JP6430276B2 - 電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム Download PDF

Info

Publication number
JP6430276B2
JP6430276B2 JP2015022182A JP2015022182A JP6430276B2 JP 6430276 B2 JP6430276 B2 JP 6430276B2 JP 2015022182 A JP2015022182 A JP 2015022182A JP 2015022182 A JP2015022182 A JP 2015022182A JP 6430276 B2 JP6430276 B2 JP 6430276B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
power
control
charge
groups
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015022182A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016146688A (ja
Inventor
明 八杉
明 八杉
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱日立パワーシステムズ株式会社 filed Critical 三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority to JP2015022182A priority Critical patent/JP6430276B2/ja
Publication of JP2016146688A publication Critical patent/JP2016146688A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6430276B2 publication Critical patent/JP6430276B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y02B90/222
    • Y02E40/72
    • Y02E40/76
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/545
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/12Energy storage units, uninterruptible power supply [UPS] systems or standby or emergency generators, e.g. in the last power distribution stages

Description

本発明は、電池容量に対応した電池システム及びその制御方法並びに制御プログラムに関するものである。

従来、リチウムイオン電池等の二次電池によって構成される電池モジュールは、電力変換器を介して電力系統と連系されている。
例えば、下記特許文献1では、複数の蓄電装置と交流電力が供給される入力端子との間に1つの電力変換器が接続される構成が記載されている。また、下記特許文献2では、蓄電池とPCS(Power Conditioning System、パワーコンディショナ、電力変換器)を備えた蓄電池ユニットを複数並列に電力母線に接続し、蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定する構成が記載されている。

特開2005−278366号公報 特許第5537478号公報

しかしながら、上記特許文献1では、電力変換器が1つであるため、電力変換器に対応付けられる複数の蓄電装置は、蓄電装置毎に制御することはできないという問題があった。これに対し、上記特許文献2は、蓄電池に対応してPCSを設け、充放電スケジュールを蓄電池ユニット個別に決定する技術であり、蓄電池ユニット毎に充放電制御できるものと考えられる。
しかしながら、電力系統は、発電電力と負荷のバランスが崩れると周波数変動が生じるという課題があるが、上記特許文献2では、電力系統の周波数変動を抑制することについては記載されておらず、電力系統の周波数変動を抑制することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電力系統の周波数変動を効率的に抑制することができる電池システム及びその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、1つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器と、前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力する第1制御手段と、各前記グループに対応して設けられ、前記充放電指令値に基づいて、対応する前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第2制御手段とを具備し、各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される電池システムを提供する。

本発明によれば、1つ以上の二次電池を有する電池ユニットが設けられ、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成された複数の電池群は、それぞれ対応して設けられた電力変換器を介して電力系統と接続される。電力系統の状態に応じてグループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値が出力される。各電池群は、属するグループに対して出力された充放電指令値に基づいて充放電が制御され、各グループが電池容量に対応してそれぞれ周期の異なる電力系統の周波数変動を抑制する。
このように、異なる電池容量となるように形成された各電池群は、それぞれ電力変換器と第2制御手段が設けられていることにより、上位側の第1制御手段から出力される充放電指令値に基づいて、属するグループ毎に充放電制御される。また、各グループは、それぞれ変動抑制を担う周波数が異なるので、担当する周期の周波数変動を抑制できる電流(レート)で充放電を制御すればよく、周波数変動を効率的に抑制できる。

上記電池システムにおいて、前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群と比べて、大きな電流で充放電させて、短い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御されることとしてもよい。

電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群より充放電可能な電力量が小さいが、電池容量が大きいグループの電池群よりも速く小刻みに出力が変動する短い周期の周波数変動を抑制させることができる。

上記電池システムにおいて、前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群と比べて、小さな電流で充放電させて、長い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御されることとしてもよい。

電池容量が大きいグループの電池群は、電池容量が小さいグループの電池群より充放電可能な電力量が大きいので、電池容量が小さいグループの電池群よりもゆっくり出力が変動する長い周期の周波数変動を抑制させることができる。
このように、電池容量の大小に応じて充放電の電流の大きさを調整することにより、異なる周期の周波数変動に対して、それぞれ抑制ができる。

上記電池システムの前記第2制御手段は、対応する前記グループに属する各前記電池群の電池情報を取得し、前記電池情報に基づいて、各前記電池群の充放電を制御することとしてもよい。

これにより、各電池群の状況に応じた充放電制御ができる。

上記電池システムの前記第2制御手段は、対応する前記グループに属する前記電池群の前記電池情報と、他の前記グループに対応する前記第2制御手段から受信する他の前記グループに属する前記電池群の前記電池情報とに基づいて、前記電池ユニットの充電率を所定の使用範囲領域になるよう各前記電池群の充放電を制御することとしてもよい。

対応するグループの電池群の電池情報と他のグループに属する電池群の電池情報を用いることにより、同一グループ内で充電率の過剰が生じていることや、他のグループで充電率の不足が生じていることを検出できる。そして、電力系統の周波数制御を行うために電池システムから電力系統へ充放電する際に、各電池群の出力配分により充電率が過剰な電池群から、充電率の不足が生じる電池群に充放電電力を融通することにより、電池システム全体として充放電指令値を満たすことができる。また、電池群の充電率(電池情報)が使用範囲領域に維持されるため、電池システムの性能が高くなる。

上記電池システムにおいて、一の前記グループに、複数の前記電池群が属している場合に、前記第2制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第1閾値より大きいと判定した前記電池群に対し、前記電池群の劣化度合いが前記第1閾値以下と判定された前記電池群よりも小さい前記充放電指令値を出力する指令値調整手段を具備することとしてもよい。

電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群よりも大きな電流で充放電が繰り返し行われた場合には、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群と比較して、設置環境、個体差等の影響により使用期間が長くなることでグループ内の各電池群の劣化度合いに差が大きく生じる場合がある。本発明によれば、各電池群の劣化度合いを判定し、劣化度合いが大きいと判定された場合には他の電池群よりも充放電指令値を小さくする(例えば、電流(レート)を抑える)ことにより、劣化の進行を抑制することができる。また、これにより、同じグループ内の電池群の劣化を略均一化させることができ、特定の電池群の早期劣化を防止できる。
なお、劣化度合いは、例えば、二次電池の内部抵抗が第1閾値(内部抵抗閾値)より大きければ劣化が進んでいると判断したり、二次電池の温度が第1閾値(電池温度閾値)より高ければ劣化が進んでいると判断したりする。

上記電池システムは、各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、前記第2制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第2閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とすることとしてもよい。

このように、劣化度合いが高く、性能の低減の要因となる箇所を切替手段によって切り離し(非接続状態)、電池群の電池ユニットを交換可能にするので、システム稼働中に最小限の性能低減で済ませることができ、故障の電池群の除去及び交換が簡便となる。

上記電池システムにおいて、最も前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、発電設備としてもよい。
発電設備(例えば、ガスエンジン発電設備)を用いることによって簡便にベースロードを負担させることができる。

上記電池システムにおいて、最も前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、電気二重層コンデンサとしてもよい。
電気二重層コンデンサ(EDLC;Electric double−layer capacitor)によって、簡便に電池容量が小さい電池群とすることができる。

本発明は、1つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御方法であって、前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を第1制御手段から出力する第1工程と、前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を第2制御手段で制御する第2工程と、各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が前記第2制御手段で制御される第3工程とを有する電池システムの制御方法を提供する。

本発明は、前記電池システムは、各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、前記第2制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第2閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とするメンテナンス工程を有する上記電池システムの制御方法を提供する。

本発明は、1つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御プログラムであって、前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力させる第1処理と、前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第2処理と、各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電を制御する第3処理とをコンピュータに実行させるための制御プログラムを提供する。

本発明は、電力系統の周波数変動を効率的に抑制できるという効果を奏する。

本発明の第1の実施形態に係る電池システムの概略構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る電池システムの作用を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態の変形例に係る電池システムの概略構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る電池システムの概略構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る電池システムの作用を説明するための図である。

以下に、本発明に係る電池システム及びその制御方法並びに制御プログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第1の実施形態〕
図1は、本実施形態に係る電池システム100の概略構成を示している。
図1に示されるように、電池システム100は電力系統20と連結線10で接続され連系されている。電池システム100は、複数の電池群1a1,1a2,1a3,1b,1cと、双方向電力変換器(以下「PCS」と記載する。Power Conditioning System)2a1,2a2,2a3,2b,2cと、EMS(Energy Management System;第1制御手段)4と、スレーブ(第2制御手段)3a,3b,3cとを備えている。
以下特に明記しない場合には、電池群は電池群1、PCSはPCS2、スレーブはスレーブ3とする。

また、電池システム100は、電池群1の電池ユニット8の構成によって決定される電池容量に応じて、複数のグループA,B,Cに分けられている。本実施形態においては、電池容量の小さい順にグループA,B,Cとする。
電池群1は、1つ以上の二次電池9を有する電池ユニット8を設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように複数形成される。
グループAには、電池群1a1,1a2,1a3が属しており、電池群1a1,1a2,1a3に対応してPCS2a1,2a2,2a3が設けられる。

グループBには、電池群1bが属しており、電池群1bに対応してPCS2bが設けられる。
グループCには、電池群1cが属しており、電池群1cに対応してPCS2cが設けられる。
なお、本実施形態においては、グループAには3つの電池群1が属しており、グループB及びグループCにはそれぞれ1つの電池群1が属しているが、各グループに属する電池群1の個数は特に限定されない。

電池群1a1,1a2,1a3は、それぞれ同じ大きさの電池容量とし、グループAに属している。例えば、電池群1a1,1a2,1a3は、それぞれ1個の電池ユニット8を備えている。
電池群1bは、グループAに属する電池群1の電池容量より大きく、グループCに属する電池群1の電池容量より小さい電池容量とする。例えば、電池群1bは、6個の電池ユニット8を備えている。
電池群1cは、グループBに属する電池群1の電池容量より大きい電池容量とする。例えば、電池群1cは、12個の電池ユニット8を備えている。
本実施形態においては、同一電池群1内の電池ユニット8は、全て同様の制御が行われるものとする。
各電池群1は、電池情報(例えば、電池温度、充電率SOC、電池電圧、内部抵抗(劣化度合い)、その他異常信号等)をそれぞれ対応するスレーブ3に出力する。

電池ユニット8を構成する二次電池9は、例えば、リチウムイオン二次電池、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池、NAS(ナトリウム硫黄電池)、フロー系の電池等である。
なお、図1に示される電池ユニット8を塗り潰している部分(グレー領域)は、各電池ユニット8の充電された電力の量をイメージで示しており、言い換えれば充電率SOC(State of Charge)のイメージを示している。
また、図中の充電率SOCは全て同じ値のように示されているが、実際の運用においては、設置環境や個体差が影響して差が生じることもある。本実施形態では、電池ユニット8を図示するにあたり、それらの影響は省略している。

電池容量が小さいグループの電池群1は、電池容量が大きいグループの電池群1より、高いレート(大電流)で充放電させる。電池容量が小さいグループの電池群1は、電池容量が大きいグループの電池群1より充放電可能な電力量が小さいが、高いレート(大電流)で充放電することにより、電池容量が大きいグループの電池群1よりも、速く小刻みに出力が変動する短い周期の周波数変動を抑制させることができる。

また、電池容量が大きいグループの電池群1は、電池容量が小さいグループの電池群1より、低いレート(小電流)で充放電させる。電池容量が大きいグループの電池群1は、電池容量が小さいグループの電池群1より充放電可能な電力量が大きいので、低いレート(小電流)で充放電することにより、電池容量が小さいグループの電池群1よりもゆっくり出力が変動する長い周期の周波数変動を抑制させることができる。
このように、電池容量の大小に応じて充放電の電流レートを調整することにより、異なる周期の周波数変動に対して、それぞれ抑制ができる。

本実施形態においては、グループAに属する電池群1a1,1a2,1a3は、電力系統20の短周期(例えば、数分以内)の周波数変動を抑制するための高いレートの充放電をさせる。グループBに属する電池群1bは、電力系統20の中周期(例えば、2〜3時間以内)の周波数変動を抑制するための中程度のレートの充放電をさせる。グループCに属する電池群1cは、電力系統20の長周期(例えば、10時間程度)の周波数変動を抑制するための低いレートの充放電をさせる。また、10時間程度の制御をする場合には、鉛二次電池、NASやフロー系の二次電池を用いるのが望ましい。

PCS2は、各電池群1に対応して設けられ、交流側を電力系統20に接続する。PCS2は、電池群1の電力を放電させて電力系統20へ出力する機能と、電力系統20からの電力を電池群1へ充電する機能とを有し、双方向に電力変換する。

EMS4は、例えば、図示しないCPU(中央演算装置)、RAM(Random Access Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
具体的には、EMS4は、連結線10と接続されており、電力系統20を監視する。EMS4は、電力系統20の状態(例えば、周波数変動)に応じて、グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値(単位時間あたりに充電/放電させる電力量〔kW〕)をスレーブ3a,3b,3cに出力する。

スレーブ3a,3b,3cは、例えば、図示しないCPU(中央演算装置)、RAM(Random Access Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。

具体的には、スレーブ3a,3b,3cは、各グループに対応して設けられ、各グループに属する各電池群1の充放電を制御する。本実施形態においては、EMS4をマスタ(主)の制御部とし、スレーブ3a,3b,3cをスレーブ(副)の制御部とする。
スレーブ3は、EMS4から充放電指令値を取得するとともに、対応するグループに属する各電池群1の電池情報を取得する。また、スレーブ3は、充放電指令値及び電池情報に基づいて、グループに属する電池群1のそれぞれに対応するPCS2に充放電指令値を出力し、充放電を制御する。

なお、本実施形態のように同一グループ内に複数の電池群1が設けられる場合には、電池群1a1,1a2,1a3の電池情報と、EMS4から取得した充放電指令値に基づいて、電池群1a1,1a2,1a3のそれぞれに対する個別の充放電指令値を決定するとともに、PCS2a1,2a2,2a3に出力する。つまり、本実施形態の電池システム100の電池群1の充放電は、対応するPCS2によって個別に制御されるものである。

なお、充放電指令値は値が大きい程、電池ユニット8の劣化が大きくなることを勘案し、以下のように充放電指令値を調整してもよい。
電池容量が大きいグループ(例えば、グループB,C)の電池群1と比較して電池容量が小さいグループ(例えば、グループA)の電池群1は、高いレートで充放電を繰り返される運用が行われる。そのため、設置環境・個体差等の影響により使用期間が長くなることで電池容量が小さいグループ(例えば、グループA)内の電池群1(例えば、1a1,1a2,1a3)の間で劣化度合いに差が大きく生じる場合がある。

そのため、電池容量が小さいグループの各電池群1には、個々にPCS(例えば、2a1,2a2,2a3)を設けて、各電池群1の劣化度合いに応じて、各電池群1に出力する充放電指令値を個別に調整することで、劣化の大きなものはレートを若干抑えた充放電をさせる。
ここで、劣化度合いとは、電池ユニット8の劣化の進行状況を示すもので、充電可能な容量の低下や放電可能な電流量の低下という性能低下を示すものである。この劣化発生状況は例えば、二次電池の電池温度の上昇や内部抵抗の増加で感知することも可能である。

具体的には、図1に示されるようにスレーブ3は、指令値調整部(指令値調整手段)6を備える。指令値調整部6は、電池群1の劣化度合いが、第1閾値より大きいと判定した電池群1に対し、電池群1の劣化度合いが第1閾値以下と判定された電池群1よりも小さい充放電指令値を出力する。
各電池群1の劣化度合いを比較し、劣化度合いが大きいと判定された場合には他の電池群1よりも充放電指令値を小さくする(例えば、レートを抑える)ことにより、劣化の進行を抑制することができる。また、これにより、同じグループ内の電池群1の劣化を略均一化させることができ、特定の電池群の早期劣化を防止できる。

また、劣化度合いの判定は、予め決められた閾値(第1閾値)との比較のみに限定されず、各電池群の劣化度合いの平均値を求め、平均を上回っているか否かに応じて劣化しているか否かを判定することとしても良い。

なお、劣化度合いは、例えば、二次電池の内部抵抗が内部抵抗閾値より大きければ劣化が進んでいると判断したり、二次電池の温度が電池温度閾値より高ければ劣化が進んでいると判断したりする。

以下に本実施形態に係る電池システム100の作用について図1及び図2を用いて説明する。
電力系統20が監視されており、電力系統の周波数変動が検出された場合には、周波数変動を抑制するための各グループA,B,Cのそれぞれに対する充放電指令値が、スレーブ3a,3b,3cに出力される(図2のステップSA1)。それぞれのグループA,B,Cにおいて、電池情報が電池群1からスレーブ3a,3b,3cに出力される。
ここで、図2を用いてグループAに着目して説明する。グループAのスレーブ3aは、電池群1a1,1a2,1a3から電池情報を取得する(図2のステップSA2)。スレーブ3aにおいて、電池群1a1,1a2,1a3の電池情報と第1閾値とをそれぞれ比較して、電池群1a1,1a2,1a3の劣化度合いが個別に判定される(図2のステップSA3)。

劣化度合いが第1閾値を上回っているか否かが判定される。劣化度合いが第1閾値を上回る電池群1(例えば、電池群1a3)に対して、劣化度合いが第1閾値以下と判定された電池群1(例えば、電池群1a1,1a2)よりも予め設定された所定の割合で抑えた(小さい)充放電指令値となるように個別の充放電指令値が算出される(図2のステップSA4)。スレーブ3aから、電池群1a1,1a2,1a3に対応するそれぞれのPCS2a1,2a2,2a3に対して、個別の充放電指令値が出力される(図2のステップSA5)。
個別の充放電指令値を取得したPCS2a1,2a2,2a3は、それぞれ対応する電池群1a1,1a2,1a3の充放電を制御する(図2のステップSA6)。

グループB及びグループCに対しても同様に、それぞれ対応する電池群1b,1cの劣化度合いが判定されるとともに、電池群1b,1cに対応するPCS2b,2cに個別の充放電指令値が出力され、充放電制御される。
グループAは、電流レートの関係が電池群1a3<電池群1a1,1a2となるようにしつつ、高いレートで充放電が制御され、短周期の周波数変動が抑制される。グループBの電池群1bは中程度のレートで充放電が制御され、中程度の周波数変動が抑制される。グループCの電池群1cは低いレートで充放電が制御され、長周期の周波数変動が抑制される。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電池システム100及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、1つ以上の二次電池9を有する電池ユニット8が設けられ、電池容量に応じて属するグループA,B,Cが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成された複数の電池群1は、それぞれ対応して設けられたPCS2を介して電力系統20と接続される。電力系統20の状態に応じてグループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値が出力される。各電池群1は、属するグループに対して出力された充放電指令値に基づいて充放電が制御され、各グループがそれぞれ周期の異なる電力系統20の周波数変動を抑制する。

このように、異なる電池容量となるように形成された各電池群1は、それぞれPCS2とスレーブ3が設けられていることにより、上位側のEMS4から出力される充放電指令値に基づいて、属するグループ毎に充放電制御される。また、各グループは、それぞれ担う周波数変動を抑制する周期が異なるので、それぞれ担当する周期の周波数変動を抑制するレート(電流)で充放電を制御すればよく、周波数変動を効率的に抑制できる。

また、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群よりも高いレートで充放電が繰り返し行われた場合には、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群と比較して、設置環境、個体差等の影響により使用期間が長くなることでグループ内の各電池群の劣化度合いに差が大きく生じる場合がある。本実施形態によれば、各電池群の劣化度合いを判定し、劣化度合いが大きいと判定された場合には他の電池群よりも充放電指令値を小さくする(例えば、レートを抑える)ことにより、劣化の進行を抑制することができる。また、これにより、同じグループ内の電池群の劣化を略均一化させることができ、特定の電池群の早期劣化を防止できる。
なお、劣化度合いは、内部抵抗や温度を所定の閾値と比較することにより劣化の進み具合を判定できる。

〔変形例1〕
また、電池システム100は、図3に示されるように、上述した構成に加え、切替部(切替手段)5a1,5a2,5a3,5b,5cと、スレーブ3に切替制御部7とを備えていてもよい。
切替部5a1,5a2,5a3,5b,5cは、各PCS2と電力系統20との間にそれぞれ設けられ、制御されることにより、各PCS2と電力系統20との間の接続非接続を切り替える。

切替制御部7は、電池群1の劣化度合いが、第2閾値よりも大きいと判定した場合に、対応する電池群1に属する切替部5a1,5a2,5a3,5b,5cを選定して、非接続状態にして、電池群1の電池ユニット8を交換可能とする。ここで、第2閾値とは、劣化度合いの許容範囲を超える値であり、例えば、充放電が継続できない状態を示す。例えば、図3の電池群1a1のように、劣化が進んでいる電池群1がある場合には、その電池群1に対応する切替部5a1,5a2,5a3,5b,5cを非接続状態にする。

このように、劣化度合いが許容範囲を超え、性能低減の要因となる電池群1を、切替部5a1,5a2,5a3,5b,5cを非接続状態にして切り離す。これにより、性能低減を最小限で済ませることができ、故障している電池群1の除去及び交換等ができる。
また、切替部5a1,5a2,5a3,5b,5cは、全ての電池群1に必ずしも設ける必要は無く、特に劣化度合いが許容範囲を超え、性能低減の要因となり易い電池容量が小さいグループ(例えばグループA)の電池群1の切替部5a1,5a2,5a3のみとしてもよい。

また、電池容量が小さいグループ(例えばグループA)の電池群1は高いレートで充放電が繰り返し行われるので、電池容量が小さいグループ内の各電池群1の劣化度合いが、充放電を継続できない状態を示す許容範囲を超える第2閾値よりも大きくなる場合があるが、故障している電池群1の交換は少数の電池ユニット8のみになるので、そのコストを最小に抑えることができる。また、切替部5a1,5a2,5a3を非接続状態にして切り離す電池群1も小容量なので、電池システム100の性能低下は最小限に限られ、電池システム100の運用を継続することが可能である。

逆に、電池容量が大きいグループ(例えばグループC)の電池群1は低いレートで充放電が行われるので、電池容量が大きいグループ内の各電池群1の劣化度合いが、充放電を継続できない状態を示す許容範囲を超える第2閾値よりも大きくなる場合は、極めて少ない。電池容量が大きいグループ内の各電池群1は多数の電池ユニット8から構成されるため、故障している電池ユニット8を特定して交換する作業は大作業となり、コストもかさむことになるが、劣化して故障に至ることがほとんど無いため、コスト発生は実質的に無い状況になる。
従い、本実施形態の電池システム100は、長期間の運用において、電池容量が小さいグループの電池群1の少数の電池ユニット8を最小限の数量のみを適切に交換することでよいので、電池ユニット8の交換費用を最小限にでき、経済的である。

〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態について図4及び図5を用いて説明する。本第2の実施形態に係る電池システム100´は、スレーブ間で情報交換する点で第1の実施形態と異なる。第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群よりも高いレートで充放電を繰り返し行うことは同じであるが、各グループ内や各グループ間で電池ユニット8に充電した電力の相互融通するところが異なる。以下、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図4は、本実施形態に係る電池システム100´の概略構成図である。
また、スレーブ3は、対応するグループに属する電池群1から取得した電池情報を、他のグループのスレーブ3に送信するとともに、他のグループに対応するスレーブ3から他のグループに属する電池群1の電池情報を受信する。
例えば、電池ユニット8の満充電状態は充電率SOCを100%とし、過放電状態は充電率SOCを0%とし、充電停止の充電率SOCを90%とし、放電停止の充電率SOCを10%とするといったように、電池ユニット8は運用範囲や許容範囲が決められている。そこで、本実施形態においては、電池ユニット8は、満充電や過放電に到達すると故障や劣化の原因となることを勘案し、満充電や過放電に到達しないように各電池群の充放電を制御して、充電率SOCを許容される範囲内で維持するよう制御する。

以下に、本実施形態に係る電池システム100´の作用を図5を用いて説明する。
図5は、本実施形態の電池システム100´の作用を説明するために、スレーブ3aとスレーブ3bの部分に着目した図を示している。
スレーブ3aとスレーブ3b、スレーブ3bとスレーブ3cは、それぞれ対応する電池群1から取得した電池情報を互いに送受信している(図5のステップSB1)。電力系統20から検出した事象に応じて、EMS4から各スレーブ3に充放電指令値が出力される。

ここで、スレーブ3aに対して充電指令値Xが出力された場合を例に挙げて説明する(図5のステップSB2)。
スレーブ3aは、EMS4から取得した充電指令値Xと、グループAの電池群1の電池情報と、グループBの電池群1の電池情報に基づいて、グループAの電池群1a1,1a2,1a3の個別の充放電指令値と、グループBの電池群1bの個別の充放電指令値を決定する。例えば、電池群1a1は、一定期間充電勝手な短周期周波数の変動抑制運転が継続された結果として、充電率SOCが充電停止状態(例えば、充電率SOC=90〔%〕)になっているとする。

その場合、電池群1a1はそれ以上の充電は過充電を引き起こすため好ましくないので、電池群1a1に対しては、好ましい充電率SOC50%となるように放電指令値Yを出力することとする(図5のステップSB3)。
本実施形態の充電率SOCに関して、充電指令および放電指令どちらにも対応できるよう好ましい充電率SOCは50%(基準値)とする。二次電池の過充電および過放電を防ぐため、充電がされないようにする充電停止状態から、放電がされないようにする放電停止状態との区間で制御されており、本実施形態においては、充電停止状態は充電率SOCを90%とし、放電停止状態は充電率SOCを10%とする。

また、電池群1a2,1a3,1bは、充電ができる状態(充電率SOCが90%以下)であれば、電池群1a1からの放電量(放電指令値Y)と、EMS4からの充電指令値Xとに基づいて、例えば、各電池群の充電率SOCが90%を超えない範囲内で電池群1a2,1a3,1bの充電指令値X1,X2,X3を決定し、出力する(図5のステップSB4)。
つまり、(充電指令値X)=(充電指令値X1)+(充電指令値X2)+(充電指令値X3)−(放電指令値Y)となるように、各電池群1の充放電指令値を演算する。

放電指令値Yを取得したPCS2a1は、放電指令値Yに基づいて電池群1a1を放電制御する。放電指令値Yと充電指令値Xとに基づいて充電指令値X1,X2,X3を決定し、充電指令値X1,X2を取得したPCS2a2,2a3は、充電指令値X1,X2に基づいて、電池群1a2,1a3を充電制御する。
一方、スレーブ3bは、スレーブ3aから充電指令値X3を取得する。
スレーブ3bは、PCS2bに対して、スレーブ3aから取得した充放電指令値X3を出力する。

このように、EMS4からスレーブ3aに対して充電指令値(または放電指令値)を取得した場合に、対応する電池群1が充電停止状態(または放電停止状態)となっており、それ以上の充電(または放電)ができない場合には、放電(または充電)させ、その余剰分(または不足分)を他のグループの電池群1に配分させることにより、電池群1の充電率SOCを使用範囲領域(充電率SOC10%〜90%)に維持させることができる。

また、本実施形態においては、グループAで充電量が過剰である場合に、充電可能なグループBに充電させることとして説明していたが、これに限定されない。例えば、グループAとグループCで情報交換しており、グループCの充電率SOCに余裕があればグループAの充電量をグループCに充電させてもよい。
また例えば、グループBの充電率SOCに不足があれば、グループAからだけでなく、グループCの余剰分から充電してもよい。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電池システム100´及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、異なるグループに対応するスレーブ3間で、それぞれの電池群1の電池情報を送受信することにより、例えば、同一グループ内では過剰な充電率が生じ放電が必要であったとしても、他のグループに充電率の不足が生じていれば、電力系統20の周波数制御を行うために、電池システム100から電力系統20へ充放電する際、各電池群1の出力配分により充電率SOCが過剰な電池群1から充電率SOCの不足が生じる電池群1に充放電電力を融通することにより、電池システム全体として充放電指令値を満たすことができる。また、これにより電池群1の充電率SOCが使用範囲領域に維持されるため、電池システムの性能が高くなる。

なお、第1の実施形態、第2の実施形態において、電池容量が大きいグループCは、電池群1に代えて、発電設備を用いても良い。
なお、発電設備とは、例えば、ガスエンジン発電設備等である。ガスエンジン発電設備は、燃料を燃焼させて駆動するガスエンジンと、ガスエンジンの運転に伴って駆動して発電がなされ、電力を供給することができるようになる発電機とを備えている。
発電設備は、通常は定格より低い状態で発電しておき、周波数が高くなれば、更に出力を下げ、逆に周波数が低くなれば、出力を上げるという一般的に言われているLoad Frequency Control(負荷周波数制御)という運転をする。

発電設備を用いる場合には、充放電する電力の融通はグループAとグループB間で行うものとする。
このように、電池容量が大きいグループに発電設備を設けることによって、簡便にベースロードを負担させることができる。
また、本実施形態の電池容量が小さいグループAは、電池群1に代えて、電気二重層コンデンサ(EDLC;Electric double−layer capacitor)を用いることとしても良い。電気二重層コンデンサを用いることによって、簡便に電池容量が小さい電池群1を形成することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

1a1,1a2,1a3,1b,1c 電池群
2a1,2a2,2a3,2b,2c PCS(電力変換器)
3a,3b,3c スレーブ(第2制御手段)
4 EMS(第1制御手段)
5a1,5a2,5a3,5b,5c 切替部(切替手段)
6 指令値調整部(指令値調整手段)
7 切替制御部
10 連結線
20 電力系統
100、100´ 電池システム

Claims (12)

  1. 1つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、
    各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器と、
    前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力する第1制御手段と、
    各前記グループに対応して設けられ、前記充放電指令値に基づいて、対応する前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第2制御手段とを具備し、
    各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される電池システム。
  2. 前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群と比べて、大きな電流で充放電させて、短い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される請求項1に記載の電池システム。
  3. 前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群と比べて、小さな電流で充放電させて、長い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される請求項1または請求項2に記載の電池システム。
  4. 前記第2制御手段は、対応する前記グループに属する各前記電池群の電池情報を取得し、前記電池情報に基づいて、各前記電池群の充放電を制御する請求項1から請求項3のいずれかに記載の電池システム。
  5. 前記第2制御手段は、対応する前記グループに属する前記電池群の前記電池情報と、他の前記グループに対応する前記第2制御手段から受信する他の前記グループに属する前記電池群の前記電池情報とに基づいて、
    前記電池ユニットの充電率を所定の使用範囲領域になるよう各前記電池群の充放電を制御する請求項4に記載の電池システム。
  6. 一の前記グループに、複数の前記電池群が属している場合に、
    前記第2制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第1閾値より大きいと判定した前記電池群に対し、前記電池群の劣化度合いが前記第1閾値以下と判定された前記電池群よりも小さい前記充放電指令値を出力する指令値調整手段を具備する請求項1から請求項5のいずれかに記載の電池システム。
  7. 各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、
    前記第2制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第2閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、
    前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の電池システム。
  8. 最も前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、発電設備とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の電池システム。
  9. 最も前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、電気二重層コンデンサとする請求項1から請求項8のいずれかに記載の電池システム。
  10. 1つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御方法であって、
    前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を第1制御手段から出力する第1工程と、
    前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を第2制御手段で制御する第2工程と、
    各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が前記第2制御手段で制御される第3工程と
    を有する電池システムの制御方法。
  11. 前記電池システムは、各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、
    前記第2制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第2閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とするメンテナンス工程を有する請求項10に記載の電池システムの制御方法。
  12. 1つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも2つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御プログラムであって、
    前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力させる第1処理と、
    前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第2処理と、
    各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電を制御する第3処理と
    をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
JP2015022182A 2015-02-06 2015-02-06 電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム Active JP6430276B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015022182A JP6430276B2 (ja) 2015-02-06 2015-02-06 電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015022182A JP6430276B2 (ja) 2015-02-06 2015-02-06 電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016146688A JP2016146688A (ja) 2016-08-12
JP6430276B2 true JP6430276B2 (ja) 2018-11-28

Family

ID=56686544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015022182A Active JP6430276B2 (ja) 2015-02-06 2015-02-06 電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6430276B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019110642A (ja) * 2017-12-15 2019-07-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 群管理システム、電力制御装置、送信方法、プログラム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007135355A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Mitsubishi Electric Corp 系統安定化装置
JP4895735B2 (ja) * 2006-09-08 2012-03-14 国立大学法人 東京大学 マイクログリッドシステムの構築方法
JP2010273519A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 充放電制御方法
JP5613447B2 (ja) * 2010-04-28 2014-10-22 株式会社東芝 Storage battery control system and storage battery control method
JP5529724B2 (ja) * 2010-12-27 2014-06-25 三菱重工業株式会社 Power control apparatus, power calculation method, and program

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016146688A (ja) 2016-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9849803B2 (en) Energy system
Jin et al. Implementation of hierarchical control in DC microgrids
US8901876B2 (en) Charge/discharge determining apparatus and computer-readable medium
EP2490313B1 (en) Energy storage system and controlling method thereof
ES2626836T3 (es) Método y aparato para controlar un sistema de potencia híbrido
EP2587623B1 (en) Dc power distribution system
KR101174891B1 (ko) 전력 저장 시스템 및 그 제어방법
JP5948595B2 (ja) 電力管理システム
EP2566007B1 (en) Cell balancing device and method
JP5265639B2 (ja) 共同住宅のエネルギー保存システム、並びに統合電力管理システム及びその制御方法
KR101084216B1 (ko) 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법
JP6157880B2 (ja) 複数電池を有する二次電池システム及び充放電電力等の配分方法
EP3029804B1 (en) Charging facility and energy management method for charging facility
KR101412742B1 (ko) 독립형 마이크로그리드 제어 시스템 및 그 제어방법
JP5583781B2 (ja) 電力管理システム
KR101156533B1 (ko) 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법
JP5764260B2 (ja) 電池システムおよび中間電圧を供給するための方法
KR20150081731A (ko) 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 시스템, 배터리 팩의 작동 방법
JP5447712B2 (ja) 電池制御システム、電池制御装置、電池制御方法、およびプログラム
CA2725623C (en) Storage system that maximizes the utilization of renewable energy
CN103165947B (zh) 蓄电装置及其维修方法
JP5100132B2 (ja) 周波数調整システムおよび周波数調整方法
CN101604858B (zh) 电源管理系统、电池盒以及电源管理方法
AU2014252126B2 (en) Storage battery management system and storage battery management method
JP5722875B2 (ja) 大規模バッテリシステムのための動的に再構成可能な構造

Legal Events

Date Code Title Description
A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20171226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181002

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180928

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181031

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6430276

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150