JP6003930B2 - 電源システム - Google Patents

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Description

複数の蓄電装置を、共通の給電対象や共通の蓄電装置に対してそれぞれ接続してなる電源システムに関する。
例えば、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車では、その車両に搭載されている蓄電装置に対して、商用電源を接続し充電を行う。加えて、電気自動車などに搭載されている蓄電装置を住宅の電源設備として使用することが提案されている。
電気自動車などの普及に伴い、複数の電気自動車の車載電源が共通の充電装置に対して接続され、同時に充電されるような状況が想定される。また、複数の電気自動車の車載電源が共通の電気負荷に対する電源設備として使用され、同時に放電されるような状況が想定される。
共通の充電装置に対して複数の電気自動車の車載電源を接続するような状況では、充電装置から各車載電源に対する電力供給を好適に管理する必要がある。また、複数の電気自動車の車載電源を共通の電気負荷に対して接続するような状況において、各車載電源から電気負荷に対する電力供給を好適に管理する必要がある。例えば、複数の電気自動車の車載電源から共通の電気負荷に対して接続するような状況において、電力制御を行う電源システムが知られている（特許文献１）。
特許文献１に記載の技術は、各車載電源から電気負荷に対して放電を行う場合に、各車載電源の充電状態（ＳＯＣ： Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を取得し、車載電源相互のＳＯＣの比率に基づいて、各車載電源における放電電力の配分を決定するものである。このように、各車載電源における放電電力の配分を決定すると、いずれかの車載電源において他の車載電源より早く放電不能となる事態を避けることができる。同様に、各車載電源を共通の充電装置に接続し、その充電装置から複数の車載電源に対して電力を供給する場合に、各車載電源における充電電力の配分を決定すると、いずれかの蓄電装置において他の蓄電装置より早く過充電となる事態を避けることができる。
特開２００８−２３６９０２号公報
ここで、ＳＯＣに基づく放電電力の設定では、車載電源の放電時において、各車載電源に対して配分された放電電力が、その車載電源において放電可能な電力（上限放電電力）を上回って設定されることが生じうる。この場合、実際には、その車載電源からは、その上限放電電力しか放電されない。その結果、電気負荷に供給される電力が要求電力未満となり、電気負荷の動作が不安定になることが懸念される。
また、ＳＯＣに基づく充電電力の設定では、車載電源の充電時において、各車載電源に対して配分された充電電力が、その車載電源において充電可能な電力（上限充電電力）を上回って設定されることが生じうる。この場合、実際には、その車載電源には、その上限充電電力しか充電されない。その結果、充電装置から供給される電力が本来想定されるものより小さくなることが懸念される。
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、複数の蓄電装置を並列接続させて充電又は放電を行う場合に、各蓄電装置における充電又は放電を好適に行うことが可能な電源システムを提供することを目的とする。
共通の給電対象（２５）及び共通の充電装置（２１）の少なくともいずれかに対し互いに並列接続される複数の蓄電装置（１２ａ〜１２ｃ）と、前記複数の蓄電装置から前記給電対象への放電を制御する放電制御機能及び前記充電装置から前記複数の蓄電装置への充電を制御する充電制御機能の少なくともいずれかを有する制御部（１１ａ）と、を備える電源システムであって、前記複数の蓄電装置には、それぞれ充放電電力の上限値である上限電力が定められており、前記制御部は、前記給電対象が要する要求電力又は前記充電装置が供給する供給電力を、前記複数の蓄電装置が充放電を行う目標電力として取得する目標電力取得手段と、前記複数の蓄電装置の残存容量をそれぞれ取得する残存容量取得手段と、前記各蓄電装置の残存容量に基づいて、前記目標電力を前記蓄電装置ごとに充放電電力として配分する第１目標電力配分手段と、前記第１目標電力配分手段によって配分された前記蓄電装置ごとの充放電電力が、その蓄電装置の前記上限電力を超えているか否かを判定する判定手段と、前記第１目標電力配分手段によって前記蓄電装置ごとに配分された充放電電力が、その蓄電装置の前記上限電力を超えていると判定された場合に、前記蓄電装置ごとの充放電電力が前記上限電力を超えないように、前記目標電力を前記蓄電装置ごとに再配分する第２目標電力配分手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、原則的に、各蓄電装置の残存容量に基づいて、目標電力（給電対象が要する要求電力又は充電装置が供給する供給電力）が蓄電装置ごとに充放電電力として配分される。このため、蓄電装置の放電時において、各々のＳＯＣに対応させて各蓄電装置の電力を使用することができ、いずれかの蓄電装置において他の蓄電装置より早く放電不能となる事態を避けることができる。また、蓄電装置の充電時において、各々のＳＯＣに対応させて各蓄電装置へ電力を充電することができ、いずれかの蓄電装置において他の蓄電装置より早く過充電となる事態を避けることができる。
更に、残存容量に基づいて配分された蓄電装置ごとの充放電電力がその蓄電装置の上限電力を超える場合には、各蓄電装置の上限電力を超えないように目標電力が蓄電装置ごとに充放電電力として再配分される。このため、上限電力を超える充放電電力が蓄電装置に配分されてしまい、各蓄電装置において実際に充放電される電力の合計値が目標電力を下回るといった不都合を抑制することが可能になる。このように、本発明によれば、複数の蓄電装置を並列接続させて充電又は放電を行う場合に、各蓄電装置における充電又は放電を好適に行うことが可能となる。
第１実施形態のシステム構成を示す図。 第１実施形態の放電電力指令処理を表すフローチャート。 第１実施形態の充電電力指令処理を表すフローチャート。 第２実施形態の放電電力指令処理を表すフローチャート。 第２実施形態の充電電力指令処理を表すフローチャート。
（第１実施形態）
本実施形態のシステム構成図を図１に示す。住宅２０には、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などの車両と接続される充放電ステーション２１が設けられている。充放電ステーション２１は、車両と接続されることで、各車両に内蔵される車載蓄電池に対する充電を行う車載蓄電池共通の充電装置である。また、充放電ステーション２１は、車両と接続されることで、車載蓄電池から車載蓄電池共通の給電対象である電気負荷２５に対する放電が実施可能となっている。
充放電ステーション２１は、複数の車両と同時に接続されることが可能である。複数の車両と同時に接続された場合、その複数の車両に内蔵される車載蓄電池に対してそれぞれ同時に充電を実施することが可能であり、また、その車載蓄電池から電気負荷２５に対してそれぞれ同時に放電を実施することが可能である。図１では、３台の車両１０ａ〜１０ｃ（プラグインハイブリッド車）が住宅２０の充放電ステーション２１に接続されている。
各車両１０ａ〜１０ｃは、それぞれ、制御部１１ａ〜１１ｃ、蓄電池１２ａ〜１２ｃ、電力変換器１３ａ〜１３ｃ、インレット１４ａ〜１４ｃを備える。各車両１０ａ〜１０ｃは、インレット１４ａ〜１４ｃを介して充放電ステーション２１と接続されることで、蓄電池１２ａ〜１２ｃに対する充電を行うことができる。また、内燃機関の回転エネルギを発電機によって電力に変換し、その電力を蓄電池１２ａ〜１２ｃに充電することができる。また、各車両１０ａ〜１０ｃは、充放電ステーション２１と接続されることで、蓄電池１２ａ〜１２ｃから電気負荷２５に対する電力供給を行うことができる。
蓄電池１２ａ〜１２ｃは、リチウムイオン蓄電池であり、蓄電池１２ａ〜１２ｃの満充電容量はそれぞれ等しい。なお、蓄電池は、鉛蓄電池などの他の蓄電装置であってもよい。
各制御部１１ａ〜１１ｃは、各電力変換器１３ａ〜１３ｃを制御することで各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおける充放電を行う。インレット１４ａ〜１４ｃは、充放電経路Ｌ１〜Ｌ３を介して、充放電ステーション２１と着脱自在にそれぞれ接続される。各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおける充放電時において、制御部１１ａ〜１１ｃは充放電経路Ｌ１〜Ｌ３を介して相互に通信を行う。制御部１１ａ〜１１ｃが相互に通信を行うことで、本電源システムは、蓄電池１２ａ〜１２ｃにおける充放電を統括するマスターとして制御部１１ａ〜１１ｃのうち１つの制御部を設定する。また、マスターの指令に従い蓄電池１２ａ〜１２ｃにおける充放電を制御するスレーブとして他の制御部を設定する。
本実施形態では、充放電ステーション２１に最初に接続された車両１０ａの制御部１１ａがマスター、他の車両１０ｂ，１０ｃの制御部１１ｂ，１１ｃがスレーブとして設定されている。マスターである制御部１１ａは、電気負荷２５への放電を制御する放電制御機能及び蓄電池１２ａ〜１２ｃへの充電を制御する充電制御機能を有する。
電力変換器１３ａ〜１３ｃは、周知の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、充放電ステーション２１から供給される直流電力を昇圧し、蓄電池１２ａ〜１２ｃへ出力することで蓄電池１２ａ〜１２ｃを充電する。また、電力変換器１３ａ〜１３ｃは、蓄電池１２ａ〜１２ｃの出力電圧を降圧し、充放電ステーション２１に直流電力を出力する。なお、電力変換器１３ａ〜１３ｃは、充放電ステーション２１から供給される直流電力を降圧し、蓄電池１２ａ〜１２ｃへ出力するものであってもよい。また、電力変換器１３ａ〜１３ｃは、蓄電池１２ａ〜１２ｃの出力電圧を昇圧し、充放電ステーション２１に直流電力を出力するものであってもよい。
住宅２０は、充放電ステーション２１、分電盤２４、電気負荷２５、太陽光発電機２６を備えている。分電盤２４は、充放電ステーション２１，電気負荷２５、太陽光発電機２６及び商用電源３０に接続されており、分電盤２４と、充放電ステーション２１、電気負荷２５、太陽光発電機２６及び商用電源３０との間は、周波数６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電力が送受されている。
充放電ステーション２１は、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ２２を備える。充放電ステーション２１は、電力変換器１３ａ〜１３ｃを太陽光発電機２６及び商用電源３０に対してそれぞれ並列接続させ、太陽光発電機２６及び商用電源３０から供給される交流電力を直流電力に変換することで、蓄電池１２ａ〜１２ｃの充電を行う。
また、充放電ステーション２１は、電力変換器１３ａ〜１３ｃを電気負荷２５に対してそれぞれ並列接続し、蓄電池１２ａ〜１２ｃから供給される直流電力を交流電力に変換することで、蓄電池１２ａ〜１２ｃのそれぞれから電気負荷２５に対する放電を行う。ここで、電気負荷２５は、住宅２０内に設けられている照明機器や家電製品などをまとめて表したものであり、分電盤２４を介して交流電力が供給されることで動作する。
また、充放電ステーション２１は、制御部２３を備える。制御部２３は、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ２２の制御を行う。具体的には、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ２２において、蓄電池１２ａ〜１２ｃから供給される直流電力を交流電力に変換する場合に、商用電源３０から供給される交流電力と同位相・同周波数となるように制御する。
また、制御部２３は、充放電経路Ｌ１〜Ｌ３を介して制御部１１ａ〜１１ｃと通信可能な状態で接続される。制御部２３は、蓄電池１２ａ〜１２ｃから電気負荷２５へ電力供給を行う場合に、電気負荷２５が蓄電池１２ａ〜１２ｃに対して要求する要求電力Ｐｏｔを算出する。電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔは、電気負荷２５の消費電力から、商用電源３０から供給される電力及び太陽光発電機２６から供給される電力の和を引いた値として算出される。そして、その要求電力Ｐｏｔを制御部１１ａ〜１１ｃのうちマスターである制御部１１ａに通知する。
制御部１１ａは、制御部２３から目標電力として取得した要求電力Ｐｏｔを、電力変換器１３ａ〜１３ｃごとに配分することで、充放電ステーション２１に対してそれぞれ出力すべき放電電力指令値Ｐｏを算出する。そして、その放電電力指令値Ｐｏを各制御部１１ａ〜１１ｃにそれぞれ通知する。なお、第ｉ蓄電池における放電電力指令値ＰｏをＰｏ（ｉ）として表記する（ｉ＝１〜３）。
放電時において、制御部１１ａ〜１１ｃは、電力変換器１３ａ〜１３ｃを制御し、充放電ステーション２１に対し放電電力指令値Ｐｏに応じた電力を放電する。具体的には、電力変換器１３ａ〜１３ｃから充放電経路Ｌ１〜Ｌ３に流れる電流が所定の電流値となるように調整することで、放電電力指令値Ｐｏに応じた電力を出力する。
本実施形態では、電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔを各電力変換器１３ａ〜１３ｃに配分する場合、各制御部１１ａ〜１１ｃから取得した各蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量に基づいて放電電力指令値Ｐｏを算出する構成とした。ここで、満充電容量の等しい蓄電池１２ａ〜１２ｃを用いているため、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣを、各蓄電池の残存容量と見なし、ＳＯＣに基づいて放電電力指令値Ｐｏを算出する。具体的には、蓄電池間相互のＳＯＣの比率に基づいて、要求電力Ｐｏｔを配分するように放電電力指令値Ｐｏを算出する。
例えば、放電開始時における第１蓄電池１２ａのＳＯＣが８０％、第２蓄電池１２ｂのＳＯＣが５０％、第３蓄電池１２ｃのＳＯＣが３０％であるとする。また、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの満充電容量は１００Ｗｈであるとする。
また、各蓄電池１２ａ〜１２ｃには、放電電力の上限値（上限放電電力）Ｐｏｍが設けられている。第ｉ蓄電池に対する上限放電電力ＰｏｍをＰｏ（ｉ）として表記する（ｉ＝１〜３）。第１蓄電池１２ａの上限放電電力Ｐｏｍ（１）が１００Ｗ、第２蓄電池１２ｂの上限放電電力Ｐｏｍ（２）が１００Ｗ、第３蓄電池１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍ（３）が６０Ｗであるとする。
この場合、電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔを１６０Ｗとし、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに応じて放電電力指令値Ｐｏを配分すると、第１蓄電池１２ａの放電電力指令値Ｐｏ（１）は８０Ｗ、第２蓄電池１２ｂの放電電力指令値Ｐｏ（２）は５０Ｗ、第３蓄電池１２ｃの放電電力指令値Ｐｏ（３）は３０Ｗに設定される。放電電力指令値ＰｏがＳＯＣに基づいて設定されると、各蓄電池において蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣが１時間後にそれぞれ０％になる。このように各蓄電池１２ａ〜１２ｃに対して放電電力指令値Ｐｏを配分することで、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの放電時間を長時間化し、ひいては、電気負荷２５に対して電力供給可能な時間を長時間化することができる。また、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの放電時間を等しくすることで、一部の蓄電池１２ａ〜１２ｃのみが放電されることに伴って、その蓄電池が他の蓄電池に比べて劣化することを抑制することができる。
ここで、電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔを２２０Ｗとし、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに応じて放電電力を配分すると、第１蓄電池１２ａの放電電力は１1０Ｗ、第２蓄電池１２ｂの放電電力は約６９Ｗ、第３蓄電池１２ｃの放電電力は約４１Ｗに設定される。この場合、第１蓄電池１２ａに設定された放電電力（１１０Ｗ）が、第１蓄電池１２ａの上限放電電力Ｐｏｍ（１）（１００Ｗ）を上回っているため、第１蓄電池１２ａから電気負荷２５に実際に放電されるのは上限放電電力に相当する１００Ｗである。つまり、各蓄電池１２ａ〜１２ｃから放電される合計放電電力は、２１０Ｗとなり、電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔを満たさず、電気負荷２５の動作が不安定になると懸念される。
そこで、本実施形態では、各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおいて、ＳＯＣに基づいて設定された蓄電池１２ａ〜１２ｃの放電電力指令値Ｐｏのいずれかが蓄電池１２ａ〜１２ｃごとの上限放電電力Ｐｏｍを上回る場合に、その蓄電池の放電電力指令値Ｐｏをその蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍに再設定するようにした。例えば、上記の状況下では、第１蓄電池１２ａの放電電力指令値Ｐｏ（１）を上限放電電力Ｐｏｍ（１）（１００Ｗ）に再設定する。
そして、要求電力Ｐｏｔ（２２０Ｗ）から、第１蓄電池１２ａの放電電力指令値Ｐｏ（１）として再設定された値（１００Ｗ）を引いた残りの電力（１２０Ｗ）を、第２蓄電池１２ｂ及び第３蓄電池１２ｃに配分する。具体的には、残りの電力（１２０Ｗ）を各蓄電池１２ｂ，１２ｃ相互のＳＯＣの比率に基づいて配分し、第２蓄電池１２ｂの放電電力指令値Ｐｏ（２）を７５Ｗ、第３蓄電池１２ｃの放電電力指令値Ｐｏ（３）を４５Ｗに設定する。このように放電電力指令値Ｐｏを設定することで、要求電力Ｐｏｔを蓄電池１２ａ〜１２ｃから供給可能になる。また、第２蓄電池１２ｂのＳＯＣ及び第３蓄電池１２ｃのＳＯＣは、このまま電気負荷２５に対して電力供給を継続すると４０分後に共に０％になる。つまり、第２蓄電池１２ｂと第３蓄電池１２ｃの放電時間は均等化される。
図２に本実施形態の放電電力指令処理を表すフローチャートを示す。本処理は、制御部１１ａによって所定周期ごとに実施される。
ステップＳ１１において、電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔを制御部２３から取得し、蓄電池１２ａ〜１２ｃから放電を行う目標放電電力として設定する。ステップＳ１２において、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣをそれぞれ取得する。ここで、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣは、各制御部１１ａ〜１１ｃにより各蓄電池１２ａ〜１２ｃの端子間電圧の検出値及び入出力電流の検出値などに基づいて既知の方法によって算出される。
ステップＳ１３において、各蓄電池１２ａ〜１２ｃごとに算出された上限放電電力Ｐｏｍを設定する。各電力変換器１３ａ〜１３ｃの上限放電電力Ｐｏｍは、蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量、温度などに依存し、また、電力変換器１３ａ〜１３ｃの変換効率、出力特性、温度などに依存する。制御部１１ａ〜１１ｃは、蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量及び温度、並びに、電力変換器１３ａ〜１３ｃの変換効率、出力特性及び温度などに基づいて、蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍを所定の周期でそれぞれ算出する。なお、マスターである制御部１１ａが、蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍを算出してもよい。
ステップＳ１４において、各蓄電池１２ａ〜１２ｃについて、放電電力指令値Ｐｏを算出する。放電電力指令値Ｐｏは、要求電力Ｐｏｔを各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに基づいて配分した値として算出される。具体的には、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣ（ｉ）の和（ΣＳＯＣ（ｉ））を算出し、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣ（ｉ）をΣＳＯＣ（ｉ）で除算する。そして、その除算値と要求電力Ｐｏｔとを積算し、その積算値を放電電力指令値Ｐｏ（ｉ）として算出する（Ｐｏ（ｉ）＝Ｐｏｔ×ＳＯＣ（ｉ）／ΣＳＯＣ（ｉ））。
ステップＳ１５において、各放電電力指令値Ｐｏ（ｉ）が、各蓄電池の上限放電電力Ｐｏｍ（ｉ）以下か否かを判定する。全ての蓄電池１２ａ〜１２ｃについて、放電電力指令値Ｐｏが上限放電電力Ｐｏｍ以下の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ１６において、各制御部１１ａ〜１１ｃに放電電力指令値Ｐｏを通知して処理を終了する。
ＳＯＣに基づいて算出された放電電力指令値Ｐｏが上限放電電力Ｐｏｍを上回る蓄電池が存在する場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ステップＳ１７において、その蓄電池（第ｎ蓄電池とする）の放電電力指令値Ｐｏ（ｎ）を上限放電電力Ｐｏｍ（ｎ）に改めて設定する。次に、ステップＳ１８において、要求電力ＰｏｔからステップＳ１７において放電電力指令値Ｐｏ（ｎ）として設定された上限放電電力Ｐｏｍ（ｎ）を減算する。次に、ステップＳ１９において、第ｎ蓄電池をＳＯＣに基づく放電電力指令値Ｐｏの算出対象から除外する。そして、ステップＳ１４において、第ｎ蓄電池を除く他の蓄電池について、要求電力Ｐｏｔを各蓄電池のＳＯＣに基づいて配分し、放電電力指令値Ｐｏを改めて算出する。
上記ステップＳ１１の処理が目標電力取得手段、ステップＳ１２の処理が残存容量取得手段、ステップＳ１３の処理が上限電力設定手段、ステップＳ１４の処理が第１目標電力配分手段、ステップＳ１５の処理が判定手段に相当する。また、ステップＳ１７〜Ｓ１９及びステップＳ１９後のステップＳ１４の処理が第２目標電力配分手段に相当する。
また、本実施形態では、制御部２３は、充放電ステーション２１から蓄電池１２ａ〜１２ｃへの充電を行う場合に、充放電ステーション２１が出力可能な供給電力Ｐｉｔを制御部１１ａ〜１１ｃのうちマスターである制御部１１ａに通知する。
制御部１１ａは、目標電力として取得した供給電力Ｐｉｔを各電力変換器１３ａ〜１３ｃごとに配分することで蓄電池１２ａ〜１２ｃに対してそれぞれ出力すべき充電電力指令値Ｐｉを算出する。そして、その充電電力指令値Ｐｉを各制御部１１ａ〜１１ｃにそれぞれ通知する。なお、第ｉ蓄電池に対する充電電力指令値ＰｉをＰｉ（ｉ）として表記する（ｉ＝１〜３）。
充電時において、制御部１１ａ〜１１ｃは、電力変換器１３ａ〜１３ｃを制御し、蓄電池１２ａ〜１２ｃに対し充電電力指令値Ｐｉに応じた電力を出力する。具体的には、電力変換器１３ａ〜１３ｃから蓄電池１２ａ〜１２ｃに流れる電流がそれぞれ所定の電流値となるように調整することで、充電電力指令値Ｐｉに応じた電力を出力する。
充放電ステーション２１から供給される供給電力Ｐｉｔを各電力変換器１３ａ〜１３ｃに配分する場合、各制御部１１ａ〜１１ｃから取得した各蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量に基づいて充電電力指令値Ｐｉを算出する構成とした。放電時と同様に、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣを、各蓄電池の残存容量と見なし、ＳＯＣに基づいて放電電力指令値Ｐｏを算出する。具体的には、蓄電池間相互の１００％からＳＯＣを引いた値の比率に基づいて、供給電力Ｐｉｔを配分するように充電電力指令値Ｐｉを算出する。
例えば、充電開始時における第１蓄電池１２ａのＳＯＣが２０％、第２蓄電池１２ｂのＳＯＣが４０％、第３蓄電池１２ｃのＳＯＣが８０％であるとする。また、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの満充電容量は１００Ｗｈであるとする。
また、各蓄電池１２ａ〜１２ｃには、充電電力の上限値（上限充電電力）Ｐｉｍが設けられている。なお、第ｉ蓄電池における上限充電電力ＰｉｍをＰｉｍ（ｉ）として表記する（ｉ＝１〜３）。第１蓄電池１２ａの上限充電電力Ｐｉｍ（１）及び第２蓄電池１２ｂの上限充電電力Ｐｉｍ（２）が１００Ｗ、第３蓄電池１２ｃの上限充電電力Ｐｉｍ（３）が６０Ｗであるとする。
この場合、充放電ステーション２１から供給される供給電力Ｐｉｔを１６０Ｗとし、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに応じて充電電力指令値Ｐｉを配分すると、第１蓄電池１２ａの充電電力指令値Ｐｉ（１）は８０Ｗ、第２蓄電池１２ｂの充電電力指令値Ｐｉ（２）は６０Ｗ、第３蓄電池１２ｃの充電電力指令値Ｐｉ（３）は２０Ｗに設定される。ＳＯＣに基づいて充電電力が設定されると、蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣが１時間後にそれぞれ１００％になる。このように各蓄電池１２ａ〜１２ｃに対して充電電力指令値Ｐｉを配分することで、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの充電機会を均等化することができる。充電機会を均等化することで、特定の蓄電池が劣化することを抑制し、また、電気負荷２５に対する充電時間を短時間化することができる。
ここで、充放電ステーション２１から供給される供給電力Ｐｉｔを２２０Ｗとし、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに応じて充電電力指令値Ｐｉを配分すると、第１蓄電池１２ａの充電電力指令値Ｐｉ（１）は１1０Ｗ、第２蓄電池１２ｂの充電電力指令値Ｐｉ（２）は８２．５Ｗ、第３蓄電池１２ｃの充電電力指令値Ｐｉ（３）は２７．５Ｗに設定される。この場合、第１蓄電池１２ａに設定された充電電力指令値Ｐｉ（１）＝１１０Ｗが、第１蓄電池１２ａの上限充電電力Ｐｉｍ（１）＝１００Ｗを上回っているため、第１蓄電池１２ａに実際に出力されるのは上限充電電力Ｐｉｍ（１）に相当する１００Ｗである。つまり、各蓄電池１２ａ〜１２ｃに対して充電される合計充電電力は２１０Ｗとなり、充放電ステーション２１から供給される供給電力Ｐｉｔ＝２２０Ｗを下回る。
そこで、本実施形態では、各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおいて、ＳＯＣに基づいて設定された充電電力指令値Ｐｉが各蓄電池の上限充電電力Ｐｉｍを上回る場合に、その蓄電池の充電電力指令値Ｐｉをその蓄電池の上限充電電力Ｐｉｍに再設定するようにした。例えば、上記の状況下では、第１蓄電池１２ａの充電電力指令値Ｐｉを１００Ｗに再設定する。
そして、供給電力Ｐｉｔ（２２０Ｗ）から、第１蓄電池１２ａの充電電力指令値Ｐｉ（１）として再設定された値（１００Ｗ）を引いた残りの電力（１２０Ｗ）を、第２蓄電池１２ｂ及び第３蓄電池１２ｃに配分する。具体的には、残りの電力（１２０Ｗ）を蓄電池間相互の１００％からＳＯＣを引いた値の比率に基づいて配分し、第２蓄電池１２ｂの充電電力指令値Ｐｉ（２）を９０Ｗ、第３蓄電池１２ｃの充電電力指令値Ｐｉ（３）を３０Ｗに設定する。このように設定することで、第２蓄電池１２ｂのＳＯＣ及び第３蓄電池１２ｃのＳＯＣは、このまま電気負荷２５に対して電力供給を継続すると４０分後に共に１００％になる。つまり、第２蓄電池１２ｂと第３蓄電池１２ｃの充電時間は均等化される。
図３に本実施形態の充電電力指令処理を表すフローチャートを示す。本処理は、制御部１１ａによって所定周期ごとに実施される。
ステップＳ２１において、充放電ステーション２１から供給を行う供給電力Ｐｉｔを算出し、目標放電電力として設定する。ステップＳ２２において、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣをそれぞれ取得する。
ステップＳ２３において、各蓄電池１２ａ〜１２ｃごとに算出された上限充電電力Ｐｉｍを設定する。各電力変換器１３ａ〜１３ｃの上限充電電力Ｐｉｍは、各電力変換器１３ａ〜１３ｃが接続されている蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量、温度などに依存し、また、電力変換器１３ａ〜１３ｃの変換効率、出力特性、温度などに依存する。制御部１１ａ〜１１ｃは、蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量及び温度、並びに、電力変換器１３ａ〜１３ｃの変換効率、出力特性及び温度などに基づいて、蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限充電電力Ｐｉｍを所定の周期でそれぞれ算出する。なお、マスターである制御部１１ａが、蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限充電電力Ｐｉｍを算出してもよい。
ステップＳ２４において、各蓄電池１２ａ〜１２ｃについて、充電電力指令値Ｐｉを算出する。充電電力指令値Ｐｉは、供給電力Ｐｉｔを各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに基づいて配分した値として算出される。具体的には、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣ（ｉ）を１００％から引いた値の和（Σ（１００−ＳＯＣ（ｉ）））を算出し、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣ（ｉ）を１００％から引いた値をΣ（１００−ＳＯＣ（ｉ））で除算する。その除算値と供給電力Ｐｉｔとの積算値を充電電力指令値Ｐｉ（ｉ）として算出する（Ｐｉ（ｉ）＝Ｐｉｔ×（１００−ＳＯＣ（ｉ））／Σ（１００−ＳＯＣ（ｉ）））。
ステップＳ２５において、各充電電力指令値Ｐｉ（ｉ）が、各蓄電池の上限充電電力Ｐｉｍ（ｉ）以下か否かを判定する。全ての蓄電池について、充電電力指令値Ｐｉが上限充電電力Ｐｉｍ以下の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ２６において、各制御部１１ａ〜１１ｃに充電電力指令値Ｐｉを通知して処理を終了する。
ＳＯＣに基づいて算出された充電電力指令値Ｐｉが上限充電電力Ｐｉｍを上回る蓄電池が存在する場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２７において、その蓄電池（第ｎ蓄電池とする）の充電電力指令値Ｐｉ（ｎ）を上限充電電力Ｐｉｍ（ｎ）に改めて設定する。そして、ステップＳ２８において、供給電力ＰｉｔからステップＳ２７において充電電力指令値Ｐｉとして設定された上限充電電力Ｐｉｍを減算する。次に、ステップＳ２９において、第ｎ蓄電池をＳＯＣに基づく充電電力指令値Ｐｉの算出対象から除外する。そして、ステップＳ２４において、第ｎ蓄電池を除く他の蓄電池について、要求電力Ｐｏｔを各蓄電池のＳＯＣに基づいて配分し、充電電力指令値Ｐｉを改めて算出する。
上記ステップＳ２１の処理が目標電力取得手段、ステップＳ２２の処理が残存容量取得手段、ステップＳ２３の処理が上限電力設定手段、ステップＳ２４の処理が第１目標電力配分手段、ステップＳ２５の処理が判定手段に相当する。また、ステップＳ２７〜Ｓ２９及びステップＳ２９後のステップＳ２４の処理が第２目標電力配分手段に相当する。
以下、本実施形態の効果を述べる。
上記構成によれば、原則的に、目標電力Ｐｏｔ，Ｐｉｔが各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおける相互のＳＯＣの比率に基づいて配分され、蓄電池１２ａ〜１２ｃごとに充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉが設定される。このため、蓄電池１２ａ〜１２ｃの放電時において、各々のＳＯＣに対応させて各蓄電池１２ａ〜１２ｃの電力を使用することができ、いずれかの蓄電池１２ａ〜１２ｃにおいて、他の蓄電池１２ａ〜１２ｃより早く放電不能となる事態を避けることができる。また、蓄電池１２ａ〜１２ｃの充電時において、各々のＳＯＣに対応させて各蓄電池１２ａ〜１２ｃへ電力を充電することができ、いずれかの蓄電池１２ａ〜１２ｃにおいて、他の蓄電池１２ａ〜１２ｃより早く過充電となる事態を避けることができる。
更に、ＳＯＣに基づいて配分された蓄電池１２ａ〜１２ｃごとの充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉがその蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超える場合には、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超えないように目標電力Ｐｏｔ，Ｐｉｔが蓄電池１２ａ〜１２ｃごとに再配分される。このため、上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超える充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉが蓄電池１２ａ〜１２ｃに配分されてしまい、各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおいて実際に充放電される電力の合計値が目標電力Ｐｏｔ，Ｐｉｔを下回るといった不都合を抑制することが可能になる。
本実施形態では、ＳＯＣに基づいて配分された充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉが、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超えている場合に、その蓄電池について、上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉとして再設定する。そして、他の蓄電池１２ａ〜１２ｃについて、要求電力Ｐｏｔ、供給電力Ｐｉｔを各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣに基づいて改めて配分する。このような構成にすることで、要求電力Ｐｏｔに応じた電力を放電すること、及び、供給電力Ｐｉｔに応じた電力を充電することが可能になるとともに、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの充放電の機会を均等化することが可能になる。
上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍは、蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量や蓄電池１２ａ〜１２ｃ及び電力変換器１３ａ〜１３ｃの温度で変化する。このため、充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉとして、上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍ以下の値を設定していた場合でも、上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍの変化に伴い、充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉが上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超えることが懸念される。そこで、上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを周期的に設定する構成にすることで、充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉを上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍ以下となるように好適に設定することが可能になる。
また、電気負荷２５の要求電力Ｐｏｔ及び充放電ステーション２１から供給される供給電力Ｐｉｔを充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉを設定する度に取得する構成とした。このように、要求電力Ｐｏｔ及び供給電力Ｐｉｔを周期的に取得することで、要求電力Ｐｏｔ及び供給電力Ｐｉｔが変動する場合に、好適に充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉを設定することができる。特に、電気負荷２５に対して電力供給を行う場合、電気負荷２５が要する要求電力Ｐｏｔは、電気負荷２５の動作状態や蓄電池１２ａ〜１２ｃ以外の電源（商用電源３０及び太陽光発電機２６）の状態に伴って変動するため、その変動が顕著である。このため、要求電力Ｐｏｔを周期的に取得する構成とすることで、放電電力指令値Ｐｏを好適に設定することが可能になる。
（第２実施形態）
本実施形態では、図２に表す第１実施形態の放電電力指令処理を変更し、図４に表すフローチャートに示す放電電力設定処理を実施する。以下、図２に表すフローチャートと同一の処理については説明を省略し、異なる箇所について説明する。
ステップＳ１５において、ステップＳ１４で設定された放電電力指令値Ｐｏが上限放電電力Ｐｏｍを超えている蓄電池が有ると判定されると（Ｓ１５：ＮＯ）、ステップＳ３１において、各蓄電池の放電電力指令値Ｐｏ（ｉ）を各蓄電池の上限放電電力Ｐｏｍ（ｉ）に基づいて再び算出する。具体的には、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍ（ｉ）の和（ΣＰｏｍ（ｉ））を算出し、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍ（ｉ）をΣＰｏｍ（ｉ）で除算する。その除算値と要求電力Ｐｏｔとの積算値を放電電力指令値Ｐｏ（ｉ）として算出する（Ｐｏ（ｉ）＝Ｐｏｔ×Ｐｏｍ（ｉ）／ΣＰｏｍ（ｉ））。
また、本実施形態では、図３に表す第１実施形態の充電電力指令処理を変更し、図５に表すフローチャートに示す放電電力指令処理を実施する。以下、図３に表すフローチャートと同一の処理については説明を省略し、異なる箇所について説明する。
ステップＳ２５において、ステップＳ２４で設定された充電電力指令値Ｐｉが上限充電電力Ｐｉｍを超えている蓄電池が有ると判定されると（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ４１において、充電電力指令値Ｐｉを各蓄電池の上限充電電力Ｐｉｍに基づいて再び算出する。具体的には、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限充電電力Ｐｉｍ（ｉ）の和（ΣＰｉｍ（ｉ））を算出し、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限充電電力Ｐｉｍ（ｉ）をΣＰｉｍ（ｉ）で除算する。その除算値と供給電力Ｐｉｔとの積算値を充電電力指令値Ｐｉ（ｉ）として算出する（Ｐｉ（ｉ）＝Ｐｉｔ×Ｐｉｍ（ｉ）／ΣＰｉｍ（ｉ））。
各蓄電池１２ａ〜１２ｃにおいて充放電電力の上限値である上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを出力すると、電力変換器１３ａ〜１３ｃの変換効率が低下することが懸念される。また、その上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを出力している蓄電池１２ａ〜１２ｃに流れる電流が大きくなる結果、その蓄電池１２ａ〜１２ｃの劣化が進行することが懸念される。そこで、ＳＯＣに基づいて配分された充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉが、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超えている場合に、各蓄電池１２ａ〜１２ｃ相互の上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍの比率に基づいて充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉを改めて配分する構成とした。このような構成にすることで、各蓄電池１２ａ〜１２ｃごとの充放電電力指令値Ｐｉ，Ｐｏが上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍとなることを抑制し、電力変換器１３ａ〜１３ｃの変換効率が低下する不都合や、蓄電池１２ａ〜１２ｃのうち特定の蓄電池について劣化が進行する不都合を抑制することが可能になる。
また、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを周期的に設定する構成にした。各蓄電池１２ａ〜１２ｃの上限放電電力Ｐｏｍは、ＳＯＣの増加に伴い増加し、上限充電電力Ｐｉｍは、ＳＯＣの低下に伴い増加する。このため、上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍに基づいて目標電力Ｐｏｔ，Ｐｉｔを配分する本実施形態においても、ＳＯＣの大きい蓄電池における放電電力指令値Ｐｏが大きく設定され、また、ＳＯＣの小さい蓄電池における充電電力指令値Ｐｉが大きく設定されることになる。その結果、放電時では、放電を継続すると蓄電池１２ａ〜１２ｃごとのＳＯＣが同時に０％となり、充電時では、充電を継続すると蓄電池１２ａ〜１２ｃごとのＳＯＣが同時に１００％となる。
（その他の実施形態）
・ＳＯＣに基づいて配分された充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉが上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを超える場合の充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉの再配分において、目標電力Ｐｏｔ，Ｐｏｉを蓄電池の個数で等分し、各蓄電池１２ａ〜１２ｃごとに再配分する構成としてもよい。
・上記実施形態では、蓄電池１２ａ〜１２ｃの満充電容量が等しい構成としたが、これを変更してもよい。この場合、各蓄電池１２ａ〜１２ｃのＳＯＣを残存容量と見なして、ＳＯＣに基づいて充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉを設定する上記の構成に代えて、各蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量を取得し、その残存容量に基づいて充放電電力指令値Ｐｏ，Ｐｉを設定する構成にすればよい。
・制御部１１ａ〜１１ｃのうち、充放電ステーション２１に最初に接続された車両１０ａの制御部をマスターとなるように設定したが、これを変更してもよい。例えば、蓄電池１２ａ〜１２ｃの残存容量が最も多い車両１０ａ〜１０ｃの制御部１１ａ〜１１ｃをマスターとなるように設定してもよい。また、予め、マスターとなる制御部１１ａ〜１１ｃが定められていてもよい。
・充電電力指令処理及び放電電力指令処理は、制御部２３が行う構成であってもよい。
・蓄電装置は車載蓄電池に限られず、例えば、住宅設置用の蓄電池などに適用されるものであってもよい。例えば、分電盤２４に対して住宅設置用の蓄電池が接続されている状況下で充放電ステーション２１に対して車両が接続された場合に、住宅設置用の蓄電池と車載蓄電池との間で充放電量の指令値を設定するようなものであってもよい。この場合、車載蓄電池と住宅設置用の蓄電池のそれぞれが「複数の蓄電装置」に該当する。また、複数の住宅設置用の蓄電池が分電盤２４に対して接続されている場合に、その住宅設置用の蓄電池の制御部が各蓄電池の充放電量の指令値を設定するようなものであってもよい。この場合、複数の住宅設置用の蓄電池のそれぞれが「複数の蓄電装置」に該当する。
・充電電力指令処理及び放電電力指令処理のいずれか一方を実施する電源システムであってもよい。
・各車両の電力変換器は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとしての機能に加えて、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータとしての機能を有するものであってもよい。
・要求電力Ｐｏｔ、供給電力Ｐｉｔ及び上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを固定値として取り扱ってもよい。また、要求電力Ｐｏｔ、供給電力Ｐｉｔ及び上限電力Ｐｏｍ，Ｐｉｍを一度取得した後、更新しないものであってもよい。
１１ａ〜１１ｃ…制御部、１２ａ…第１蓄電池、１２ｂ…第２蓄電池、１２ｃ…第３蓄電池、２１…充放電ステーション、２５…電気負荷。

Claims (2)

  1. 共通の給電対象（２５）及び共通の充電装置（２１）の少なくともいずれかに対し互いに並列接続される複数の蓄電装置（１２ａ〜１２ｃ）と、
    前記複数の蓄電装置から前記給電対象への放電を制御する放電制御機能及び前記充電装置から前記複数の蓄電装置への充電を制御する充電制御機能の少なくともいずれかを有する制御部（１１ａ）と、を備える電源システムであって、
    前記複数の蓄電装置には、それぞれ充放電電力の上限値である上限電力が定められており、
    前記制御部は、
    前記給電対象が要する要求電力又は前記充電装置が供給する供給電力を、前記複数の蓄電装置が充放電を行う目標電力として取得する目標電力取得手段と、
    前記複数の蓄電装置の残存容量をそれぞれ取得する残存容量取得手段と、
    前記複数の蓄電装置の残存容量に基づいて、前記目標電力を前記蓄電装置ごとに充放電電力として配分する第１目標電力配分手段と、
    前記第１目標電力配分手段によって配分された前記蓄電装置ごとの充放電電力が、その蓄電装置の前記上限電力を超えているか否かを判定する判定手段と、
    前記第１目標電力配分手段によって前記蓄電装置ごとに配分された充放電電力が、その蓄電装置の前記上限電力を超えていると判定された場合に、前記蓄電装置ごとの充放電電力が前記上限電力を超えないように、前記目標電力を前記蓄電装置ごとに再配分する第２目標電力配分手段と、
    を備え、
    前記第２目標電力配分手段は、前記第１目標電力配分手段によって前記蓄電装置ごとに配分された充放電電力が、その蓄電池の前記上限電力を超えていると判定された場合に、前記目標電力を、当該上限電力の比率に基づいて前記蓄電装置ごとに充放電電力として再配分することを特徴とする電源システム。
  2. 前記制御部は、所定の周期ごとに、前記各蓄電装置の前記上限電力を設定する上限電力設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
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