JP6100055B2 - 蓄電システムの充放電装置及び充放電方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、並列接続した電池群を有する蓄電システムに対して充放電を行う充放電装置及び充放電方法に関するものである。

太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電装置では、発電量の変動抑制や電力需要の変動抑制、さらにはピークシフト等の用途に、蓄電システムが用いられている。自然エネルギーを利用した発電装置はニーズが増大傾向にあり、蓄電システムの大規模化が期待されている。このため、蓄電システムに対して充放電を行う充放電装置の研究、開発が進められており、様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４等）。

一般的に直流電力の蓄電システムは交流電源ラインに接続されるので、充放電装置には交直変換機能を有する電力変換装置（ＰＣＳ：Power Conditioning System）が適用されている。交流電源ラインに流れる交流電力は電力系統連系や交流負荷のバックアップ等に利用される。

また、充放電装置の上位にはエネルギー管理システム（ＥＭＳ：Energy Management System）が接続されている。エネルギー管理システムは、蓄電システムのアプリケーションに従って、電力系統の安定化制御や負荷のピークシフト、非常時のバックアップ等の各用途に応じて、上位の充放電指令を充放電装置に与えるものである。充放電装置はエネルギー管理システムからの充放電指令に従って蓄電システムの充放電を行っている。

ところで、蓄電システムを構成する電池セルには、エネルギー密度や充放電能力、寿命などの性能向上が著しいリチウムイオン電池が主に採用されている。リチウムイオン電池では単セルあたりの電圧は数Ｖレベルなので、ある程度の数を直列接続する必要がある。ただし、直列構成のみで大規模化を行うと直流電圧が高くなり過ぎてしまう。

そこで蓄電システムにおいては、複数の電池セルを直列接続し、この直列の電池セル群を複数並列接続している。直列の電池セル群を並列接続したものをアームと呼んでいる。蓄電システムを大規模化する場合、複数のアームを並列接続して大きな電池ユニットを構成することが望ましい。このような蓄電システムは、コスト面やスペース効率の面で優れており、並列化によるメリットをいっそう活用することができる。

すなわち、複数のアームを並列接続して１つの電池ユニットとした場合は、電池ユニットごとに共通の電力変換装置を設置することが可能となり、電池ユニットごとに個別の電力変換装置を設置する場合と比較して、電力変換装置数を減らすことができる。

特開２０１１−０７２０８４号公報 特開２０１１−１００６６９号公報 特開２０１１−２５４６５０号公報 特開２０１２−０４４８６０号公報

しかしながら、複数のアームを並列接続したユニットに共通の電力変換装置を設置すると、各アームの電流や電力の個別制御はできないため、次のような課題が存在した。すなわち、電池セルの特性は、内部抵抗、容量、電圧／ＳＯＣカーブ、自己放電などによって決まるので、電池の種類が同一であったとしても、その特性はセルごとに異なる。

このため、電池セルの集合体であるアームの特性は、アームごとにばらつくことになる。したがって、並列接続した複数のアームについて、共通の単独の電力変換装置に接続した場合、特性のばらつきが原因となって、各アームに流れる電流値にアンバランスが生じてしまう。

ここで、各アームに電流値のアンバランスが発生する原理について、図７〜図１３を用いて説明する。電池は理想的な電圧源とそれに直列接続された内部抵抗とで表現することができる。電圧源は同種の電池であれば同等な特性を持つが、内部抵抗の特性は製造時のばらつきや劣化状態によって差異がある。

図７はこのような電池が複数並列に接続された状態を示す。２つの並列接続された電池に対し定電流で充放電を行うと、各電池に流れる電流値には内部抵抗に応じた違いが生じる。すなわち、内部抵抗が小さな電池側には大きな電流が流れ、内部抵抗が大きな電池側には小さな電流が流れる。

電池の充放電特性をもう少し詳しく調べるためにはコンデンサと抵抗の並列接続と直列抵抗の等価回路で模擬することができる。このような等価回路を図８に示す。図８において、点線で囲われた部分が単位電池の等価回路を示している。単位電池の等価回路は、理想的な電圧源ＯＣＶと、それに直列接続された抵抗Ｒａ、さらにそれらに直列接続された＜抵抗ＲｂとコンデンサＣ１の並列回路＞とからなる。

図９は、単位電池の等価回路に、ステップ状の定電流Iを流したときの電圧応答波形例である。図９に示すように、電流がゼロの状態から、ある一定値Iに変化した直後は、等価回路のコンデンサＣは短絡状態とみなせる。そのため、等価回路の電圧は開放電圧であるＯＣＶからＯＣＶ＋Ｉ×Ｒａに変化する。その後、時定数（Ｃ１×Ｒｂ）の一次遅れ応答として、ＯＣＶ＋Ｉ×（Ｒａ＋Ｒｂ）に漸近していく。但し、これは電池の等価回路の時定数オーダ（例えば秒単位）の時間の範囲であって、且つ各電池の容量やＳＯＣ（残量）が揃っていることを前提としており、より長時間の充放電を行う場合にはＳＯＣの変化も考慮する必要がある。なお、ここではＳＯＣの変化は無視した。

次に、図１０を用いて、内部抵抗の特性が互いに異なるセル１とセル２を並列接続したアームに対して、図９にて示した場合と同じくステップ状の定電流を流したときの挙動について説明する。なお、下記の説明では、２つの単セルを並列接続してなるアームについて説明するが、単セルの集合体である並列セル群、直列セル群、さらにこれらの組み合わせたユニット同士であっても、等価回路としては同等にみなすことができる。したがって、並列要素間の電流値がアンバランスとなる現象は、１以上の電池セルを複数並列接続した蓄電システムにおいて同様に発生する。

図１０において、ステップ電流の印加直後は、セル１のコンデンサＣ１とセル２のＣ２は短絡状態とみなせる。そのため、セル１とセル２に対する電流I１とI２との配分は、式１で示すことができる。一方、電流静定後のセル１とセル２に対する電流I１とI２との配分は、コンデンサには定常電流は流れないため、式２で示すことができる。

（式１）
ステップ電流印加直後の電流比 Ｉ1：Ｉ2＝Ra2：Ra1 ・・・式１
（式２）
電流静定後の電流比 Ｉ1：Ｉ2＝（Ra2＋Rb2）：（Ra1＋Rb1） ・・・式２

ステップ電流印加直後のセル１の電流値I１を式３から、ステップ電流印加直後のセル２の電流値I２を式４から、電流静定後のセル１の電流値I１を式５から、電流静定後のセル２の電流値I２を式６から、それぞれ求めることができる。
（式３）
ステップ電流印加直後 Ｉ1＝Ｉ×Ra2／（Ra1＋Ra2） ・・・式３
（式４）
ステップ電流印加直後 Ｉ2＝Ｉ×Ra1／（Ra1＋Ra2） ・・・式４
（式５）
電流静定後 Ｉ1 ＝Ｉ×（Ra2＋Rb2）／（Ra1＋Rb1＋Ra2＋Rb2）・・・式５
（式６）
電流静定後 Ｉ2 ＝Ｉ×（Ra1＋Rb1）／（Ra1＋Rb1＋Ra2＋Rb2）・・・式６

以上の式から明らかなように、並列接続したアームの間では、内部抵抗が小さい方に、より多くの電流が流れることがわかる。また、充放電に伴うＳＯＣ変化も図示した。（図１１参照）。

ＳＯＣの変化について、図１２、図１３を用いて説明する。図１２ではアームが１つの場合の定電力充放電時の挙動、図１３では複数のアームが並列に接続された場合の定電力充放電時の挙動を示している。図１２に示すように、単一のアームに流れる電流は、アームに対する電力が０から正の値に変化したとき（充電開始時）、電圧の立ち上がり波形に対応してピークが現れ、電力が０に戻るときには瞬時に０になる。一方、アームに対する電力が０から負の値に変化したとき（放電開始時）、電圧の立ち下がり波形に対応して鈍りが発生し、電力が０に戻るときには瞬時に０になる。

これに対して、図１３に示すように、複数のアーム間に流れる電流は、充電及び放電が開始されるとき、各アームにおける内部抵抗の差によって電流にばらつきが発生する。このとき、各アームの容量が同等であるとすれば、内部抵抗が小さく多くの電流が流れるアームの方が、内部抵抗が大きく少ない電流が流れるアームよりも、ＳＯＣが速く変化する。

すなわち、ステップ電流の印加中、内部抵抗の小さいアームの方がＯＣＶの変化も速くなり、そのため、配分される電流値は減らされる方向、つまり電流配分のアンバランスが時間経過とともに少なくなる方向に作用する。この現象は、アームに対する充放電電力が、０から正の値に変化したとき（充電開始時）、及び０から負の値に変化したとき（放電開始時）、ともに起こる。

逆に、システムに対する充放電電力が０でない一定値から０に戻る場合（充放電完了時）には、内部抵抗の差によってずれていたＯＣＶつまりＳＯＣが揃う方向の電流がアーム間に流れる。すなわち、システム全体の充放電電力の合計が０になると、トータルの電流は０になるものの、ＳＯＣ差を解消するためにアーム間には横流として過渡電流が流れることになり、電流値にばらつきが生じる。過渡電流は初期にピークがあり、時間経過とともに減衰する（図１１及び図１３参照）。

以上をまとめると、充放電電流が０で、ＳＯＣが揃っている状態から、ステップ状に充放電電流が変化した場合には、その直後に内部抵抗のばらつきに起因して電流値のアンバランスのピークが生じ、その後、電流値のアンバランスは減少する。そのまま充放電電流が一定値を継続していると、電流値のアンバランスは内部抵抗値差に対応した一定値で安定化し、ＳＯＣの差は維持したままとなる。

続いて、充放電電流が０に戻るように変化した場合には、その直後に、アーム間のＳＯＣ差を解消すべく、アーム間に横流が発生して過渡電流が流れ、電流値のアンバランスのピークが生じる。そして、過渡電流が減衰しながらＳＯＣ差も解消していく。よって、ステップ状の充放電電流に対して、電流の立ち上がり直後は、内部抵抗差を起因とした過渡電流値のアンバランスのピークが発生し、電流の立ち下り直後は、ＳＯＣ差を起因とした過渡電流値のアンバランスのピークが発生することになる。

このように、蓄電システムに対する充放電電流が０から０ではない値に変化するとき、及び０ではない値から０に変化するとき、両方とも電流値のアンバランスが大きくなり、充放電電流が一定であれば、その後の電流値のアンバランスは縮小する方向となる。すなわち、アーム間に発生する電流値のアンバランスは、充放電電流が変化した直後にピークが発生することになる。

アーム間に発生する電流値のアンバランスが大きくなると、ピーク電流の増加を招き、最大ピーク電流が、電池セル自体をはじめ、バスバーや配線などの電流経路の最大許容電流値を超えるおそれがある。その結果、保護手段が動作してシステム性能が低下する可能性もある。また、本来は無用な横流がアーム間に発生することもあり、システム効率の低下や電池の劣化を招くことになる。

本発明の実施形態は、以上の課題を解消するために提案されたものであり、並列接続したアーム間に流れる電流値のアンバランスを抑制することによって、安全性を高めることができ、保護手段の動作に伴うシステム性能の低下や、横流の発生によるシステム効率の低下や電池の劣化を回避することができる蓄電システムの充放電装置及び充放電方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、
（ａ）１以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、
（ｂ）前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
（ｃ）前記電池コントローラは、前記充放電指令値について該電池コントローラの制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設定し、この上限値を下回る変化量を持つ前記充放電指令値を、前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態は、
（１）電力変換装置にて１以上の電池セルを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う充放電ステップと、
（２）電池コントローラにて前記電力変換装置に充放電指令値を与える充放電指令値出力ステップとを含む蓄電システムの充放電方法において、
（３）充放電指令値について所定の制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設ける上限値設定ステップと、
（４）前記電力変換装置に現在出力中の現指令値と、当該現指令値の次に前記電力変換装置に出力する予定の予定指令値との変化量を求める変化量算出ステップと、
（５）前記変化量が前記上限値以上であれば、当該上限値だけ変化させた指令値を前記電力変換装置に出力する上限指令値出力ステップと、
（６）前記変化量が前記上限値を下回れば、前記予定指令値を前記電力変換装置に出力する予定指令値出力ステップと、を含み、
（７）前記充放電ステップでは、前記上限指令値出力ステップあるいは前記予定指令値出力ステップにて出力した指令値に基づいて前記蓄電システムの充放電を行うことを特徴とするものである。

本発明の第１の実施形態の構成図。 第１の実施形態における充放電指令値の出力処理のフローチャート。 第１の実施形態において２並列電池にステップ状電流で充電した場合の電流値のアンバランス抑制を説明するための波形図。 第１の実施形態において変化量の制限により上位からの充放電指令値と電力変換装置への実際の充放電指令値との比較を示す波形図。 第２の実施形態における充放電指令値の出力処理のフローチャート。 本発明の他の実施形態において一次遅れにより上位からの充放電指令値と電力変換装置への実際の充放電指令値との比較を示す波形図。 ２並列電池の特性ばらつきによる電流値のアンバランスの原理を説明するための回路図。 単位電池の等価回路図。 図８の等価回路にステップ状電流で充電した場合の応答波形を示す波形図。 図８の等価回路を用いた２並列電池の電流配分の説明図。 従来の２並列電池にステップ状電流で充電した場合の電流値のアンバランスを説明するための波形図。 アームが１つの場合の定電力充放電時の挙動を示す波形図。 アームが複数の場合の定電力充放電時の挙動を示す波形図。

（第１の実施形態）
図１〜図４を用いて、本発明に係る第１の実施形態について説明する。
（構成）
図１の構成図に示すように、第１の実施形態に係る蓄電システム１の充放電装置１０は、電力変換装置（ＰＣＳ）１１と、電池コントローラ１２とを有している。

電力変換装置１１は交直変換機能を備え、蓄電システム１に対し充放電を行う装置である。電力変換装置１１は蓄電システム１の直流電力を取り込んで交流電力に変換し、交流電力を交流電源ラインに出力するようになっている。電池コントローラ１２は電力変換装置１１に充放電の指令値を与える部分である。

第１の実施形態の構成上の特徴は、電池コントローラ１２が充放電指令値について電池コントローラ１２の制御周期（例えば１秒等）あたりの変化量の絶対値に、上限値を設定し、さらに、この上限値を下回る変化量を持つ充放電指令値を、電力変換装置１１に出力する点にある。

電池コントローラ１２の上位には通信ライン１３を介してエネルギー管理システム１７が設けられている。エネルギー管理システム１７は上位の充放電指令値を電池コントローラ１２に与えるように構成されている。電池コントローラ１２が電力変換装置１１に現在出力中の充放電指令値を現指令値Ppcs(t_n-1)とする。電力変換装置１１に出力中の現指令値Ｐpcs（ｔ_n-1）とは、前回の制御周期において、電池コントローラ１２が電力変換装置１１へ実際に出力した充放電指令値に他ならない。

また、電池コントローラ１２が電力変換装置１１へ実際に出力する新たな充放電指令値（ｋＷ）を新指令値Ｐpcs（ｔ）とする。電池コントローラ１２がエネルギー管理システム１７から読み込む上位の充放電指令値を更新予定指令値Ｐems（ｔ）とする。
充放電指令値の種類についてまとめると、次の通りとなる。
（ア）現指令値Ｐpcs(t_n-1)…電池コントローラ１２が出力中の指令値
（イ）新指令値Ｐpcs（ｔ）…電池コントローラ１２がこれから出力する指令値
（ウ）更新予定指令値Ｐems（ｔ）…電池コントローラ１２が読み込み指令値

更新予定指令値Ｐems（ｔ）から現指令値Ｐpcs(t_n-1) を引いた値が、電池コントローラ１２における制御周期あたりの予定変化幅ΔＰ(t_n)となる。電池コントローラ１２では、この予定変化幅ΔＰ(t_n)を算出し、その値が最大許容変化幅ΔＰmax以上であれば（ΔＰ(t_n) ≧ΔＰmax）、現指令値Ｐpcs(t_n-1)を最大許容変化幅ΔＰmaxだけ変化させた指令値を、新指令値Ｐpcs（ｔ）として電力変換装置１１に出力する。したがって、現指令値Ｐpcs(t_n-1) と、最大許容変化幅ΔＰmaxとの和が、新指令値Ｐpcs（ｔ）となる。

また、電池コントローラ１２では、更新予定指令値Ｐems（ｔ）から現指令値Ｐpcs(t_n-1) を引いた予定変化幅ΔＰ(t_n)が、最大許容変化幅ΔＰmax値未満であれば（ΔＰ(t_n) ＜ΔＰmax）、更新予定指令値Ｐems（ｔ）を新指令値Ｐpcs（ｔ）としてそのまま電力変換装置１１に出力する。つまり、現指令値Ｐpcs(t_n-1)
と、変化量ΔＰ(t_n)との和である更新予定指令値Ｐems(t_n)が、新指令値Ｐpcs（ｔ）となる。

（蓄電システムの構成）
蓄電システム１には電池セルがＮpc個並列接続されており、この並列のセル群がＮs個直列接続されてアーム１〜Ｎが構成される。各アーム１〜Ｎにおいて正極側には監視保護装置１４が、負極側には電流計測部１５が、それぞれ直列に接続されている。このようなアーム１〜Ｎと監視保護装置１４と電流計測部１５がＮｐａ個並列接続されたものが一つの大きな電池ユニット１８となって、その正極と負極が、共通の電力変換装置１１に接続されている。

各アーム１〜Ｎには電池管理システム１６（ＢＭＳ：Battery Management System）が接続されている。電池管理システム１６には通信ライン１３を介して、電池コントローラ１２が接続されている。電池管理システム１６は直列要素である電池セル群の電圧や温度を監視するものである。

蓄電システム１では、初期状態として、充放電電流の流れない十分長い休止期間が継続しており、すべての電池セルの電圧（ＯＣＶ）は揃っていると仮定する。つまり蓄電システム１０では、ＯＣＶを基準としたＳＯＣも全ての電池セルで同一とするものとする。また、蓄電システム１の構成要素である各電池セルは、内部抵抗と容量にはばらつきが存在する。このような初期状態にある蓄電システム１に、上位のエネルギー管理システム１７から電池コントローラ１２に対し定電力Ｐで継続時間Ｔの充電指令値が与えられる。

（充放電指令値の出力処理）
第１の実施形態における充放電指令値の出力処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。図２に示すように、電池コントローラ１２は、まず、制御周期あたりの充放電の変化量の絶対値の上限値として、最大許容変化幅ΔＰmaxを設定する（上限値設定ステップＳＴ０１）。

次に、電池コントローラ１２は、上位のエネルギー管理システム１７から更新予定指令値Pems(t_n)を読み込み（指令値読み込みステップＳＴ０２）、更新予定指令値Pems(t_n) に基づく充放電電力又は充放電電流から、電力変換装置１１に出力中の現指令値Ppcs(t_n-1) に基づく充放電電力又は充放電電流を減算する。これにより、電池コントローラ１２は、更新予定の指令値と現在の指令値との差による予定変化幅ΔＰ(t_n)を求める（変化幅算出ステップＳＴ０３）。

更新予定指令値Ｐems(t_n)と現指令値Ｐpcs(t_n-1)との差による変化幅ΔＰ(t_n)が、閾値である最大許容変化幅ΔＰmax以上であれば（ＡＢＳΔＰ(t_n) ≧ΔＰmax、変化幅判定ステップＳＴ０４がＹｅｓ）、電池コントローラ１２は、現指令値Ｐpcs(t_n-1)からΔＰmaxだけＰems(t_n)に近づけるように変化させた値を、新指令値Ｐpcs(t_n)として電力変換装置１１へ出力する（上限指令値出力ステップＳＴ０５）。

また、更新予定指令値Ｐems(t_n)と現指令値Ｐpcs(t_n-1)との差による変化幅ΔＰ(t_n)が、閾値である最大許容変化幅ΔＰmax未満であれば（ＡＢＳΔＰ(t_n)＜ΔＰmax、変化幅判定ステップＳＴ０４がＮｏ）、現指令値Ｐpcs(t_n-1)＋変化幅ΔＰ(t_n)、すなわち指令値読み込みステップＳＴ０２にて読み込んだ更新予定指令値Ｐems(t_n)を、そのまま新指令値Ppcs(t_n)として電力変換装置１１へ出力する（予定指令値出力ステップＳＴ０６）。最後に、上限指令値出力ステップＳＴ０５あるいは予定指令値出力ステップＳＴ０６にて出力した指令値に基づいて、電力変換装置１１が蓄電システム１の充放電を行う（充放電ステップＳＴ０７）。

（作用、効果）
第１の実施形態では、電池コントローラ１２が充放電指令値における変化幅ΔＰ(t_n)を判定して、制御周期あたりの充放電指令値の変化幅を予め最大許容変化幅ΔPmaxを下回るように制限する。すなわち、第１の実施形態では電力変換装置への実際の充放電指令値に関して、変化量の上限値を設けており、電力変換装置への実際の充放電指令値として、上位のエネルギー管理システムからの指令値（図４の実線で示す波形図）に対し、変化率を制限している（図４の一点鎖線で示す波形図を参照）。このような第１の実施形態によれば、アームに対する充放電電力または充放電電流は緩やかに変化する。

既に述べたように、等価回路の内部抵抗は電流急変時では比較的低く、電流が安定しているときには比較的高いので、充放電指令値が変化した直後に電流値のピークが発生し、アーム間の電流値のアンバランスも大きくなる。そこで、第１の実施形態では、アームに対する充放電電力または充放電電流は緩やかに変化させることにより、ピーク電力あるいはピーク電流並びに電流値のアンバランスを抑制することができる。

電流値のアンバランスに関する具体的な抑制程度は、再掲する式３と式４とから求めることが可能である。ステップ電流印加直後の各アームの電流値は総電流Ｉに比例するため、アーム間の電流値のアンバランス量も、総電流Ｉに比例して低減することがわかる。
（式３）
ステップ電流印加直後 Ｉ1＝Ｉ×Ra2／（Ra1＋Ra2） ・・・式３
（式４）
ステップ電流印加直後 Ｉ2＝Ｉ×Ra1／（Ra1＋Ra2） ・・・式４

以上の電池コントローラ１２では制御周期あたりの充放電指令値の変化幅を、最大許容変化幅ΔＰmax以下に抑えるようになっている。このような電池コントローラ１２を有する第１の実施形態では、最大許容変化幅ΔＰmaxを閾値として、それ以上の急激な変化を予め避けるフィードフォワード制御的に、電流値のアンバランスの抑制制御を行うことができる。

電流値のアンバランスが縮小した後の挙動は、各アームのＳＯＣにも依存するために定量評価は複雑であるが、一例としてシミュレーションした結果を図３に示す。この図３と図１３に示した従来例とを比較すると、図１３では内部抵抗が小さい電池は充電が開始されると、電圧の立ち上がり波形に対応して充電開始時にピークが現れる。これに対して、本実施形態に係る図３では、充電開始時のピークがカットされる。また、ステップ電流が０に戻る立ち下り直後もまた、シミュレーション結果にみられるようにピークカットされて抑制されている。

つまり、第１の実施形態によれば、電池コントローラ１２が電力変換装置１１に対し一度に所要の全変化量を持つ充放電指令値を与えた時に比べて、アーム間に流れる電流値のアンバランスを抑制することができ、ピーク電力あるいはピーク電流を削減することが可能である。これにより、蓄電システム１における安全性が向上する。

また、第１の実施形態では、電流値のアンバランス抑制によりピーク電力あるいはピーク電流を削減したことで、最大ピーク電流が、電池セルやバスバーや配線などの電流経路の最大許容電流値を超える心配がない。したがって、保護手段が動作することがなく、蓄電システム１の性能低下を招くことがない。また、第１の実施形態においては本来は無用であるアーム間の横流の発生も防ぐことができる。これにより、蓄電システム１における効率の低下や電池の劣化を回避することが可能である。

（第２の実施形態）
本発明に係る第２の実施形態について説明する。
（構成）
第２の実施形態に係る蓄電システム１の充放電装置１０は、上記第１の実施形態の構成と同様であり、構成図は省略する。第２の実施形態における電池コントローラ１２では、電流計測部１５からの電流計測結果を取り込むと共に、充放電電流を変更する方向（充放電極性）にテスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestを、電力変換装置１１に与えるようになっている。テスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestには通常の変化幅と比べて比較的小さい値が用いられる。第２の実施形態における電流計測部１５は、現時点での各アームの電流値を計測すると共に、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestを電力変換装置１１に与えたときの、変化印加１秒後の各アームの電流値を計測する。

また、電池コントローラ１２は、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestの計測結果のうち、電流値の最大値に基づいて、充放電指令値の変化率における制限幅ΔＰlmtを求めるようになっている。そして、電池コントローラ１２は、この制限幅ΔＰlmtと、エネルギー管理システム１７から与えられた前指令値Ｐems(t_n-1)との和を、新指令値Ｐpcs（ｔ）として、電力変換装置１１に与えるように構成されている。

（充放電指令値の出力処理）
第２の実施形態における充放電指令値の出力処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。上位のエネルギー管理システム１７から電池コントローラ１２に更新予定指令値Ｐems(t_n)が出力されて、エネルギー管理システム１７から出力された前指令値Ｐems(t_n-1)を更新する必要が発生すると、図５に示すような処理を順次行う。まず、電流計測部１５が現時点での各アームの電流値を測定する（現時点の電流値測定ステップＳＴ１１）。

次に、電池コントローラ１２がテスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestを電力変換装置１１に出力し、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestを印加した１秒後の各アームの電流値を、電流計測部１５が計測する（テスト用指令値印加後の電流値測定ステップＳＴ１２）。そして電池コントローラ１２は、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestによる電流値の最大値に基づき、充放電指令値の変化率の制限幅ΔＰlmtを求める（制限幅算出ステップＳＴ１３）。

続いて、電池コントローラ１２は、前回の制御周期にて更新した前指令値Ｐems(t_n-1)に、制限幅ΔＰlmtを加え、これを新たな指令値Ｐpcs（ｔ_n）として電力変換装置１１へ出力する（新指令値出力ステップＳＴ１４）。電力変換装置１１は、新たな充放電指令値Ｐpcs(t_n)に基づいて蓄電システム１の充放電を行う（充放電ステップＳＴ１５）。

（作用、効果）
以上の第２の実施形態では、充放電指令値の変化が必要となった時点で、同変化と同一方向に小さなテスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestを電力変換装置１１に与える。そして、このような変化幅ΔＰtestを与えたことによる電流値の最大値から、充放電指令値の変化率の制限幅ΔＰlmtを導き、電流値のアンバランスあるいはピークの大きさを確認する。このとき、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔＰtestは、十分に小さいので、前指令値Ｐems(t_n-1)に、制限幅ΔＰlmtを加えた値を新たな指令値Ｐpcs（ｔ_n）として電力変換装置１１へ出力しても、アームにおいて許容される電流値のアンバランスあるいはピークの大きさを超えることがない。

このような第２の実施形態の制御は、上記の第１の実施形態の制御がフィードフォワード的な制御であったのに対して、フィードバック的な制御であると言える。したがって、第２の実施形態では、アーム間に流れる電流値のアンバランスが小さければ、充放電指令値の変化に対する制限を最小限に抑えることが可能となる。

以上のような第２の実施形態では、電流値のアンバランスの大きさに関係なく充放電指令値の変化量を一律に抑制制御した場合と比べて、電流値のアンバランスが小さければ、小さいなり抑制することができる。したがって、充放電指令値の変化に要する処理時間を短縮化することが可能である。しかも、電流値のアンバランスを過剰な抑制を回避することができる。これにより、電池セルの本来備えた性能を十分に活かした充放電制御を実現することが可能である。

（他の実施形態）
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上述の第１の実施形態では電力変換装置への実際の充放電指令値に関して、変化量の上限値を設けたが、外部から与えられる指令値に対し低域通過フィルタ処理した値を、指令値として電力変換装置に出力するようにしてもよい。具体的には、電力変換装置への実際の充放電指令値として、上位のエネルギー管理システムからの指令値（図６の実線で示す波形図）に対する一次遅れであってもよい（図６の二点鎖線で示す波形図を参照）。このような実施の形態によれば、一次遅れ無しの場合よりも制御周期あたりの指令値変化幅を縮小することができ、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、電力変換装置への実際の充放電指令値の制御周期あたりの変化量の上限値や、他から与えられる指令値に適用される低域通過フィルタの特性値については、蓄電システムの状態によって可変としてもよい。ここで蓄電システムの決定要因としては、蓄電システムの温度、ＳＯＣ、容量、内部抵抗などがある。

さらに、テスト用充放電指令値を電力変換装置に与えて蓄電システムの並列要素に流れる電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方を測定すればよく、測定した電流値の最大値及び又は最小値の少なくとも一方から、充放電指令値についての変化率の制限値を求めるようにしてもよい。

なお、実施形態に用いられる情報の具体的な内容、数値は自由であり、特定の内容、数値には限定されない。実施形態において、閾値に対する大小判断、一致不一致の判断などにおいては以上、以下として値を含めるように判断するか、より大きい、より小さい、超える、超えないとして値を含めないようにするかも自由である。したがって、例えば値の設定によっては、「以上」を「より大きい」、「以下」を「より小さい」と読み替えても実質的には同じである。

１…蓄電システム
１０…充放電装置
１１…電力変換装置
１２…電池コントローラ
１３…通信ライン
１４…監視保護装置
１５…電流計測部
１６…電池管理システム
１７…エネルギー管理システム
１８…電池ユニット

Claims (8)

1. １以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
   前記電池コントローラは、前記充放電指令値について該電池コントローラの制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設定し、この上限値を下回る変化量を持つ前記充放電指令値を、前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。
2. 前記上限値を、前記蓄電システムの状態によって可変としたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システムの充放電装置。
3. １以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
   前記電力変換装置にテスト用充放電指令値を与えて前記蓄電システムの並列要素に流れる電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方を計測する電流値計測部を有し、
   前記電池コントローラは、前記電流値計測部が計測した電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方から前記充放電指令値についての変化に対する制限幅を求め、前記電力変換装置に与えていた充放電指令値に前記制限幅を加えた充放電指令値を、新たな充放電指令値として前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。
4. １以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
   前記電池コントローラは、外部から前記充放電指令値を受け取り、この充放電指令値に低域通過フィルタ処理した特性値を、前記充放電指令値として前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。
5. １以上の電池セルを複数並列したセル群が複数直列接続されてアームとなり、このアームがさらに複数並列接続されて電池ユニットとなり、当該電池ユニットごとに前記電力変換装置を接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電システムの充放電装置。
6. 前記アームの個々に監視保護装置を設置したことを特徴とする請求項５に記載の蓄電システムの充放電装置。
7. 電力変換装置にて１以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う充放電ステップと、電池コントローラにて前記電力変換装置に充放電指令値を与える充放電指令値出力ステップとを含む蓄電システムの充放電方法において、
   充放電指令値について所定の制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設ける上限値設定ステップと、
   前記電力変換装置に現在出力中の現指令値と、当該現指令値の次に前記電力変換装置に出力する予定の予定指令値との変化量を求める変化量算出ステップと、
   前記変化量が前記上限値以上であれば、当該上限値だけ変化させた指令値を前記電力変換装置に出力する上限指令値出力ステップと、
   前記変化量が前記上限値を下回れば、前記予定指令値を前記電力変換装置に出力する予定指令値出力ステップと、を含み、
   前記充放電ステップでは、前記上限指令値出力ステップあるいは前記予定指令値出力ステップにて出力した指令値に基づいて前記蓄電システムの充放電を行うことを特徴とする蓄電システムの充放電方法。
8. 電力変換装置にて１以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う充放電ステップと、電池コントローラにて前記電力変換装置に充放電指令値を与える充放電指令値出力ステップとを含む蓄電システムの充放電方法において、
   テスト用充放電指令値を前記電力変換装置に与えて前記蓄電システムの並列要素に流れる電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方を計測する電流値計測ステップと、
   計測した電流値の最大値及び又は最小値の少なくとも一方から、前記充放電指令値についての変化率の制限値を求める制限値算出ステップと、を含み、
   前記充放電指令値出力ステップでは、前記電力変換装置に与えていた充放電指令値に前記制限値を加えた充放電指令値を、新たな充放電指令値として前記電力変換装置に与えることを特徴とする蓄電システムの充放電方法。

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