力値でそれぞれ充放電を継続させる総電力値維持処理モードが含まれ、
   前記総電力値維持処理モードが選択されたときに、そのモードに従って、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記未到達蓄電池系列について前記充放電促進電力値で充放電を継続させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御方法。
10. 請求項７に記載の蓄電池充放電制御方法において、
    前記複数の変更処理モードには、複数の前記蓄電池系列の中で、１つの前記蓄電池系列が前記充放電設定値に到達したときに、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記充放電設定値に到達していない未到達蓄電池系列については、前記未到達蓄電池系列についての系列数で前記全体充放電電力値を除して得られる値に基づく充放電促進電力値でそれぞれ充放電を継続させる総電力値維持処理モードが含まれ、
    前記総電力値維持処理モードが選択されたときに、そのモードに従って、前記充放電設定値に到達した前記蓄電池系列の充放電を停止させ、前記未到達蓄電池系列について前記充放電促進電力値で充放電を継続させる処理を実行することを特徴とする蓄電池充放電制御方法。

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