JP6982834B2 - 蓄電システム、管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電ブロックが並列接続された蓄電システム、管理装置に関する。

近年、蓄電システムが普及してきており、ピークシフト、バックアップ、ＦＲ（Frequency Regulation）等に使用される。大規模な蓄電システムは、例えば複数の蓄電モジュールが直列接続されて構成された蓄電ブロックが、複数並列に接続されて構築される。以下本明細書では蓄電ブロックとして、複数の蓄電モジュールが積層されて構成される蓄電ラックを想定する。

並列接続された複数の蓄電ラックの１つに異常が発生した場合、その蓄電ラックを解列させるとともに、パワーコンディショナの上限電力を、残った蓄電ラックの数に応じて低下させることにより運転を継続することが多い（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−８８２０２号

上述の場合において、残りの蓄電ラック間に大きな電流偏差が発生した場合、蓄電ラックのいずれかが蓄電ラック単体の上限電力を超過してしまうことがある。この場合、蓄電ラックが連鎖的に解列し、蓄電システム全体が停止に至る可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、並列接続された複数の蓄電ブロックの少なくとも１つが解列しても、安定的に運転を継続することができる蓄電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、並列接続された複数の蓄電ブロックと、前記複数の蓄電ブロックから放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統または負荷に出力し、前記電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロックに充電する電力変換部と、前記複数の蓄電ブロックと、前記電力変換部との間にそれぞれ介在する複数のスイッチと、前記複数の蓄電ブロックの各単体のＳＯＰ（State Of Power）に基づいて前記複数の蓄電ブロック全体のＳＯＰを算出し、算出した全体のＳＯＰを前記電力変換部の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値に設定する管理部と、を備える。前記管理部は、前記複数のスイッチの少なくとも１つがターンオフして前記複数の蓄電ブロックの少なくとも１つを解列するとき、残りの蓄電ブロック全体のＳＯＰを前記残りの蓄電ブロックの各単体の電流バラツキに基づいて算出し、前記電力変換部に流す電力または電流の上限値を設定する。

本発明によれば、並列接続された複数の蓄電ブロックの少なくとも１つが解列しても、安定的に運転を継続することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電システムの動作例１の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電システムの動作例１の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る蓄電システムの動作例２の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電システムの動作例２の流れを示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の構成を示す図である。蓄電システム１と電力系統２間の配電線に負荷３が接続される。蓄電システム１は、並列接続された複数の蓄電ラック、電力変換装置６０、マスタ管理装置５０ｍを備える。図１では３つの蓄電ラック（第１蓄電ラック１０、第２蓄電ラック２０、第３蓄電ラック３０）が電力変換装置６０に対して並列に接続される例を示している。

電力変換装置６０は、複数の蓄電ラック１０−３０から放電された直流電力を交流電力に変換して電力系統２または負荷３に出力し、電力系統２から入力される交流電力を直流電力に変換して並列接続された複数の蓄電ラック１０−３０に充電する。電力変換装置６０は、一般的なパワーコンディショナで構成することができ、双方向インバータ、及び制御回路を備え、必要に応じて双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを備える。以下の説明では、電力変換装置６０が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを備える例を想定する。

双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、複数の蓄電ラック１０−３０に充電される又は複数の蓄電ラック１０−３０から放電される直流電力の電流／電圧を制御可能であり、例えば、ＣＣ／ＣＶ充電、ＣＣ／ＣＶ放電が可能である。双方向インバータは直流電力から交流電力への変換、又は交流電力から直流電力への変換を実行する。制御回路は、マスタ管理装置５０ｍからの指示に従い、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ及び双方向インバータを制御する。

第１蓄電ラック１０は、直列接続された複数の蓄電モジュール１１−１ｎ、第１ラック管理部５０ａ、第１スイッチＳ１を備える。各蓄電モジュール１１−１ｎは、直列または直並列接続された複数のセル及び監視回路を含む。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、リチウムイオン電池セルを使用する例を想定する。

各蓄電モジュール１１−１ｎの監視回路は、各蓄電モジュール１１−１ｎ内の複数のセルの電圧、電流、温度を検出する。監視回路は、検出したセルの電圧、電流、温度をラック内通信線９０ａを介して第１ラック管理部５０ａに送信する。各監視回路と第１ラック管理部５０ａ間の通信には例えば、ＲＳ−４８５規格に準拠したシリアル通信を使用することができる。なお、各監視回路と第１ラック管理部５０ａ間は無線通信で接続されてもよいし、電力線通信で接続されてもよい。

第１スイッチＳ１は、電力変換装置６０に繋がる電力線７０と、直列接続された複数の蓄電モジュール１１−１ｎとの間に介在する。第１スイッチＳ１には例えば、メカリレーや半導体スイッチを使用することができる。以下、本明細書では、汎用的な電磁リレーを使用する例を想定する。電磁リレーは、コイルに電流を流すことにより接点のオン／オフを制御するスイッチである。

第１ラック管理部５０ａは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現される。ハードウェア資源として、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩ、アナログ素子を利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。第１ラック管理部５０ａは、各蓄電モジュール１１−１ｎの監視回路からラック内通信線９０ａを介して各セルの電圧、電流、温度を受信する。

第１ラック管理部５０ａは、受信したセルの電圧、電流、温度をもとに、セルのＳＯＣ(State Of Charge)及びＳＯＨ(State Of Health）を推定する。なおＳＯＣ及びＳＯＨの推定は、各蓄電モジュール１１−１ｎの監視回路で行ってもよい。

ＳＯＣは、電流積算法またはＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法により推定することができる。ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、完全充放電による容量計測により求めてもよいし、予め実験やシミュレーションにより得られた内部抵抗とＳＯＨとの関係が記述されたテーブルを参照して推定されてもよい。内部抵抗は、電池に定電流を所定時間流した際に発生する電圧降下を、当該定電流で割ることにより推定することができる。内部抵抗は温度が上がるほど低下する関係にあり、電池の劣化が進行するほど増加する関係にある。

第１ラック管理部５０ａは、第１蓄電ラック１０の充電および放電のＳＯＰ（State Of Power）をそれぞれ推定する。第１蓄電ラック１０のＳＯＰは、第１蓄電ラック１０に対して充放電可能な最大の電力を示す。充電時のＳＯＰｃは、第１蓄電ラック１０の上限電圧（満充電電圧）Ｖｍａｘを上回らない最大の充電電流Ｉｃに、第１蓄電ラック１０の端子電圧Ｖを掛けることにより求めることができる（下記式１、２参照）。一方、放電時のＳＯＰｄは、第１蓄電ラック１０の下限電圧（放電終止電圧）Ｖｍｉｎを下回らない最大の放電電流Ｉｄに、第１蓄電ラック１０の端子電圧Ｖを掛けることにより求めることができる（下記式３、４参照）。
ＳＯＰｃ＝ＩｃＶ ・・・（式１）
Ｉｃ＝（Ｖｍａｘ−Ｅ）／Ｒ ・・・（式２）
ＳＯＰｄ＝ＩｄＶ ・・・（式３）
Ｉｄ＝（Ｅ−Ｖｍｉｎ）／Ｒ ・・・（式４）
Ｅは起電力、Ｒは内部抵抗。

起電力ＥはＳＯＣに依存し、ＳＯＣが高くなるほど高くなる関係にある。充電時のＳＯＰｃは、第１蓄電ラック１０が上限電圧Ｖｍａｘに到達するとゼロになり、放電時のＳＯＰｄは、第１蓄電ラック１０が下限電圧Ｖｍｉｎに到達するとゼロになる。

第１ラック管理部５０ａは、予め実験やシミュレーションにより得られたＳＯＣとＳＯＰとの関係が記述されたテーブルを参照して推定してもよい。なお、上記式１，３により算出されるＳＯＰは、ＳＯＨの低下に従い減少する。従って、テーブル参照により特定した初期状態のＳＯＰに現在のＳＯＨを掛けることにより現在のＳＯＰを推定することができる。ところで、蓄電ラック単体のＳＯＰ（ラックＳＯＰ）は、上記式１，３により定義されるものに限定されず、ラックの最大定格電力と等しくすることもある。この場合、蓄電ラック単体において放電終止時（ＳＯＣ＝０％）の放電ラックＳＯＰ＝０とし、例えばＳＯＣ＝２％となった時点で、放電ＳＯＰをラックの最大定格電力と等しい値に復帰させ、満充電時（ＳＯＣ＝１００％）の充電ラックＳＯＰ＝０とし、例えばＳＯＣ＝９８％となった時点で、充電ＳＯＰをラックの最大定格電力と等しい値に復帰させる。また、充電方式が疑似ＣＣ／ＣＶの場合、充電ＳＯＰをラックの最大定格電力から小さい値に絞っていく場合もある。

第１ラック管理部５０ａは、ラック間通信線８０を介してマスタ管理装置５０ｍ、第２蓄電ラック２０の第２ラック管理部５０ｂ、及び第３蓄電ラック３０の第３ラック管理部５０ｃと接続される。ラック間通信線８０を介した通信には、ＲＳ−４８５、イーサネット（登録商標）、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した通信方式を使用することができる。

第１ラック管理部５０ａはラック間通信線８０を介して、第１蓄電ラック１０の監視データをマスタ管理装置５０ｍに送信する。本実施の形態では監視データとして少なくとも、第１蓄電ラック１０に流れる電流の値、第１蓄電ラック１０のＳＯＰをマスタ管理装置５０ｍに送信する。

第２蓄電ラック２０及び第３蓄電ラック３０の構成および動作は、第１蓄電ラック１０の構成および動作と同様であるため、説明を省略する。

マスタ管理装置５０ｍは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現される。ハードウェア資源として、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩ、アナログ素子を利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。マスタ管理装置５０ｍは、ラック間通信線８０を介してラック管理部５０ａ−５０ｃと通信することにより、複数の蓄電ラック１０−３０を管理する。またマスタ管理装置５０ｍは、電力変換装置６０の制御回路に制御信号を通知する。なお、マスタ管理装置５０ｍは、図示しないシステム運用者の管理装置および／または系統運用者の管理装置と外部通信することが可能な構成であってもよい。

マスタ管理装置５０ｍは、並列接続された複数の蓄電ラック１０−３０全体のＳＯＰ（以下、システムＳＯＰという）を算出する。システムＳＯＰは下記（式５）により算出することができる。
システムＳＯＰ＝最小ラックＳＯＰ＊（ラック電流合計／ラック最大電流） ・・・（式５）

最小ラックＳＯＰは、複数の蓄電ラック１０−３０のＳＯＰの内の最小値である。ラック電流合計は、複数の蓄電ラック１０−３０にそれぞれ流れる各電流の合計値である。ラック最大電流は、複数の蓄電ラック１０−３０にそれぞれ流れる各電流の最大値である。複数の蓄電ラック１０−３０のＳＯＰと電流値が理想的に同じであれば、システムＳＯＰはラックＳＯＰに並列接続数（図１の例では３）を掛けた値になる。これに対して、複数の蓄電ラック１０−３０間の電流偏差が大きくなるほど、システムＳＯＰは低下する。なお上記式５において、［最小ラックＳＯＰ］の代わりに、［（ラック電流／ラックＳＯＰ）が最小値となるラックのＳＯＰ］を使用してもよい。また、蓄電ラックの電流がゼロ、または小さい場合には、電流偏差の比率を決定する各種パラメータ(内部抵抗、配線抵抗など)よりシステムＳＯＰを推定することもできる。

電力変換装置６０の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、システムＳＯＰを使用して制御することができる。また後述する抑制電力値を使用して制御することもできる。マスタ管理装置５０ｍは蓄電システム１の充電時、算出したシステムＳＯＰｃを電力変換装置６０の制御回路に充電電力の上限値として通知する。電力変換装置６０の制御回路は、マスタ管理装置５０ｍから取得したシステムＳＯＰｃを系統電圧で割った値を上限電流値として双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを充電制御する。またマスタ管理装置５０ｍは蓄電システム１の放電時、算出したシステムＳＯＰｄを電力変換装置６０の制御回路に放電電力の上限値として通知する。電力変換装置６０の制御回路は、マスタ管理装置５０ｍから取得したシステムＳＯＰｄを系統電圧で割った値を上限電流値として双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを放電制御する。なお、電力変換装置６０が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを備えていない場合、電力変換装置６０の制御回路は、マスタ管理装置５０ｍから取得したシステムＳＯＰｃあるいはシステムＳＯＰｄを系統電圧で割った値を上限電流値として双方向インバータを充電制御あるいは放電制御する。

本実施の形態では、電力変換装置６０と各蓄電ラック１０−３０の間にＤＣ−ＤＣコンバータが介在しない回路構成であるため、各蓄電ラック１０−３０に流れる電流を個別に制御することはできない。各蓄電ラック１０−３０の抵抗成分に応じて、電力変換装置６０の充放電電流が按分された電流が各蓄電ラック１０−３０に流れる。

以上の構成において、蓄電システム１の充放電中に、少なくとも１つの蓄電ラックを解列させる必要が発生する場合がある。例えば、特定の蓄電ラックに異常が検出されたときである。具体的には特定の蓄電ラックに通信エラーが発生したり、特定の蓄電ラック内のセルに緊急性が無いと判断された過電流、過電圧、過小電圧、高温異常、低温異常が発生した場合である。また、特定の蓄電ラックの充電電力がラックＳＯＰｃを超えた場合、又は特定の蓄電ラックの放電電力がラックＳＯＰｄを超えた場合も当該特定の蓄電ラックを解列させる必要がある。当該蓄電ラックのラック管理部５０は、これらの事象が発生すると、直ぐに電磁リレーをターンオフさせずに、解列要求信号をマスタ管理装置５０ｍに通知する。

蓄電システム１の充放電中に特定の蓄電ラックを解列する場合、電流が流れた状態で当該蓄電ラックの電磁リレーをターンオフする必要があり、電流が流れた状態で電磁リレーをターンオフすると電磁リレーを劣化させる要因となる。また汎用的な電磁リレーは極性を持っており、電流を遮断しやすい方向と遮断しにくい方向がある。遮断しにくい方向に大きな電流が流れると、溶着等の故障を発生させる要因となる。なお両極性のリレーも存在するが、コスト高となる。

マスタ管理装置５０ｍは特定の蓄電ラックのラック管理部５０から解列要求信号を受信すると、システムの動作状況により電力低下を許容できる場合、電力変換装置６０の充電電力または放電電力の上限値をシステムＳＯＰから、所定の抑制電力値に低下させる。抑制電力値は固定値ではなく可変値であり、マスタ管理装置５０ｍは、蓄電システム１の運転モード、解列履歴、及びマニュアル設定の少なくとも１つをもとに抑制電力値を決定する。システムの動作状況により電力低下を許容できない場合、電力を低下させずに電磁リレーをターンオフし、また、軽微な異常の場合、電力低下を許容できる状態まで電磁リレーをターンオフせずにそのままの状態を継続し、電力低下を許容できる時点で電磁リレーをターンオフすることが好ましい。

電磁リレーは遮断回数が多くなるほど機械的な耐久性が低下し、接点に大きな電流が流れるほど電気的な耐久性が低下する。電磁リレーの総合的な耐久性は、接点電流と遮断回数で規定される耐久曲線により定義され、遮断時の接点電流が小さいほど使用上限回数が多くなる。この耐久曲線は極性ごとに定義される。

マスタ管理装置５０ｍは抑制電力値を、例えば１つの電磁リレーに流れる電流が１０Ａ以下になる値に決定する。高電圧、高容量の電磁リレーであっても、接点電流が１０Ａ以下程度であれば、電気的な耐久性に与える影響は小さくなる。なお接点電流を０Ａにすることも考えられる。その場合は電磁リレーのターンオフ後に、新たなシステムＳＯＰ算出用の電流を流す必要がある。電磁リレーをターンオフする際に１０Ａ以下の電流（≠０Ａ）を流しておけば、電流値の切り替えを１回分、減らすことができる。

マスタ管理装置５０ｍは電磁リレーの遮断回数が使用上限回数に近づいている場合、抑制電力値を、当該電磁リレーに流れる電流がより低くなる値に決定してもよい。これにより、使用上限回数に到達する前に電磁リレーが寿命により使用不能になる可能性を低減させることができる。

マスタ管理装置５０ｍは、蓄電システム１の運転モードが自立モードであり、負荷３が重要負荷である場合、電力変換装置６０の放電電力の上限値を変更しない。即ち、電力変換装置６０の放電電力を低下させない。例えば、蓄電システム１が電力系統２の停電時において、医療施設、通信施設、データセンタ等に設置された瞬時停電が許容されない負荷のバックアップ電源として使用されている場合、電力変換装置６０の放電電力を低下させない。

これに対して、蓄電システム１の運転モードが系統連系モードの場合、電力変換装置６０の充電電力または放電電力を抑制電力値まで低下させる。また蓄電システム１の運転モードが自立モードの場合であっても、負荷３が瞬時停電を許容できる負荷であれば、電力変換装置６０の放電電力を抑制電力値まで低下させる。

マスタ管理装置５０ｍは抑制電力値を、管理者またはユーザによりマニュアル設定された設定値に決定することができる。マニュアル設定された設定値が存在する場合、基本的に当該設定値が優先する。

マスタ管理装置５０ｍは決定した抑制電力値を電力変換装置６０の制御回路に充電／放電電力の上限値として通知する。電力変換装置６０の制御回路は、マスタ管理装置５０ｍから取得した抑制電力値を系統電圧で割った値を上限電流値として双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを充電／放電制御する。

マスタ管理装置５０ｍは、電力変換装置６０の充電／放電電力が抑制電力値に低下した後、解列要求信号を送信してきたラック管理部５０に解列指示信号を送信する。ラック管理部５０は当該解列指示信号を受信すると、自己の蓄電ラックの電磁リレーをターンオフする。

マスタ管理装置５０ｍは、蓄電システム１に残った蓄電ラックのラック管理部５０からラックＳＯＰと電流値を取得し、システムＳＯＰを再計算する。マスタ管理装置５０ｍは再計算したシステムＳＯＰを電力変換装置６０の制御回路に充電／放電電力の上限値として通知する。電力変換装置６０の制御回路は、マスタ管理装置５０ｍから取得したシステムＳＯＰを系統電圧で割った値を上限電流値として双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを充電／放電制御する。

図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の動作例１の具体例を示す図である。時刻ｔ０〜時刻ｔ１間は、並列接続された３つの蓄電ラック１０−３０で通常運転している。時刻ｔ１において第３蓄電ラック３０に異常故障が発生し、マスタ管理装置５０ｍは電力変換装置６０の充放電電力を抑制電力値まで低下させる。

時刻ｔ２において第３蓄電ラック３０が解列する。時刻ｔ２〜時刻ｔ３間において、マスタ管理装置５０ｍは第１蓄電ラック１０と第２蓄電ラック２０の２並列のシステムＳＯＰを算出する。時刻ｔ３において、マスタ管理装置５０ｍは算出した新たなシステムＳＯＰを電力変換装置６０に通知する。これにより、電力変換装置６０に設定されたシステムＳＯＰが低下する。時刻ｔ４において電力変換装置６０の電力抑制が解除され、電力変換装置６０の充放電電力が新たなシステムＳＯＰまで上昇する。時刻ｔ４以降、並列接続された２つの蓄電ラック１０、２０で通常運転している。

図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の動作例１の流れを示すフローチャートである。並列接続された３つの蓄電ラック１０−３０で充放電する運転モードで蓄電システム１が動作している（Ｓ１０）。第３蓄電ラック３０に異常故障が発生すると（Ｓ１１のＹ）、マスタ管理装置５０ｍは、マニュアル設定、蓄電システム１の運転モード、電磁リレーの解列履歴を総合的に考慮して抑制電力値を決定する（Ｓ１２）。マスタ管理装置５０ｍは決定した抑制電力値を電力変換装置６０に設定し、電力変換装置６０は充放電電力を抑制電力値に低下させる（Ｓ１３）。

マスタ管理装置５０ｍは解列指示信号を第３蓄電ラック３０の第３ラック管理部５０ｃに通知し、第３ラック管理部５０ｃは第３スイッチＳ３（電磁リレー）をターンオフして、第３蓄電ラック３０を蓄電システム１から解列させる（Ｓ１４）。第３ラック管理部５０ｃは、第３スイッチＳ３のターンオフ時の電流値および電流の方向をマスタ管理装置５０ｍに通知する。マスタ管理装置５０ｍは、受信した第３スイッチＳ３の解列情報をもとに第３スイッチＳ３の解列履歴を更新する（Ｓ１５）。

マスタ管理装置５０ｍは、第１蓄電ラック１０の第１ラック管理部５０ａ及び第２蓄電ラック２０の第２ラック管理部５０ｂからラックＳＯＰと電流値を取得する（Ｓ１６）。なお、このラックＳＯＰと電流値の取得は定期的（例えば、１分に１回、５分に１回）に実行されているが、蓄電ラックの解列時は、残りの蓄電ラックのラックＳＯＰと電流値の取得が即時に実行される。

マスタ管理装置５０ｍは、取得した第１蓄電ラック１０と第２蓄電ラック２０のラックＳＯＰと電流値をもとに新たな２並列のシステムＳＯＰを算出する（Ｓ１７）。マスタ管理装置５０ｍは、算出した新たな２並列のシステムＳＯＰを電力変換装置６０に設定する（Ｓ１８）。電力変換装置６０はシステムＳＯＰの更新後、充放電電力の抑制を解除する（Ｓ１９）。抑制が解除されると、並列接続された２つの蓄電ラック１０、２０で充放電する運転モードで蓄電システム１が動作する（Ｓ１１０）。

なおシステムＳＯＰの更新と抑制解除の順番を逆にした場合、抑制解除後の充放電電力が新たなシステムＳＯＰを超えてしまうリスクがある。また第３蓄電ラック３０を解列する際に電力変換装置６０の充放電電力を抑制していないと、第３蓄電ラック３０を解列した瞬間に、電力変換装置６０の充放電電力が新たな２並列のシステムＳＯＰを超えてしまうリスクがある。

図４は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の動作例２の具体例を示す図である。蓄電ラック間の電流偏差が大きい場合、特定の蓄電ラックを解列させた方がシステムＳＯＰが上昇する場合がある。動作例２では、特定の蓄電ラックを意図的に解列させることによりシステムＳＯＰを上昇させる例を示す。

時刻ｔ０〜時刻ｔ１間は、並列接続された３つの蓄電ラック１０−３０で通常運転している。電力変換装置６０の充放電電流が第１蓄電ラック１０に突出して多く流れている状況であり、システムＳＯＰは図２と比較して非常に低く抑えられている。時刻ｔ１において第１蓄電ラック１０の解列処理を開始する。マスタ管理装置５０ｍは電力変換装置６０の充放電電力を抑制電力値まで低下させる。

時刻ｔ２において第１蓄電ラック１０が解列する。時刻ｔ２〜時刻ｔ３間において、マスタ管理装置５０ｍは第２蓄電ラック２０と第３蓄電ラック３０の２並列のシステムＳＯＰを算出する。時刻ｔ３において、マスタ管理装置５０ｍは算出した新たなシステムＳＯＰを電力変換装置６０に通知する。時刻ｔ４において電力変換装置６０の電力抑制が解除され、電力変換装置６０の充放電電力が新たなシステムＳＯＰまで上昇する。新たなシステムＳＯＰは、更新前のシステムＳＯＰより高い値であり、電力変換装置６０の充放電電力も、第１蓄電ラック１０の解列前の充放電電力より大きくなる。時刻ｔ４以降、並列接続された２つの蓄電ラック２０、３０で通常運転している。

図５は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の動作例２の流れを示すフローチャートである。並列接続された３つの蓄電ラック１０−３０で充放電する運転モードで蓄電システム１が動作している（Ｓ２０）。マスタ管理装置５０ｍは、第１蓄電ラック１０の第１ラック管理部５０ａ、第２蓄電ラック２０の第２ラック管理部５０ｂ及び第３蓄電ラック３０の第３ラック管理部５０ｃからラックＳＯＰと電流値を定期的に取得する（Ｓ２１）。マスタ管理装置５０ｍは、電流値が最大の蓄電ラック（本具体例では、第１蓄電ラック１０）を特定する（Ｓ２２）。マスタ管理装置５０ｍは、特定した蓄電ラックを除いた２つの蓄電ラックのシステムＳＯＰを、切替候補システムＳＯＰとして算出する（Ｓ２３）。

マスタ管理装置５０ｍは算出した切替候補システムＳＯＰと、電力変換装置６０に設定されている現在のシステムＳＯＰを比較する（Ｓ２４）。切替候補システムＳＯＰが現在のシステムＳＯＰ以下の場合（Ｓ２４のＮ）、ステップＳ２１に遷移する。切替候補システムＳＯＰが現在のシステムＳＯＰより大きい場合（Ｓ２４のＹ）、マスタ管理装置５０ｍは、マニュアル設定、蓄電システム１の運転モード、電磁リレーの解列履歴を総合的に考慮して抑制電力値を決定する（Ｓ２５）。マスタ管理装置５０ｍは決定した抑制電力値を電力変換装置６０に設定し、電力変換装置６０は充放電電力を抑制電力値に低下させる（Ｓ２６）。

マスタ管理装置５０ｍは解列指示信号を第１蓄電ラック１０の第１ラック管理部５０ａに通知し、第１ラック管理部５０ａは第１スイッチＳ１（電磁リレー）をターンオフして、第１蓄電ラック１０を蓄電システム１から解列させる（Ｓ２７）。第１ラック管理部５０ａは、第１スイッチＳ１のターンオフ時の電流値および電流の方向をマスタ管理装置５０ｍに通知する。マスタ管理装置５０ｍは、受信した第１スイッチＳ１の解列情報をもとに第１スイッチＳ１の解列履歴を更新する（Ｓ２８）。

マスタ管理装置５０ｍは、第２蓄電ラック２０の第２ラック管理部５０ｂ及び第３蓄電ラック３０の第３ラック管理部５０ｃからラックＳＯＰと電流値を取得する（Ｓ２９）。マスタ管理装置５０ｍは、取得した第２蓄電ラック２０と第３蓄電ラック３０のラックＳＯＰと電流値をもとに新たな２並列のシステムＳＯＰを算出する（Ｓ２１０）。マスタ管理装置５０ｍは、算出した新たな２並列のシステムＳＯＰを電力変換装置６０に設定する（Ｓ２１１）。電力変換装置６０はシステムＳＯＰの更新後、充放電電力の抑制を解除する（Ｓ２１２）。抑制が解除されると、並列接続された２つの蓄電ラック２０、３０で充放電する運転モードで蓄電システム１が動作する（Ｓ２１３）。

以上説明したように本実施の形態によれば、複数の蓄電ラックの少なくとも１つを解列する際、残りの蓄電ラックの並列数だけでなく、残りの蓄電ラックの電流偏差も加味して、新たなシステムＳＯＰを算出する。これにより、各蓄電ラックがラックＳＯＰを超過することなく、継続的に安定した運転が可能になる。これに対して、残りの蓄電ラックの並列数のみに基づき新たなシステムＳＯＰを算出した場合、蓄電ラック間の電流偏差が大きくなるとラックＳＯＰを超過する蓄電ラックが発生し得る。

また解列時に電力変換装置６０の充放電電力を低下させることにより、リレーの長寿命化が可能になる。また極性を有する汎用的で安価なリレーを採用しても、安全な解列動作が可能になる。また蓄電ラック間の電流偏差が大きくなったとき、特定の蓄電ラック（具体的には電流が大きい蓄電ラック）を意図的に解列することによりシステムＳＯＰを上昇させることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の動作例２では、並列接続された３つの蓄電ラックの１つを、システムＳＯＰの改善のために意図的に解列させる例を挙げた。この点、並列接続される蓄電ラックの数が多い場合、２つ以上の蓄電ラックを解列させた方がシステムＳＯＰが改善する場合が存在する。例えば、電流値が最大の蓄電ラックを、切替候補システムＳＯＰが現在のシステムＳＯＰ以下になるまで繰り返し解列していく。なお解列する蓄電ラックを特定するアルゴリズムは、図５に示したアルゴリズムに限るものではない。例えば、電流値の上位１位と２位の蓄電ラックを解列した場合の切替候補システムＳＯＰを算出し、算出した切替候補システムＳＯＰが現在のシステムＳＯＰより大きい場合、電流値の上位１位と２位の蓄電ラックを２つ同時に解列させてもよい。

上述の実施の形態では、マスタ管理装置５０ｍをラック管理部５０ａ−５０ｃの外に設けたが、ラック管理部５０ａ−５０ｃのいずれかの中に設けてもよい。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
並列接続された複数の蓄電ブロック（１０−３０）と、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）から放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統（２）または負荷（３）に出力し、前記電力系統（２）から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）に充電する電力変換部（６０）と、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）と、前記電力変換部（６０）との間にそれぞれ介在する複数のスイッチ（Ｓ１−Ｓ３）と、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）の各単体のＳＯＰ（State Of Power）に基づいて前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）全体のＳＯＰを算出し、算出した全体のＳＯＰを前記電力変換部（６０）の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値に設定する管理部（５０ｍ）と、を備え、
前記管理部（５０ｍ）は、前記複数のスイッチ（Ｓ１−Ｓ３）の少なくとも１つがターンオフして前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）の少なくとも１つ（３０）を解列するとき、残りの蓄電ブロック（１０、２０）全体のＳＯＰを前記残りの蓄電ブロック（１０、２０）の各単体の電流バラツキに基づいて算出し、前記電力変換部（６０）に流す電力または電流の上限値を設定することを特徴とする蓄電システム（１）。
これによれば、並列接続された複数の蓄電ブロック（１０−３０）の少なくとも１つ（３０）が解列しても、安定的に運転を継続することができる。
［項目２］
前記管理部（５０ｍ）は、前記残りの蓄電ブロック（１０、２０）をそれぞれ流れる各電流の合計値を、当該各電流の最大値で割って求めた比率を、前記残りの蓄電ブロック（１０、２０）の各単体のＳＯＰの内の最小値に掛けて、前記残りの蓄電ブロック（１０、２０）全体のＳＯＰを算出することを特徴とする項目１に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、残りの蓄電ブロック（１０、２０）の各単体の電流バラツキを反映させた、残りの蓄電ブロック（１０、２０）全体のＳＯＰを算出することができる。
［項目３］
前記管理部（５０ｍ）は、前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）の少なくとも１つ（３０）を解列する前に、前記電力変換部（６０）に流す電力または電流の上限値を所定の電力値または電流値に低下させた後、前記少なくとも１つの蓄電ブロック（３０）に接続された少なくとも１つのスイッチ（Ｓ３）をターンオフさせることを特徴とする項目１または２に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、スイッチ（Ｓ３）にかかるストレスを軽減し、スイッチ（Ｓ３）の寿命を延ばすことができる。
［項目４］
前記所定の電力値は可変値であり、
前記管理部（５０ｍ）は、本蓄電システム（１）の動作モード、前記スイッチ（Ｓ３）の動作回数履歴、及びマニュアル操作により設定された設定値の少なくとも１つを参照して、前記所定の電力値を決定することを特徴とする項目３に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、状況に応じて柔軟に所定の電力値を決定することができる。
［項目５］
前記管理部（５０ｍ）は、前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）をそれぞれ流れる各電流が最大の蓄電ブロック（１０）を除外した残りの蓄電ブロック（２０、３０）全体のＳＯＰを算出し、現在の前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）全体のＳＯＰより高い場合、前記電流が最大の蓄電ブロック（１０）に接続されたスイッチ（Ｓ１）をターンオフさせることを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の蓄電システム（１）。
これによれば、電流が最大の蓄電ブロック（１０）を意図的に解列させることにより、複数の蓄電ブロック（２０、３０）全体のＳＯＰを上昇させることができる。
［項目６］
並列接続された複数の蓄電ブロック（１０−３０）と、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）から放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統（２）または負荷（３）に出力し、前記電力系統（２）から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）に充電する電力変換部（６０）と、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）と、前記電力変換部（６０）との間にそれぞれ介在する複数のスイッチ（Ｓ１−Ｓ３）と、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）の少なくとも１つ（３０）を解列する必要が発生したとき、前記電力変換部（６０）の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値を所定の電力値または電流値に低下させた後、前記少なくとも１つの蓄電ブロック（３０）に接続された少なくとも１つのスイッチ（Ｓ３）をターンオフさせる管理部（５０ｍ）と、を備えることを特徴とする蓄電システム（１）。
これによれば、スイッチ（Ｓ３）にかかるストレスを軽減し、スイッチ（Ｓ３）の寿命を延ばすことができる。
［項目７］
並列接続された複数の蓄電ブロック（１０−３０）と、前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）から放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統（２）または負荷（３）に出力し、前記電力系統（２）から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）に充電する電力変換部（６０）と、前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）と、前記電力変換部（６０）との間にそれぞれ介在する複数のスイッチ（Ｓ１−Ｓ３）と、を備える蓄電システム（１）に接続される管理装置（５０ｍ）であって、
前記管理装置（５０ｍ）は、
前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）の各単体のＳＯＰ（State Of Power）に基づいて前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）全体のＳＯＰを算出し、算出した全体のＳＯＰを前記電力変換部（６０）の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値に設定し、
前記複数のスイッチ（Ｓ１−Ｓ３）の少なくとも１つ（Ｓ３）がターンオフして前記複数の蓄電ブロック（１０−３０）の少なくとも１つ（３０）を解列するとき、残りの蓄電ブロック（１０、２０）全体のＳＯＰを前記残りの蓄電ブロック（１０、２０）の各単体の電流バラツキに基づいて算出し、前記電力変換部（６０）に流す電力または電流の上限値を設定することを特徴とする管理装置（５０ｍ）。
これによれば、並列接続された複数の蓄電ブロック（１０−３０）の少なくとも１つ（３０）が解列しても、安定的に運転を継続することができる。

１ 蓄電システム、 １１，１２，１ｎ 蓄電モジュール、 Ｓ１ 第１スイッチ、 ２ 電力系統、 Ｓ２ 第２スイッチ、 ３ 負荷、 Ｓ３ 第３スイッチ、 １０ 第１蓄電ラック、 ２０ 第２蓄電ラック、 ３０ 第３蓄電ラック、 ５０ａ 第１ラック管理部、 ５０ｂ 第２ラック管理部、 ５０ｃ 第３ラック管理部、 ５０ｍ マスタ管理装置、 ６０ 電力変換装置、 ７０ 電力線、 ８０ ラック間通信線、 ９０ ラック内通信線。

Claims (7)

1. 並列接続された複数の蓄電ブロックと、
   前記複数の蓄電ブロックから放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統または負荷に出力し、前記電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロックに充電する電力変換部と、
   前記複数の蓄電ブロックと、前記電力変換部との間にそれぞれ介在する複数のスイッチと、
   前記複数の蓄電ブロックの各単体のＳＯＰ（State Of Power）に基づいて前記複数の蓄電ブロック全体のＳＯＰを算出し、算出した全体のＳＯＰを前記電力変換部の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値に設定する管理部と、を備え、
   前記管理部は、前記複数のスイッチの少なくとも１つがターンオフして前記複数の蓄電ブロックの少なくとも１つを解列するとき、残りの蓄電ブロック全体のＳＯＰを前記残りの蓄電ブロックの各単体の電流バラツキに基づいて算出し、前記電力変換部に流す電力または電流の上限値を設定することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記管理部は、前記残りの蓄電ブロックをそれぞれ流れる各電流の合計値を、当該各電流の最大値で割って求めた比率を、前記残りの蓄電ブロックの各単体のＳＯＰの内の最小値に掛けて、前記残りの蓄電ブロック全体のＳＯＰを算出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記管理部は、前記複数の蓄電ブロックの少なくとも１つを解列する前に、前記電力変換部に流す電力または電流の上限値を所定の電力値または電流値に低下させた後、前記少なくとも１つの蓄電ブロックに接続された少なくとも１つのスイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。
4. 前記所定の電力値は可変値であり、
   前記管理部は、本蓄電システムの動作モード、前記スイッチの動作回数履歴、及びマニュアル操作により設定された設定値の少なくとも１つを参照して、前記所定の電力値を決定することを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
5. 前記管理部は、前記複数の蓄電ブロックをそれぞれ流れる各電流が最大の蓄電ブロックを除外した残りの蓄電ブロック全体のＳＯＰを算出し、現在の前記複数の蓄電ブロック全体のＳＯＰより高い場合、前記電流が最大の蓄電ブロックに接続されたスイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蓄電システム。
6. 並列接続された複数の蓄電ブロックと、
   前記複数の蓄電ブロックから放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統または負荷に出力し、前記電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロックに充電する電力変換部と、
   前記複数の蓄電ブロックと、前記電力変換部との間にそれぞれ介在する複数のスイッチと、
   前記複数の蓄電ブロックの少なくとも１つを解列する必要が発生したとき、前記電力変換部の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値を所定の電力値または電流値に低下させた後、前記少なくとも１つの蓄電ブロックに接続された少なくとも１つのスイッチをターンオフさせる管理部と、を備えることを特徴とする蓄電システム。
7. 並列接続された複数の蓄電ブロックと、前記複数の蓄電ブロックから放電される直流電力を交流電力に変換して電力系統または負荷に出力し、前記電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して前記複数の蓄電ブロックに充電する電力変換部と、前記複数の蓄電ブロックと、前記電力変換部との間にそれぞれ介在する複数のスイッチと、を備える蓄電システムに接続される管理装置であって、
   前記管理装置は、
   前記複数の蓄電ブロックの各単体のＳＯＰ（State Of Power）に基づいて前記複数の蓄電ブロック全体のＳＯＰを算出し、算出した全体のＳＯＰを前記電力変換部の充電および放電の少なくとも一方の電力または電流の上限値に設定し、
   前記複数のスイッチの少なくとも１つがターンオフして前記複数の蓄電ブロックの少なくとも１つを解列するとき、残りの蓄電ブロック全体のＳＯＰを前記残りの蓄電ブロックの各単体の電流バラツキに基づいて算出し、前記電力変換部に流す電力または電流の上限値を設定することを特徴とする管理装置。

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