JP6639789B2 - 充放電制御装置、移動体及び電力分担量決定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、充放電制御装置、移動体及び電力分担量決定方法に関する。
環境対策や燃費の向上によるライフサイクルコスト（ＬＣＣ：Life Cycle Cost）向上の為、バッテリ等を利用し回生電力の再利用を可能とした機器の製品化が進んでいる。例えば、バッテリを搭載し、回生電力を当該バッテリへ蓄えて系統への負荷を低減できるケーブルリール式バッテリアシストＲＴＧ（Rubber Tired Gantry crane）なども存在する。
しかしながら、バッテリは、ガソリン等を燃料とする発電機に比べてコストが高く、また寿命が数年程度と短いため、初期投資を回収するのが容易でない。
バッテリを用いたシステムの投資回収が難しい理由として、要求仕様が挙げられる。例えば、クレーンに要求される出力性能は、３００ｋＷで１０秒、容量性能で１０ｋＷｈといった値であり、高出力と高容量の両方が要求される。
しかしながら、バッテリは、ガソリン等を燃料とする発電機に比べてコストが高く、また寿命が数年程度と短いため、初期投資を回収するのが容易でない。
バッテリを用いたシステムの投資回収が難しい理由として、要求仕様が挙げられる。例えば、クレーンに要求される出力性能は、３００ｋＷで１０秒、容量性能で１０ｋＷｈといった値であり、高出力と高容量の両方が要求される。
バッテリは、高容量化が比較的容易で、容量については過剰スペックとなるが、出力特性がそれほど高くなく、設計に関して出力性能がボトルネックとなる場合が多い。一方、リチウムイオンキャパシタやＥＤＬＣ（Electric double-layer capacitor）を使用する場合、高出力化は比較的容易で、出力については過剰スペックとなるが、逆に容量性能がボトルネックとなる場合が多い。
従って、バッテリなどの高容量デバイスとキャパシタなどの高出力デバイスを併用することができれば、上記のような要求仕様に対しても最適なシステムを構成することができ、コスト削減、投資回収の早期化が期待できる。
高容量デバイスと高出力デバイスを併用して負荷に給電をする場合、システムを最適化し、価格を低減するためには、高容量デバイスと高出力デバイスにどのように電力の分担を割り振るかが重要となる。例えば、特許文献１には、負荷から最大出力が要求されると、高容量デバイスからの出力を最大に設定し、足りない分を高出力デバイスからの出力で補う電力の分担方法について記載がある。
従って、バッテリなどの高容量デバイスとキャパシタなどの高出力デバイスを併用することができれば、上記のような要求仕様に対しても最適なシステムを構成することができ、コスト削減、投資回収の早期化が期待できる。
高容量デバイスと高出力デバイスを併用して負荷に給電をする場合、システムを最適化し、価格を低減するためには、高容量デバイスと高出力デバイスにどのように電力の分担を割り振るかが重要となる。例えば、特許文献１には、負荷から最大出力が要求されると、高容量デバイスからの出力を最大に設定し、足りない分を高出力デバイスからの出力で補う電力の分担方法について記載がある。
しかし、特許文献１に記載の方法は、繰り返しの充放電に強い高出力デバイスの充電率に余裕がある場合でも高出力デバイスの分担を大きくできないため、デバイスの特性を最大限利用することができず、システムを最適化できないという問題がある。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる充放電制御装置、移動体及び電力分担量決定方法を提供することを目的としている。
本発明の第１の態様は、負荷との間で充放電可能な第一の蓄電装置と、負荷との間で充放電可能で前記第一の蓄電装置と特性が異なる第二の蓄電装置とを備える充放電システムの充放電制御装置であって、前記第一の蓄電装置の充電率及び前記第二の蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、予め定められた第一の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第一の蓄電装置の充電率の差である第一の差分値及び予め定められた第二の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第二の蓄電装置の充電率の差である第二の差分値に基づいて、前記第一の蓄電装置に対する充電率に基づく電力の分担係数を算出する分担率設定部と、前記負荷からの要求電力に前記充電率に基づく電力の分担係数を乗じて、前記第一の蓄電装置に対する充放電における電力の指令値を生成する指令値生成部と、を備え、前記分担率設定部は、前記第一の差分値を所定の値でべき乗した値と前記第二の差分値を前記所定の値でべき乗した値との和に対する前記第一の差分値を前記所定の値でべき乗した値の割合に基づいて前記充電率に基づく電力の分担係数を算出する、充放電制御装置である。
本発明の第２の態様における前記分担率設定部は、前記予め記憶された第一の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第一の蓄電装置の充電率の差をＳＯＣＬＩＢＤＩＦとし、前記予め定められた第二の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第二の蓄電装置の充電率の差をＳＯＣＬＩＣＤＩＦとし、ａ０及びａ１及びａ２及びａ３を定数としたときに以下の式により、前記充電率に基づく電力の分担係数を算出する。
本発明の第３の態様における充放電制御装置は、前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の温度を取得する温度取得部、を更に備え、前記分担率設定部は、前記取得した第一の蓄電装置の温度と予め定められた前記第一の蓄電装置の温度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の温度と予め定められた前記第二の蓄電装置の温度の目標値との差に基づいて前記第一の蓄電装置に対する温度に基づく電力の分担係数を算出し、前記指令値生成部は、前記充電率に基づく電力の分担係数と前記温度に基づく電力の分担係数の重み付き平均に基づいて第一の蓄電装置に対する前記指令値を算出する。
本発明の第４の態様における充放電制御装置は、前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の劣化度を算出する劣化度算出部、を更に備え、前記分担率設定部は、前記算出した第一の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第一の蓄電装置の劣化度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第二の蓄電装置の劣化度の目標値との差に基づいて前記第一の蓄電装置に対する劣化度に基づく電力の分担係数を算出し、前記指令値生成部は、前記充電率に基づく電力の分担係数と前記劣化度に基づく電力の分担係数の重み付き平均に基づいて第一の蓄電装置に対する前記指令値を算出する。
本発明の第５の態様おける充放電制御装置は、前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の温度を取得する温度取得部と、前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の劣化度を算出する劣化度算出部と、を更に備え、前記分担率設定部は、前記取得した第一の蓄電装置の温度と予め定められた前記第一の蓄電装置の温度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の温度と予め定められた前記第二の蓄電装置の温度の目標値との差に基づく前記第一の蓄電装置に対する温度に基づく電力の分担係数と、前記算出した第一の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第一の蓄電装置の劣化度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第二の蓄電装置の劣化度の目標値との差に基づく前記第一の蓄電装置に対する劣化度に基づく電力の分担係数を算出し、前記指令値生成部は、前記充電率に基づく電力の分担係数と前記温度に基づく電力の分担係数と前記劣化度に基づく電力の分担係数の重み付き平均に基づいて前記第一の蓄電装置に対する前記指令値を算出する。
本発明の第６の態様の充放電制御装置では、前記第一の蓄電装置の特性は、前記第一の蓄電装置に比べ高容量であり、前記第二の蓄電装置の特性は、前記第一の蓄電装置に比べ高出力である。
本発明の第７の態様の充放電制御装置では、前記第二の蓄電装置の特性は、前記第一の蓄電装置に比べ充放電性能が高い。
本発明の第８の態様は、上述の何れか一つに記載の充放電制御装置、を備える移動体である。
本発明の第９の態様は、負荷との間で充放電可能な第一の蓄電装置と、負荷との間で充放電可能で前記第一の蓄電装置と特性が異なる第二の蓄電装置とを備える充放電システムにおいて、前記第一の蓄電装置の充電率及び前記第二の蓄電装置の充電率を取得するステップと、予め定められた第一の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第一の蓄電装置の充電率の差である第一の差分値及び予め定められた第二の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第二の蓄電装置の充電率の差である第二の差分値に基づいて、前記第一の蓄電装置に対する充電率に基づく電力の分担係数を算出するステップと、前記負荷からの要求電力に前記充電率に基づく電力の分担係数を乗じて、前記第一の蓄電装置に対する充放電における電力の指令値を生成するステップと、を有し、前記電力の分担係数を算出するステップでは、前記第一の差分値を所定の値でべき乗した値と前記第二の差分値を前記所定の値でべき乗した値との和に対する前記第一の差分値を前記所定の値でべき乗した値の割合に基づいて充電率に基づく電力の前記分担係数を算出する、電力分担量決定方法である。
本発明によれば、特性の異なる蓄電装置を備えた充放電システムにおいて、それぞれの蓄電装置の特性を生かした最適なシステムとすることができる。
＜第一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による充放電制御装置を図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態における充放電システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。図１が示すように、充放電システム１は、充電設備１１０と、移動体１７０とを具備する。移動体１７０は、充放電制御装置１００と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、リチウムイオンバッテリ１３０と、リチウムイオンキャパシタ１４０と、負荷１５０と、直流バス１６０とを具備する。充電設備１１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、リチウムイオンキャパシタ１４０と、負荷１５０とは、それぞれ直流バス１６０に接続している。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０はリチウムイオンバッテリ１３０にも接続している。以下、リチウムイオンバッテリ１３０をＬｉバッテリ１３０、リチウムイオンキャパシタ１４０をＬｉキャパシタ１４０と記載する。
以下、本発明の一実施形態による充放電制御装置を図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態における充放電システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。図１が示すように、充放電システム１は、充電設備１１０と、移動体１７０とを具備する。移動体１７０は、充放電制御装置１００と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、リチウムイオンバッテリ１３０と、リチウムイオンキャパシタ１４０と、負荷１５０と、直流バス１６０とを具備する。充電設備１１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、リチウムイオンキャパシタ１４０と、負荷１５０とは、それぞれ直流バス１６０に接続している。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０はリチウムイオンバッテリ１３０にも接続している。以下、リチウムイオンバッテリ１３０をＬｉバッテリ１３０、リチウムイオンキャパシタ１４０をＬｉキャパシタ１４０と記載する。
充放電システム１は、充電式の蓄電装置を用いて動作する移動体１７０と充電設備１１０を含んで構成される。移動体１７０とは、例えば、ＲＴＧ（Rubber Tired Gantry Crane、タイヤ式トランスファークレーン）、または、鉄道車両などである。
負荷１５０は、電力を消費する装置である。負荷１５０は、例えば、ＲＴＧのクレーンを動作させるモータ及びインバータ、または、照明装置や通信機器などの補機、あるいはこれらの組み合わせなど、電力を消費する様々な装置を負荷１５０とすることができる。
充電設備１１０は、電力を外部に供給するための端子を備え、直流バス１６０を介してＬｉバッテリ１３０、Ｌｉキャパシタ１４０に電力を供給する。Ｌｉバッテリ１３０、Ｌｉキャパシタ１４０は、充電設備１１０から供給された電力を蓄え、負荷１５０に電力を供給する。充電設備１１０は、直流バス１６０へ電力を常時出力するものであってもよいし、断続的に出力するものであってもよい。例えば、移動体１７０が列車の場合、駅に停止しているときだけ充電設備１１０と接続し、充電を行う。また、例えば、地上給電設備（充電設備１１０）と接続されているバッテリアシストＲＴＧなどの場合、常に充電することが可能である。
負荷１５０は、電力を消費する装置である。負荷１５０は、例えば、ＲＴＧのクレーンを動作させるモータ及びインバータ、または、照明装置や通信機器などの補機、あるいはこれらの組み合わせなど、電力を消費する様々な装置を負荷１５０とすることができる。
充電設備１１０は、電力を外部に供給するための端子を備え、直流バス１６０を介してＬｉバッテリ１３０、Ｌｉキャパシタ１４０に電力を供給する。Ｌｉバッテリ１３０、Ｌｉキャパシタ１４０は、充電設備１１０から供給された電力を蓄え、負荷１５０に電力を供給する。充電設備１１０は、直流バス１６０へ電力を常時出力するものであってもよいし、断続的に出力するものであってもよい。例えば、移動体１７０が列車の場合、駅に停止しているときだけ充電設備１１０と接続し、充電を行う。また、例えば、地上給電設備（充電設備１１０）と接続されているバッテリアシストＲＴＧなどの場合、常に充電することが可能である。
Ｌｉバッテリ１３０は、直流バス１６０との間で充放電を行う。Ｌｉバッテリ１３０は、高容量デバイスの一例である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、Ｌｉバッテリ１３０と直流バス１６０との間に設けられ、バス電圧とバッテリ電圧との電圧変換を行う。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、Ｌｉバッテリ１３０と直流バス１６０との間に設けられ、バス電圧とバッテリ電圧との電圧変換を行う。
Ｌｉキャパシタ１４０は、直流バス１６０と直接接続され、直流バス１６０との間で充放電を行う。Ｌｉキャパシタ１４０は、高出力デバイスの一例である。
充放電制御装置１００は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の充放電を制御する。充放電制御装置１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を制御することで、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０との充放電における電力分担の制御を行う。
充放電制御装置１００は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の充放電を制御する。充放電制御装置１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を制御することで、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０との充放電における電力分担の制御を行う。
以上のように、直流バス１６０は、負荷１５０と接続され、かつ、充電設備１１０から電力を受給可能であり、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０とが直流バス１６０との間で充放電を行う。ここで、Ｌｉキャパシタ１４０は、例えばＬｉバッテリ１３０などの蓄電池よりも出力特性に優れており、より大きい電力を出力可能である。一方、Ｌｉバッテリ１３０は、Ｌｉキャパシタ１４０に比べ、容量特性で優れた特性を有している。このように、特性の異なるＬｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０とを併せて動力源として用いることで、最適なシステムを構築することができる。例えば、Ｌｉキャパシタ１４０を具備することで、出力特性に課題のあるＬｉバッテリ１３０のみを有する構成との比較において、Ｌｉバッテリ１３０のピーク出力を小さくすることができ得る。Ｌｉバッテリ１３０のピーク出力が小さくて済むことで、ピーク電力に合わせて大容量となっていたＬｉバッテリ１３０を、より小さな容量とすることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力も小さなものとすることができる。これにより、充放電システム１では、製造コストや運用コストを低減させ得る。本実施形態の充放電制御装置１００は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の特性を生かせるように電力分担を制御し、充放電システム１を最適化する。なお、図２では、ＤＣ／ＤＣコンバータをＬｉバッテリ１３０に対して設ける構成としているが、Ｌｉキャパシタ１４０についてもＤＣ／ＤＣコンバータを設ける構成としてもよい。例えば、負荷１５０が汎用のインバータなどであって、直流バス１６０の電圧の変動幅に大きな制限がある場合には、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の両方にＤＣ／ＤＣコンバータを接続した構成とすることができる。
ここで、図１０を用いて、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０を併用した給電システムの従来の制御方法の問題点について説明する。
図１０は、高容量デバイスと高出力デバイスを併用した充放電システムにおける従来の電力分担制御を説明する図である。
図１０（ａ）は、負荷が要求する電力に閾値を設け、閾値以下の電力は、高容量デバイスで分担し、閾値を超える電力を高出力デバイスで分担する制御方法である。
図１０（ａ）において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号４１は、電力の閾値を示している。１つ目の出力において、符号４２Ｂが示す出力分は、Ｌｉバッテリが分担する出力である。一方、符号４２Ａが示す出力は、Ｌｉキャパシタが分担する出力である。また、２つ目の出力４３は、その値が閾値４１以下であるため、出力４３は、Ｌｉバッテリが分担する。
この制御方法では、Ｌｉバッテリの出力値に制限を設け、不足分をＬｉキャパシタで補うことにより、出力性能がボトルネックとなりやすいＬｉバッテリの欠点を補うことができる。しかし、繰り返し充放電に強いＬｉキャパシタの充電率に余裕がある場合でもＬｉキャパシタの分担を大きくすることができない為、デバイスの特性を発揮した分担にはならず、システムを最適化できないという問題がある。
図１０は、高容量デバイスと高出力デバイスを併用した充放電システムにおける従来の電力分担制御を説明する図である。
図１０（ａ）は、負荷が要求する電力に閾値を設け、閾値以下の電力は、高容量デバイスで分担し、閾値を超える電力を高出力デバイスで分担する制御方法である。
図１０（ａ）において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号４１は、電力の閾値を示している。１つ目の出力において、符号４２Ｂが示す出力分は、Ｌｉバッテリが分担する出力である。一方、符号４２Ａが示す出力は、Ｌｉキャパシタが分担する出力である。また、２つ目の出力４３は、その値が閾値４１以下であるため、出力４３は、Ｌｉバッテリが分担する。
この制御方法では、Ｌｉバッテリの出力値に制限を設け、不足分をＬｉキャパシタで補うことにより、出力性能がボトルネックとなりやすいＬｉバッテリの欠点を補うことができる。しかし、繰り返し充放電に強いＬｉキャパシタの充電率に余裕がある場合でもＬｉキャパシタの分担を大きくすることができない為、デバイスの特性を発揮した分担にはならず、システムを最適化できないという問題がある。
図１０（ｂ）は、Ｌｉキャパシタを先に使用し、充電率が低下したらＬｉバッテリを使用する制御方法である。図１０（ａ）と同様、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。図１０（ｂ）の１つ目の出力において、符号４４Ａが示す出力分は、Ｌｉキャパシタが分担する出力である。ここで、符号４４Ａの出力によって、Ｌｉキャパシタの充電率が低下したとする。すると、符号４４Ｂが示す出力及び２つ目の出力４４は、Ｌｉバッテリが分担しなければならない。
この制御方法では、繰り返し充放電に強いＬｉキャパシタを優先的に使用することで、高出力デバイスの特性を生かす制御になっている。しかし、この制御方法では、Ｌｉキャパシタによる出力が不能になった後の出力は、Ｌｉバッテリで分担しなければならない。その為、Ｌｉバッテリには、高い出力性能が要求される可能性がある。Ｌｉバッテリは、出力性能がボトルネックとなり易いため、要求される出力によっては、この制御方法を適用することができなかったり、あるいは、適用できたとしてもＬｉバッテリの高出力化によってシステムコストの低減が困難であったりする可能性がある。
この制御方法では、繰り返し充放電に強いＬｉキャパシタを優先的に使用することで、高出力デバイスの特性を生かす制御になっている。しかし、この制御方法では、Ｌｉキャパシタによる出力が不能になった後の出力は、Ｌｉバッテリで分担しなければならない。その為、Ｌｉバッテリには、高い出力性能が要求される可能性がある。Ｌｉバッテリは、出力性能がボトルネックとなり易いため、要求される出力によっては、この制御方法を適用することができなかったり、あるいは、適用できたとしてもＬｉバッテリの高出力化によってシステムコストの低減が困難であったりする可能性がある。
そこで、本実施形態では、図１０で例示したような制御方法ではなく、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の両方の特性を生かした電力分担の決定方法を提供する。
図２は、本発明の第一実施形態における充放電制御装置１００の一例を示すブロック図である。充放電制御装置１００は、負荷との間で充放電可能な第一の蓄電装置（Ｌｉバッテリ１３０）と、負荷との間で充放電可能で第一の蓄電装置と特性が異なる第二の蓄電装置（Ｌｉキャパシタ１４０）とを備える充放電システムの充放電制御装置である。
充放電制御装置１００は、図２が示すように、少なくとも充電率取得部１１、分担率設定部１２、指令値生成部１３、力行回生判定部１４、記憶部１５を備えている。
充電率取得部１１は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の充電率を取得する。充電率の取得は、例えばＬｉバッテリ１３０の開回路電圧を測定し、当該開回路電圧に対応する充電率を特定することで行うことができる。Ｌｉキャパシタ１４０についても同様である。
分担率設定部１２は、充電率取得部１１が取得した充電率に基づいて、Ｌｉバッテリ１３０の充放電における電力の分担率である「充電率に基づく分担率」を設定する。
指令値生成部１３は、分担率設定部１２で設定された充電率に基づく分担率に基づいてＬｉバッテリ１３０に対する充放電における電力指令値を生成する。
力行回生判定部１４は、負荷１５０からの要求負荷や、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０の充電率などに基づいて、力行運転するか回生運転するかを判定する。
記憶部１５は、充電率に基づく分担率の設定に用いる様々なパラメータ等を記憶している。なお、以下において充電率をＳＯＣ（state of charge）と表記する場合がある。
図２は、本発明の第一実施形態における充放電制御装置１００の一例を示すブロック図である。充放電制御装置１００は、負荷との間で充放電可能な第一の蓄電装置（Ｌｉバッテリ１３０）と、負荷との間で充放電可能で第一の蓄電装置と特性が異なる第二の蓄電装置（Ｌｉキャパシタ１４０）とを備える充放電システムの充放電制御装置である。
充放電制御装置１００は、図２が示すように、少なくとも充電率取得部１１、分担率設定部１２、指令値生成部１３、力行回生判定部１４、記憶部１５を備えている。
充電率取得部１１は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の充電率を取得する。充電率の取得は、例えばＬｉバッテリ１３０の開回路電圧を測定し、当該開回路電圧に対応する充電率を特定することで行うことができる。Ｌｉキャパシタ１４０についても同様である。
分担率設定部１２は、充電率取得部１１が取得した充電率に基づいて、Ｌｉバッテリ１３０の充放電における電力の分担率である「充電率に基づく分担率」を設定する。
指令値生成部１３は、分担率設定部１２で設定された充電率に基づく分担率に基づいてＬｉバッテリ１３０に対する充放電における電力指令値を生成する。
力行回生判定部１４は、負荷１５０からの要求負荷や、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０の充電率などに基づいて、力行運転するか回生運転するかを判定する。
記憶部１５は、充電率に基づく分担率の設定に用いる様々なパラメータ等を記憶している。なお、以下において充電率をＳＯＣ（state of charge）と表記する場合がある。
図３は、本発明の第一実施形態における充放電制御装置の処理に用いるパラメータを説明する図である。
パラメータ「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」及び「Ｂｒｅａｋｉｎｇ」は、力行運転か回生運転かを区分するフラグである。例えば、力行回生判定部１４は、力行運転を行うと判定すると「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」の値にｔｒｕｅを設定し、「Ｂｒｅａｋｉｎｇ」の値にｆａｌｓｅを設定する。なお、「Ｂｒｅａｋｉｎｇ」＝ｔｒｕｅの場合、回生運転時、及び充電時の両方が含まれるものとする。以下、これらのパラメータを力行・回生フラグと呼ぶ。
「ＳＯＣＬＩＢ」は、現在のＬｉバッテリ１３０のＳＯＣである。「ＳＯＣＬＩＣ」は、現在のＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣである。充電率取得部１１は、Ｌｉバッテリ１３０のＳＯＣを取得し、「ＳＯＣＬＩＢ」にその値を設定する。充電率取得部１１は、Ｌｉキャパシタ１４０のＳＯＣを取得し、「ＳＯＣＬＩＣ」にその値を設定する。「ＳＯＣＬＩＢ」、「ＳＯＣＬＩＣ」は、例えば「５０％」等で表される。
これら、「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」〜「ＳＯＣＬＩＣ」までのパラメータは、運転中の充放電システム１から取得する変数である。
パラメータ「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」及び「Ｂｒｅａｋｉｎｇ」は、力行運転か回生運転かを区分するフラグである。例えば、力行回生判定部１４は、力行運転を行うと判定すると「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」の値にｔｒｕｅを設定し、「Ｂｒｅａｋｉｎｇ」の値にｆａｌｓｅを設定する。なお、「Ｂｒｅａｋｉｎｇ」＝ｔｒｕｅの場合、回生運転時、及び充電時の両方が含まれるものとする。以下、これらのパラメータを力行・回生フラグと呼ぶ。
「ＳＯＣＬＩＢ」は、現在のＬｉバッテリ１３０のＳＯＣである。「ＳＯＣＬＩＣ」は、現在のＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣである。充電率取得部１１は、Ｌｉバッテリ１３０のＳＯＣを取得し、「ＳＯＣＬＩＢ」にその値を設定する。充電率取得部１１は、Ｌｉキャパシタ１４０のＳＯＣを取得し、「ＳＯＣＬＩＣ」にその値を設定する。「ＳＯＣＬＩＢ」、「ＳＯＣＬＩＣ」は、例えば「５０％」等で表される。
これら、「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」〜「ＳＯＣＬＩＣ」までのパラメータは、運転中の充放電システム１から取得する変数である。
「ＳＯＣＬＩＢＤＴ」は、力行時のＬｉバッテリ１３０の目標ＳＯＣを示す定数である。「ＳＯＣＬＩＣＤＴ」は、力行時のＬｉキャパシタ１４０の目標ＳＯＣを示す定数である。「ＳＯＣＬＩＢＣＴ」は、回生時のＬｉバッテリ１３０の目標ＳＯＣを示す定数である。「ＳＯＣＬＩＣＣＴ」は、回生時のＬｉキャパシタ１４０の目標ＳＯＣを示す定数である。
「ａ０」及び「ａ１」は、後述するＬｉバッテリ１３０の分担係数αを計算するための係数である。「ａ０」の値が大きい程、Ｌｉキャパシタ１４０の電力の分担を大きくすることができる。「ａ１」の値が大きい程、Ｌｉバッテリ１３０又はＬｉキャパシタ１４０の現在のＳＯＣと目標ＳＯＣとの偏差が大きいときに、偏差が小さい側の電力の分担を大きくすることができる。
これら、「ＳＯＣＬＩＢＤＴ」〜「ａ１」までのパラメータは、予め定められており、記憶部１５に記録されている。また、「ＳＯＣＬＩＢＤＴ」〜「ＳＯＣＬＩＣＣＴ」の値は、蓄電デバイスごとに定められた値である。また、「ａ０」、「ａ１」は、移動体１７０ごとに定められた値であり、例えば、鉄道とＲＴＧとでは、「ａ０」、「ａ１」の値が異なっていてもよい。
また、上から順に「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」〜「ａ１」までのパラメータは、分担率設定部１２が分担係数αの算出に用いる入力パラメータである。
「ａ０」及び「ａ１」は、後述するＬｉバッテリ１３０の分担係数αを計算するための係数である。「ａ０」の値が大きい程、Ｌｉキャパシタ１４０の電力の分担を大きくすることができる。「ａ１」の値が大きい程、Ｌｉバッテリ１３０又はＬｉキャパシタ１４０の現在のＳＯＣと目標ＳＯＣとの偏差が大きいときに、偏差が小さい側の電力の分担を大きくすることができる。
これら、「ＳＯＣＬＩＢＤＴ」〜「ａ１」までのパラメータは、予め定められており、記憶部１５に記録されている。また、「ＳＯＣＬＩＢＤＴ」〜「ＳＯＣＬＩＣＣＴ」の値は、蓄電デバイスごとに定められた値である。また、「ａ０」、「ａ１」は、移動体１７０ごとに定められた値であり、例えば、鉄道とＲＴＧとでは、「ａ０」、「ａ１」の値が異なっていてもよい。
また、上から順に「Ｐｏｗｅｒｉｎｇ」〜「ａ１」までのパラメータは、分担率設定部１２が分担係数αの算出に用いる入力パラメータである。
「ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ」は、Ｌｉバッテリ１３０の現在の充電率であるＳＯＣＬＩＢと目標ＳＯＣ（ＳＯＣＬＩＢＤＴ又はＳＯＣＬＩＢＣＴ）との偏差である。「ＳＯＣＬＩＣＤＩＦ」は、Ｌｉキャパシタ１４０の現在の充電率であるＳＯＣＬＩＣと目標ＳＯＣ（ＳＯＣＬＩＣＤＴ又はＳＯＣＬＩＣＣＴ）との偏差である。具体的には、Ｐｏｗｅｒｉｎｇ＝ｔｒｕｅ、Ｂｒｅａｋｉｎｇ＝ｆａｌｓｅ、つまり力行時の場合、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを以下のように定義する。
ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＢ − ＳＯＣＬＩＢＤＴ ・・・（１）
ＳＯＣＬＩＣＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＣ − ＳＯＣＬＩＣＤＴ ・・・（２）
また、上記以外の場合、以下のように定義する。
ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＢＣＴ − ＳＯＣＬＩＢ ・・・（３）
ＳＯＣＬＩＣＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＣＣＴ − ＳＯＣＬＩＣ ・・・（４）
ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＢ − ＳＯＣＬＩＢＤＴ ・・・（１）
ＳＯＣＬＩＣＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＣ − ＳＯＣＬＩＣＤＴ ・・・（２）
また、上記以外の場合、以下のように定義する。
ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＢＣＴ − ＳＯＣＬＩＢ ・・・（３）
ＳＯＣＬＩＣＤＩＦ ＝ ＳＯＣＬＩＣＣＴ − ＳＯＣＬＩＣ ・・・（４）
「α」は、Ｌｉバッテリ１３０（第一の蓄電装置）の分担係数である。分担係数αは、充放電におけるＬｉバッテリ１３０が分担する電力の割合を示す値である。分担率設定部１２は、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを用いて例えば、以下の式で分担係数αを算出する。
図４は、本発明の第一実施形態における充放電制御装置の処理フローを示す図である。
図４を用いて充放電制御装置１００が電力分担量を算出する処理について説明する。
まず、負荷１５０から出力要求があったとする。すると、指令値生成部１３が、負荷からの要求電力を取得する。また、充電率取得部１１が、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣを取得する（ステップＳ１１）。充電率取得部１１は、取得したＳＯＣを、分担率設定部１２に出力する。分担率設定部１２は、取得したＬｉバッテリ１３０のＳＯＣをＳＯＣＬＩＢに、取得したＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣをＳＯＣＬＩｃに設定する。
次に、力行回生判定部１４が、力行運転か回生運転かを判定し、その結果を、力行・回生フラグに設定する。分担率設定部１２は、力行回生判定部１４が設定した力行・回生フラグを取得する（ステップＳ１２）。次に、分担率設定部１２は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０について、目標ＳＯＣと現在のＳＯＣとの偏差を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、ステップＳ１２にて力行・回生フラグが力行運転であることを示している場合（Ｐｏｗｅｒｉｎｇ＝ｔｒｕｅとＢｒｅａｋｉｎｇ＝ｆａｌｓｅ）、分担率設定部１２は、記憶部１５から、力行時のＬｉバッテリ１３０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＢＤＴと、Ｌｉキャパシタ１４０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＣＤＴとを読み出す。そして、分担率設定部１２は、Ｌｉバッテリ１３０について上述の式（１）によって、目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２は、Ｌｉキャパシタ１４０について上述の式（２）によって、目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを算出する。
一方、力行・回生フラグが回生運転であることを示している場合（Ｐｏｗｅｒｉｎｇ＝ｔｒｕｅ及びＢｒｅａｋｉｎｇ＝ｆａｌｓｅ以外の場合）、分担率設定部１２は、記憶部１５から、回生時のＬｉバッテリ１３０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＢＣＴとＬｉキャパシタ１４０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＣＣＴとを読み出す。そして、分担率設定部１２は、Ｌｉバッテリ１３０について式（３）により、目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２は、Ｌｉキャパシタ１４０について式（４）により、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを算出する。
次に、分担率設定部１２は、分担係数αを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、分担率設定部１２は、記憶部１５から、パラメータａ０、ａ１を読み出して、ａ０、ａ１とステップＳ１３で算出したＳＯＣＬＩＢＤＩＦ、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを式（５）に代入して分担係数αを求める。分担率設定部１２は、分担係数αを指令値生成部１３へ出力する。次に指令値生成部１３は、負荷１５０からの要求電力にαを乗じた値を算出し、算出した値を電力指令値として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、電力指令値に基づいて電圧を調整し、直流バス１６０への供給電力を制御する。Ｌｉバッテリ１３０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の制御により分担係数αに応じた電力が消費され、Ｌｉキャパシタ１４０では、要求電力からＬｉバッテリ１３０が分担する電力分を減算した電力が消費される。これにより、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の電力分担量が制御される。
なお、充電時においては、指令値生成部１３は、充電設備１１０に何キロワットの充電を行うかの充電指令を行う。また、指令値生成部１３は、充電設備１１０に指令した充電電力と分担係数αを乗じてＬｉバッテリ１３０が充電する電力を算出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０へ電力指令値を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、Ｌｉバッテリ１３０に加わる電圧を制御し、分担係数αに応じた分がＬｉバッテリ１３０に充電され、残りがＬｉキャパシタ１４０に充電されるように制御する。
図４を用いて充放電制御装置１００が電力分担量を算出する処理について説明する。
まず、負荷１５０から出力要求があったとする。すると、指令値生成部１３が、負荷からの要求電力を取得する。また、充電率取得部１１が、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣを取得する（ステップＳ１１）。充電率取得部１１は、取得したＳＯＣを、分担率設定部１２に出力する。分担率設定部１２は、取得したＬｉバッテリ１３０のＳＯＣをＳＯＣＬＩＢに、取得したＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣをＳＯＣＬＩｃに設定する。
次に、力行回生判定部１４が、力行運転か回生運転かを判定し、その結果を、力行・回生フラグに設定する。分担率設定部１２は、力行回生判定部１４が設定した力行・回生フラグを取得する（ステップＳ１２）。次に、分担率設定部１２は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０について、目標ＳＯＣと現在のＳＯＣとの偏差を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、ステップＳ１２にて力行・回生フラグが力行運転であることを示している場合（Ｐｏｗｅｒｉｎｇ＝ｔｒｕｅとＢｒｅａｋｉｎｇ＝ｆａｌｓｅ）、分担率設定部１２は、記憶部１５から、力行時のＬｉバッテリ１３０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＢＤＴと、Ｌｉキャパシタ１４０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＣＤＴとを読み出す。そして、分担率設定部１２は、Ｌｉバッテリ１３０について上述の式（１）によって、目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２は、Ｌｉキャパシタ１４０について上述の式（２）によって、目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを算出する。
一方、力行・回生フラグが回生運転であることを示している場合（Ｐｏｗｅｒｉｎｇ＝ｔｒｕｅ及びＢｒｅａｋｉｎｇ＝ｆａｌｓｅ以外の場合）、分担率設定部１２は、記憶部１５から、回生時のＬｉバッテリ１３０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＢＣＴとＬｉキャパシタ１４０の目標ＳＯＣであるＳＯＣＬＩＣＣＴとを読み出す。そして、分担率設定部１２は、Ｌｉバッテリ１３０について式（３）により、目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２は、Ｌｉキャパシタ１４０について式（４）により、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを算出する。
次に、分担率設定部１２は、分担係数αを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、分担率設定部１２は、記憶部１５から、パラメータａ０、ａ１を読み出して、ａ０、ａ１とステップＳ１３で算出したＳＯＣＬＩＢＤＩＦ、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを式（５）に代入して分担係数αを求める。分担率設定部１２は、分担係数αを指令値生成部１３へ出力する。次に指令値生成部１３は、負荷１５０からの要求電力にαを乗じた値を算出し、算出した値を電力指令値として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、電力指令値に基づいて電圧を調整し、直流バス１６０への供給電力を制御する。Ｌｉバッテリ１３０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の制御により分担係数αに応じた電力が消費され、Ｌｉキャパシタ１４０では、要求電力からＬｉバッテリ１３０が分担する電力分を減算した電力が消費される。これにより、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の電力分担量が制御される。
なお、充電時においては、指令値生成部１３は、充電設備１１０に何キロワットの充電を行うかの充電指令を行う。また、指令値生成部１３は、充電設備１１０に指令した充電電力と分担係数αを乗じてＬｉバッテリ１３０が充電する電力を算出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０へ電力指令値を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、Ｌｉバッテリ１３０に加わる電圧を制御し、分担係数αに応じた分がＬｉバッテリ１３０に充電され、残りがＬｉキャパシタ１４０に充電されるように制御する。
図５は、本発明の第一実施形態における電力分担量制御を説明する第一の図である。
図５の上図は、本実施形態による電力分担量制御を行った場合のＬｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の分担量の変化の一例を示している。図５の上図において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号５１Ａで示した分担境界線５５の上側の領域は、Ｌｉキャパシタ１４０が分担する電力を示している。符号５１Ｂで示した分担境界線５５の下側の領域は、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力を示している。同様に、符号５２Ａで示した領域は、Ｌｉキャパシタ１４０が分担する電力を、符号５２Ｂで示した領域は、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力を示している。図５の上図は、１つ目の出力において、出力の最初の段階では、Ｌｉキャパシタ１４０が負荷が要求する電力の半分ぐらいを分担し、出力と共に徐々にＬｉキャパシタ１４０の分担量が減少し、その分をＬｉバッテリ１３０が分担するような動作となっていることを示している。
図５の上図は、本実施形態による電力分担量制御を行った場合のＬｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の分担量の変化の一例を示している。図５の上図において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号５１Ａで示した分担境界線５５の上側の領域は、Ｌｉキャパシタ１４０が分担する電力を示している。符号５１Ｂで示した分担境界線５５の下側の領域は、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力を示している。同様に、符号５２Ａで示した領域は、Ｌｉキャパシタ１４０が分担する電力を、符号５２Ｂで示した領域は、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力を示している。図５の上図は、１つ目の出力において、出力の最初の段階では、Ｌｉキャパシタ１４０が負荷が要求する電力の半分ぐらいを分担し、出力と共に徐々にＬｉキャパシタ１４０の分担量が減少し、その分をＬｉバッテリ１３０が分担するような動作となっていることを示している。
図５の下図は、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣの変化の一例を示している。図５の下図において、縦軸はＳＯＣを、横軸は時間を示している。符号５３は、Ｌｉバッテリ１３０のＳＯＣの変化を示している。符号５４は、Ｌｉキャパシタ１４０のＳＯＣの変化を示している。図５の下図が示すように、出力前は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣが同じ値であったとしても、Ｌｉキャパシタ１４０は速やかに放電する為、ＳＯＣの低下がＬｉバッテリ１３０より速く、それに比べ、Ｌｉバッテリ１３０は、ＳＯＣの低下が緩やかであることを示している。
図５の上図に戻り、力行時のＬｉバッテリ１３０についての目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＢＤＩＦ、とＬｉキャパシタ１４０についての目標ＳＯＣとの偏差ＳＯＣＬＩＣＤＩＦを比べた場合、Ｌｉキャパシタ１４０の方が放電が急激なので、１つ目の出力の最中にもＳＯＣＬＩＣＤＩＦの値がより小さくなっていく。これを、式（５）に適用し、αを求めると、出力開始時のαよりも大きな値が得られることがわかる。つまり、出力に応じてＬｉバッテリ１３０の分担分が増加するので例えば、図５の上図のような分担量の変化が得られる。
なお、式（５）において、ａ０の値により大きな値を設定すると、分担係数αの値が小さくなり、Ｌｉキャパシタ１４０の分担をより大きくすることができる。その場合、図５の上図において分担境界線５５が矢印５７の方向に移動する。逆にａ０の値に小さな値を設定すると、分担境界線５５は矢印５６の方向に移動する。つまり、ａ０の値を調整することで、Ｌｉキャパシタ１４０により電力を分担させやすくすることができる。
図６は、本発明の第一実施形態における電力分担制御を説明する第二の図である。
図６（ａ）は、式（５）におけるａ１の影響について説明する図である。図６（ａ）において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号６１Ａは、Ｌｉキャパシタ１４０が分担する電力を、符号６１Ｂは、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力を示している。符号６２、６３は、分担境界線の一例を示している。式（５）において、ａ１の値を大きくすると、目標ＳＯＣとの偏差であるＳＯＣＬＩＢＤＩＦやＳＯＣＬＩＣＤＩＦの値が小さい方により多くを分担させるような分担係数αが算出される。例えば、力行時においてＬｉキャパシタ１４０を優先的に使用するとＳＯＣＬＩＣが低下し、ＳＯＣＬＩＣＤＴとの差が小さくなると、式（５）による分担係数αの値は大きくなり、Ｌｉバッテリ１３０の分担が増えることになるが、ａ１の値が大きい程、分担係数αの増加が急激になる。図６（ａ）の例では、ａ１の値が大きい場合、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦとＳＯＣＬＩＣＤＩＦの偏差を速やかに補正するようなαとなり、例えば符号６２のような分担境界線となる。一方、ａ１の値が小さいと、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦとＳＯＣＬＩＣＤＩＦの偏差を緩やかに補正するようなαとなり、例えば符号６３のような分担境界線となる。つまり、ａ１の値を調整することで、Ｌｉキャパシタ１４０のＳＯＣに余裕がある場合（ＳＯＣＬＩＣＤＩＦが大きい場合）は、Ｌｉキャパシタ１４０により多くの電力を分担させ、Ｌｉバッテリ１３０のＳＯＣに余裕がある場合（ＳＯＣＬＩＢＤＩＦが大きい場合）は、Ｌｉバッテリ１３０により多くの電力を分担させることができる。
図６（ａ）は、式（５）におけるａ１の影響について説明する図である。図６（ａ）において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号６１Ａは、Ｌｉキャパシタ１４０が分担する電力を、符号６１Ｂは、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力を示している。符号６２、６３は、分担境界線の一例を示している。式（５）において、ａ１の値を大きくすると、目標ＳＯＣとの偏差であるＳＯＣＬＩＢＤＩＦやＳＯＣＬＩＣＤＩＦの値が小さい方により多くを分担させるような分担係数αが算出される。例えば、力行時においてＬｉキャパシタ１４０を優先的に使用するとＳＯＣＬＩＣが低下し、ＳＯＣＬＩＣＤＴとの差が小さくなると、式（５）による分担係数αの値は大きくなり、Ｌｉバッテリ１３０の分担が増えることになるが、ａ１の値が大きい程、分担係数αの増加が急激になる。図６（ａ）の例では、ａ１の値が大きい場合、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦとＳＯＣＬＩＣＤＩＦの偏差を速やかに補正するようなαとなり、例えば符号６２のような分担境界線となる。一方、ａ１の値が小さいと、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦとＳＯＣＬＩＣＤＩＦの偏差を緩やかに補正するようなαとなり、例えば符号６３のような分担境界線となる。つまり、ａ１の値を調整することで、Ｌｉキャパシタ１４０のＳＯＣに余裕がある場合（ＳＯＣＬＩＣＤＩＦが大きい場合）は、Ｌｉキャパシタ１４０により多くの電力を分担させ、Ｌｉバッテリ１３０のＳＯＣに余裕がある場合（ＳＯＣＬＩＢＤＩＦが大きい場合）は、Ｌｉバッテリ１３０により多くの電力を分担させることができる。
図６（ｂ）は、上記の式（５）で負荷分担を決定した場合に、分担する電力が閾値を超過してしまうような場合の制御について説明する図である。本実施形態において、縦軸は負荷が要求する電力を、横軸は時間を示している。符号６５は、Ｌｉバッテリ１３０が分担する電力の閾値を示している。閾値６５は、例えば、そのまま破線６６が示すような電力分担を行うと、Ｌｉバッテリ１３０の容量が足りなくなる等の状況を回避するため設けられる制限である。この閾値は、例えばＳＯＣと対応付けて予め記憶部１５に記録されている。分担率設定部１２は、算出した分担係数αと要求負荷とを乗じて閾値と比較する。乗じた値が閾値を上回っている場合、分担率設定部１２は、その閾値を要求負荷で除算した値を補正後の分担係数αとして指令値生成部１３に出力する。これにより、Ｌｉバッテリ１３０の分担する電力を閾値以内とし、残りをＬｉキャパシタ１４０に分担させることができる。
本実施形態によれば、ａ０、ａ１を調整することにより、繰り返し充放電に強い特性を持つＬｉキャパシタ１４０に余裕があるときは、より多くの電力をＬｉキャパシタ１４０に分担させることができ、デバイス特性・状態を考慮した電力分担にすることができる。また、ａ０、ａ１を調整することにより、Ｌｉキャパシタ１４０の充電切れを防止するようにできるため、Ｌｉバッテリ１３０が全てを分担できるようにする必要はなく、システムコストを低減できる。また、負荷の特性に応じて、ａ０、ａ１を調整することにより、充放電の効率を最適化することができる。
なお、上記の例では、第一の蓄電装置の一例として高容量デバイス（Ｌｉバッテリ１３０）、第二の蓄電装置の一例として高出力デバイス（Ｌｉキャパシタ１４０）を用いた場合を例に説明を行ったが、これに限定されない。例えば第一の蓄電装置と第二の蓄電装置が共にＬｉバッテリであって、相対的に高容量のＬｉバッテリを第一の蓄電装置に対応づけ、相対的に高出力のＬｉバッテリを第二の蓄電装置に対応づける構成としてもよい。また、高容量・高出力だが繰り返し充放電に弱い蓄電デバイスを第一の蓄電装置に対応づけ、相対的に低容量・低出力だが繰り返し充放電に強い蓄電デバイスを第二の蓄電装置に対応づける構成としてもよい。また、充電に要する時間が長い蓄電デバイスを第一の蓄電装置に対応づけ、充電に要する時間が短い蓄電デバイスを第二の蓄電装置に対応づける構成としてもよい。なお、繰り返し充放電に強い蓄電デバイスまたは充電に要する時間が短い蓄電デバイスを本明細書では、充放電性能が高いという。
また、第一実施形態の変形例として、第一の蓄電装置として高容量デバイス、第二の蓄電装置として高出力デバイスを用いた充放電システムにおいて、高出力デバイスのＳＯＣだけを取得し、一方、高容量デバイスのＳＯＣは一定とみなして扱い、式（５）により電力分担を設定することも可能である。この場合、式（５）において、ＳＯＣＬＩＢＤＩＦの値は定数となり、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦの値に基づいて、電力分担を設定する。
また、式（５）をより一般的して、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦとＳＯＣＬＩＢＤＩＦにオフセット値を加えた以下の式にすることも可能である。なお、ａ２、ａ３は、定数である。
また、式（５）をより一般的して、ＳＯＣＬＩＣＤＩＦとＳＯＣＬＩＢＤＩＦにオフセット値を加えた以下の式にすることも可能である。なお、ａ２、ａ３は、定数である。
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による充放電制御装置を、図７〜図９を参照して説明する。
第二実施形態は、温度やデバイスの劣化度も考慮して、電力分担を設定する。Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０は、温度や劣化度によって特性が変化する。そこで本実施形態では、第一実施形態のＳＯＣに加え、これらのパラメータも用いて電力分担を設定する。さらに、ＳＯＣ、温度、デバイス劣化度は、時定数が違うため、時定数や影響度を考慮した重み付けを与えて電力分担量を決定する。例えば、ＳＯＣは秒単位で変化し、影響度が大きい。また、温度は時間単位で変化し、影響度は中程度である。また、劣化度は、月単位で変化し、影響度は最も低い。
以下、本発明の第二実施形態による充放電制御装置を、図７〜図９を参照して説明する。
第二実施形態は、温度やデバイスの劣化度も考慮して、電力分担を設定する。Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０は、温度や劣化度によって特性が変化する。そこで本実施形態では、第一実施形態のＳＯＣに加え、これらのパラメータも用いて電力分担を設定する。さらに、ＳＯＣ、温度、デバイス劣化度は、時定数が違うため、時定数や影響度を考慮した重み付けを与えて電力分担量を決定する。例えば、ＳＯＣは秒単位で変化し、影響度が大きい。また、温度は時間単位で変化し、影響度は中程度である。また、劣化度は、月単位で変化し、影響度は最も低い。
図７は、本発明の第二実施形態における充放電制御装置の一例を示すブロック図である。
図７で示すように、本実施形態における充放電制御装置１００は、温度取得部１６と劣化度算出部１７を備えている。また、本実施形態の分担率設定部１２ａは、ＳＯＣに基づく分担係数αの他に、温度に基づく分担係数βと劣化度に基づく温度に基づく分担係数γを算出する。また、本実施形態の指令値生成部１３ａは、分担係数α、β、γの重み付き平均を算出し、算出した重み付き平均に基づいて電力指令値を生成する。他の構成は第一実施形態と同様である。
温度取得部１６は、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０の温度を取得する。例えば、温度取得部１６は、各デバイスに設けられた温度センサから測定した温度を取得する。
劣化度算出部１７は、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０の劣化度を取得する。劣化度の算出は、例えば、充放電時の単位時間当たりの電圧の変化と電流から静電容量を算出し、静電容量の減少度合いに基づいて算出してもよい。あるいは、充放電の総回数や、使用時間に基づいて劣化度合いを算出してもよい。
分担率設定部１２ａは、温度に基づく分担係数βを以下の式で算出する。
図７で示すように、本実施形態における充放電制御装置１００は、温度取得部１６と劣化度算出部１７を備えている。また、本実施形態の分担率設定部１２ａは、ＳＯＣに基づく分担係数αの他に、温度に基づく分担係数βと劣化度に基づく温度に基づく分担係数γを算出する。また、本実施形態の指令値生成部１３ａは、分担係数α、β、γの重み付き平均を算出し、算出した重み付き平均に基づいて電力指令値を生成する。他の構成は第一実施形態と同様である。
温度取得部１６は、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０の温度を取得する。例えば、温度取得部１６は、各デバイスに設けられた温度センサから測定した温度を取得する。
劣化度算出部１７は、Ｌｉバッテリ１３０及びＬｉキャパシタ１４０の劣化度を取得する。劣化度の算出は、例えば、充放電時の単位時間当たりの電圧の変化と電流から静電容量を算出し、静電容量の減少度合いに基づいて算出してもよい。あるいは、充放電の総回数や、使用時間に基づいて劣化度合いを算出してもよい。
分担率設定部１２ａは、温度に基づく分担係数βを以下の式で算出する。
ここで、βは、Ｌｉバッテリ１３０（第一の蓄電装置）に対する温度に基づく分担係数である。ＴＬＩＢＤＩＦは、Ｌｉバッテリ１３０の温度とＬｉバッテリ１３０の目標温度との偏差の絶対値である。ＴＬＩＣＤＩＦは、Ｌｉキャパシタ１４０の温度とＬｉキャパシタ１４０の目標温度との偏差である。
また、分担率設定部１２ａは、劣化度に基づく分担係数γを以下の式で算出する。
ここで、γは、Ｌｉバッテリ１３０（第一の蓄電装置）に対する劣化度に基づく分担係数である。ＤＬＩＢＤＩＦは、Ｌｉバッテリ１３０の劣化度とＬｉバッテリ１３０の目標劣化度との偏差の絶対値である。ＤＬＩＣＤＩＦは、Ｌｉキャパシタ１４０の劣化度とＬｉキャパシタ１４０の目標劣化度との偏差である。
なお、温度に基づく分担係数βの算出及び劣化度に基づく分担係数γの算出においては、力行と回生の区別は無い。また、ａ０、ａ１については第一実施形態と同様である。
なお、温度に基づく分担係数βの算出及び劣化度に基づく分担係数γの算出においては、力行と回生の区別は無い。また、ａ０、ａ１については第一実施形態と同様である。
図８は、本発明の第二実施形態における充放電制御装置の処理に用いるパラメータを説明する図である。
図示するように、パラメータ「ＰＬＳ」は、負荷が要求する電力である。あるいは、負荷が要求する電力のうち一部を、他の給電設備が分担する場合は、ＰＬＳは、負荷が要求する電力から給電設備が分担する電力を減じた値である。
「ＷＳＯＣ」は、ＳＯＣに基づく分担係数αに対する重み付けである。「ＷＴ」は、温度に基づく分担係数βに対する重み付けである。「ＷＤ」は、劣化度に基づく分担係数γに対する重み付けである。これら、ＷＳＯＣ、ＷＴ、ＷＤは、予め定められた定数であって記憶部１５に記録されている。これらの中では、ＳＯＣの影響が最も大きいため、ＷＳＯＣが最も大きな値となる。また、温度による影響は中程度なので、ＷＴの大きさは中程度となる。劣化度の影響は最も低いため、ＷＤの値は、最も小さな値となる。
「α」は、ＳＯＣに基づく分担係数である。「β」は、温度に基づく分担係数である。「γ」は、温度に基づく分担係数である。これらα、β、γの算出方法については上述のとおりである。これらのパラメータは、変数である。
「ＴＬＩＢ」は、Ｌｉバッテリ１３０の目標温度である。「ＴＬＩＣ」は、Ｌｉキャパシタ１４０の目標温度である。「ＤＬＩＢ」は、Ｌｉバッテリ１３０の目標劣化度である。「ＤＬＩＣ」は、Ｌｉキャパシタ１４０の目標劣化度である。これらのパラメータは、予め予め定められた定数であって記憶部１５に記録されている。
図示するように、パラメータ「ＰＬＳ」は、負荷が要求する電力である。あるいは、負荷が要求する電力のうち一部を、他の給電設備が分担する場合は、ＰＬＳは、負荷が要求する電力から給電設備が分担する電力を減じた値である。
「ＷＳＯＣ」は、ＳＯＣに基づく分担係数αに対する重み付けである。「ＷＴ」は、温度に基づく分担係数βに対する重み付けである。「ＷＤ」は、劣化度に基づく分担係数γに対する重み付けである。これら、ＷＳＯＣ、ＷＴ、ＷＤは、予め定められた定数であって記憶部１５に記録されている。これらの中では、ＳＯＣの影響が最も大きいため、ＷＳＯＣが最も大きな値となる。また、温度による影響は中程度なので、ＷＴの大きさは中程度となる。劣化度の影響は最も低いため、ＷＤの値は、最も小さな値となる。
「α」は、ＳＯＣに基づく分担係数である。「β」は、温度に基づく分担係数である。「γ」は、温度に基づく分担係数である。これらα、β、γの算出方法については上述のとおりである。これらのパラメータは、変数である。
「ＴＬＩＢ」は、Ｌｉバッテリ１３０の目標温度である。「ＴＬＩＣ」は、Ｌｉキャパシタ１４０の目標温度である。「ＤＬＩＢ」は、Ｌｉバッテリ１３０の目標劣化度である。「ＤＬＩＣ」は、Ｌｉキャパシタ１４０の目標劣化度である。これらのパラメータは、予め予め定められた定数であって記憶部１５に記録されている。
図９は、本発明の第二実施形態における充放電制御装置の処理フローを示す図である。
図９を用いて本実施形態の電力分担量を算出する処理について説明する。
まず、第一実施形態と同様に負荷１５０から出力要求があったときに、指令値生成部１３が、負荷からの要求電力（ＰＬＳ）を取得する。また、充電率取得部１１は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣを取得し、分担率設定部１２ａは、充電率に基づく分担係数αを算出する（ステップＳ２１）。また、それと並行して、温度取得部１６は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の温度を取得する。温度取得部１６は、取得した温度を分担率設定部１２ａへ出力する。分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＴＬＩＢを読み出して、取得したＬｉバッテリ１３０の温度とＴＬＩＢの偏差ＴＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＴＬＩＣを読み出して、取得したＬｉキャパシタ１４０の温度とＴＬＩＣの偏差の絶対値ＴＬＩＣＤＩＦを算出する。そして、分担率設定部１２ａは、式（７）によって温度に基づく分担係数βを算出する（ステップＳ２２）。また、それと並行して、劣化度算出部１７は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の劣化度を算出する。劣化度算出部１７は、算出した劣化度を分担率設定部１２ａへ出力する。分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＤＬＩＢを読み出して、取得したＬｉバッテリ１３０の劣化度とＤＬＩＢの偏差ＤＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＤＬＩＣを読み出して、取得したＬｉキャパシタ１４０の劣化度とＤＬＩＣの偏差の絶対値ＤＬＩＣＤＩＦを算出する。そして、分担率設定部１２ａは、式（８）によって劣化度に基づく分担係数γを算出する（ステップＳ２３）。
次に、分担率設定部１２ａは、算出したα、β、γを指令値生成部１３へ出力する。指令値生成部１３は、記憶部１５からＷＳＯＣ、ＷＴ、ＷＤを読み出して、以下の式でＬｉバッテリ１３０に対する電力指令値を算出する（ステップＳ２４）。
図９を用いて本実施形態の電力分担量を算出する処理について説明する。
まず、第一実施形態と同様に負荷１５０から出力要求があったときに、指令値生成部１３が、負荷からの要求電力（ＰＬＳ）を取得する。また、充電率取得部１１は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０のＳＯＣを取得し、分担率設定部１２ａは、充電率に基づく分担係数αを算出する（ステップＳ２１）。また、それと並行して、温度取得部１６は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の温度を取得する。温度取得部１６は、取得した温度を分担率設定部１２ａへ出力する。分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＴＬＩＢを読み出して、取得したＬｉバッテリ１３０の温度とＴＬＩＢの偏差ＴＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＴＬＩＣを読み出して、取得したＬｉキャパシタ１４０の温度とＴＬＩＣの偏差の絶対値ＴＬＩＣＤＩＦを算出する。そして、分担率設定部１２ａは、式（７）によって温度に基づく分担係数βを算出する（ステップＳ２２）。また、それと並行して、劣化度算出部１７は、Ｌｉバッテリ１３０とＬｉキャパシタ１４０の劣化度を算出する。劣化度算出部１７は、算出した劣化度を分担率設定部１２ａへ出力する。分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＤＬＩＢを読み出して、取得したＬｉバッテリ１３０の劣化度とＤＬＩＢの偏差ＤＬＩＢＤＩＦを算出する。また、分担率設定部１２ａは、記憶部１５からＤＬＩＣを読み出して、取得したＬｉキャパシタ１４０の劣化度とＤＬＩＣの偏差の絶対値ＤＬＩＣＤＩＦを算出する。そして、分担率設定部１２ａは、式（８）によって劣化度に基づく分担係数γを算出する（ステップＳ２３）。
次に、分担率設定部１２ａは、算出したα、β、γを指令値生成部１３へ出力する。指令値生成部１３は、記憶部１５からＷＳＯＣ、ＷＴ、ＷＤを読み出して、以下の式でＬｉバッテリ１３０に対する電力指令値を算出する（ステップＳ２４）。
指令値生成部１３は、算出した電力指令値ＰＤＣＤＣでＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を制御する。
本実施形態によると、第一実施形態に加え、温度・劣化の状態も考慮した分担とでき、デバイスの寿命長期化につなげることができる。
なお、温度及び劣化度の影響を考慮して電力分担を算出することが好ましいが、ＳＯＣと温度のみに基づいて電力分担を制御してもよいし、ＳＯＣと劣化度のみに基づいて電力分担を制御してもよい。
なお、温度及び劣化度の影響を考慮して電力分担を算出することが好ましいが、ＳＯＣと温度のみに基づいて電力分担を制御してもよいし、ＳＯＣと劣化度のみに基づいて電力分担を制御してもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
１００・・・充放電制御装置
１１０・・・充電設備
１２０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３０・・・リチウムイオンバッテリ
１４０・・・リチウムイオンキャパシタ
１５０・・・負荷
１６０・・・バス
１１・・・充電率取得部
１２・・・分担率設定部
１３・・・指令値生成部
１４・・・力行回生判定部
１５・・・記憶部
１６・・・温度取得部
１７・・・劣化度算出部
１１０・・・充電設備
１２０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３０・・・リチウムイオンバッテリ
１４０・・・リチウムイオンキャパシタ
１５０・・・負荷
１６０・・・バス
１１・・・充電率取得部
１２・・・分担率設定部
１３・・・指令値生成部
１４・・・力行回生判定部
１５・・・記憶部
１６・・・温度取得部
１７・・・劣化度算出部
Claims (9)
- 負荷との間で充放電可能な第一の蓄電装置と、負荷との間で充放電可能で前記第一の蓄電装置と特性が異なる第二の蓄電装置とを備える充放電システムの充放電制御装置であって、
前記第一の蓄電装置の充電率及び前記第二の蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
予め定められた第一の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第一の蓄電装置の充電率の差である第一の差分値及び予め定められた第二の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第二の蓄電装置の充電率の差である第二の差分値に基づいて、前記第一の蓄電装置に対する充電率に基づく電力の分担係数を算出する分担率設定部と、
前記負荷からの要求電力に前記充電率に基づく電力の分担係数を乗じて、前記第一の蓄電装置に対する充放電における電力の指令値を生成する指令値生成部と、
を備え、
前記分担率設定部は、前記第一の差分値を所定の値でべき乗した値と前記第二の差分値を前記所定の値でべき乗した値との和に対する前記第一の差分値を前記所定の値でべき乗した値の割合に基づいて前記充電率に基づく電力の分担係数を算出する、
充放電制御装置。 - 前記分担率設定部は、前記予め記憶された第一の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第一の蓄電装置の充電率の差をＳＯＣＬＩＢＤＩＦとし、前記予め定められた第二の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第二の蓄電装置の充電率の差をＳＯＣＬＩＣＤＩＦとし、ａ０及びａ１及びａ２及びａ３を定数としたときに以下の式により、前記充電率に基づく電力の分担係数を算出する
- 前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の温度を取得する温度取得部、
を更に備え、
前記分担率設定部は、前記取得した第一の蓄電装置の温度と予め定められた前記第一の蓄電装置の温度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の温度と予め定められた前記第二の蓄電装置の温度の目標値との差に基づいて前記第一の蓄電装置に対する温度に基づく電力の分担係数を算出し、
前記指令値生成部は、前記充電率に基づく電力の分担係数と前記温度に基づく電力の分担係数の重み付き平均に基づいて第一の蓄電装置に対する前記指令値を算出する、
請求項１から請求項２の何れか１項に記載の充放電制御装置。 - 前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の劣化度を算出する劣化度算出部、
を更に備え、
前記分担率設定部は、前記算出した第一の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第一の蓄電装置の劣化度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第二の蓄電装置の劣化度の目標値との差に基づいて前記第一の蓄電装置に対する劣化度に基づく電力の分担係数を算出し、
前記指令値生成部は、前記充電率に基づく電力の分担係数と前記劣化度に基づく電力の分担係数の重み付き平均に基づいて第一の蓄電装置に対する前記指令値を算出する、
請求項１から請求項２の何れか１項に記載の充放電制御装置。 - 前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の温度を取得する温度取得部と、
前記第一の蓄電装置及び前記第二の蓄電装置の劣化度を算出する劣化度算出部と、
を更に備え、
前記分担率設定部は、前記取得した第一の蓄電装置の温度と予め定められた前記第一の蓄電装置の温度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の温度と予め定められた前記第二の蓄電装置の温度の目標値との差に基づく前記第一の蓄電装置に対する温度に基づく電力の分担係数と、前記算出した第一の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第一の蓄電装置の劣化度の目標値との差及び前記取得した第二の蓄電装置の劣化度と予め定められた前記第二の蓄電装置の劣化度の目標値との差に基づく前記第一の蓄電装置に対する劣化度に基づく電力の分担係数を算出し、
前記指令値生成部は、前記充電率に基づく電力の分担係数と前記温度に基づく電力の分担係数と前記劣化度に基づく電力の分担係数の重み付き平均に基づいて前記第一の蓄電装置に対する前記指令値を算出する、
請求項１から請求項２の何れか１項に記載の充放電制御装置。 - 前記第一の蓄電装置の特性は、前記第一の蓄電装置に比べ高容量であり、前記第二の蓄電装置の特性は、前記第一の蓄電装置に比べ高出力である、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の充放電制御装置。 - 前記第二の蓄電装置の特性は、前記第一の蓄電装置に比べ充放電性能が高い、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の充放電制御装置。 - 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の充放電制御装置、を備える移動体。
- 負荷との間で充放電可能な第一の蓄電装置と、負荷との間で充放電可能で前記第一の蓄電装置と特性が異なる第二の蓄電装置とを備える充放電システムにおいて、
前記第一の蓄電装置の充電率及び前記第二の蓄電装置の充電率を取得するステップと、
予め定められた第一の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第一の蓄電装置の充電率の差である第一の差分値及び予め定められた第二の蓄電装置の充電率の目標値と前記取得した第二の蓄電装置の充電率の差である第二の差分値に基づいて、前記第一の蓄電装置に対する充電率に基づく電力の分担係数を算出するステップと、
前記負荷からの要求電力に前記充電率に基づく電力の分担係数を乗じて、前記第一の蓄電装置に対する充放電における電力の指令値を生成するステップと、
を有し、
前記電力の分担係数を算出するステップでは、前記第一の差分値を所定の値でべき乗した値と前記第二の差分値を前記所定の値でべき乗した値との和に対する前記第一の差分値を前記所定の値でべき乗した値の割合に基づいて前記充電率に基づく電力の分担係数を算出する、
電力分担量決定方法。
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