JP7033734B2 - 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。

蓄電システムの充放電中に、解列していた蓄電ラックを復帰させる際の蓄電ラック間の電流ばらつきを抑制するために、各蓄電ラックの内部抵抗を推定して、復帰後の電流平均値を一定にするように制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／１２８９４１号

上述の制御の精度は内部抵抗の推定精度に依存しており、内部抵抗の推定精度を高めると計算コストやメモリコストが大きくなる。また解列していた蓄電ラックの復帰直後は電流が揃っていたとしても、その後に電流ばらつきが発生した場合、充放電電力が急変し、一部の蓄電ラックに過大電流が流れる可能性がある。

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、複数の蓄電ブロックが並列接続された蓄電システムの運転中に、一部の蓄電ブロックに過大電流が流れることを抑制する技術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つが解列した状態から、当該少なくとも１つのスイッチがターンオンして当該少なくとも１つの蓄電ブロックが並列接続に復帰するとき、当該蓄電ブロックの復帰後の蓄電ブロック全体のＳＯＰを前記復帰後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、複数の蓄電ブロックが並列接続された蓄電システムの運転中に、一部の蓄電ブロックに過大電流が流れることを抑制することができる。

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、解列された蓄電ラックが復帰する際の動作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を説明するための回路図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電システムの動作例を説明するためのタイミングチャートである。

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スイッチ部４０ａ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スイッチ部４０ａ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スイッチ部４０ａは第１メインリレーＳ１、第１プリチャージリレーＳｐ１及び第１プリチャージ抵抗Ｒｐ１を含む。第１プリチャージリレーＳｐ１と第１プリチャージ抵抗Ｒｐ１は直列接続されてプリチャージ回路を構成し、当該プリチャージ回路と第１メインリレーＳ１が並列接続されて並列回路を構成する。

先に第１プリチャージリレーＳｐ１をターンオンすることにより負荷側の容量成分に第１プリチャージ抵抗Ｒｐ１で制限された電流でプリチャージし、後に第１メインリレーＳ１をターンオンすることにより負荷への突入電流を抑制することができる。第１メインリレーＳ１のターンオン後は第１プリチャージリレーＳｐ１をターンオフして、第１プリチャージ抵抗Ｒｐ１の消費電力を解消する。

本明細書では、第１メインリレーＳ１及び第１プリチャージリレーＳｐ１に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。なお第１メインリレーＳ１及び第１プリチャージリレーＳｐ１の少なくとも一方に半導体スイッチを使用してもよい。

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、特定の蓄電ラックの放電電力がラックＳＯＰｄを超えた場合、あるいは新たに算出されたシステムＳＯＰに電力変換装置６０が対応できない状態になると、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、直ぐにスイッチ部４０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スイッチ部４０をターンオフする必要があり、電流が流れた状態でスイッチ部４０をターンオフすると、スイッチ部４０を構成する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スイッチ部４０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スイッチ部４０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スイッチ部４０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。その場合はスイッチ部４０に含まれる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スイッチ部４０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。

以下、蓄電システム１の充放電中に、解列された蓄電ラックを蓄電システム１に復帰させる場合を考える。解列状態にある接続予定の蓄電ラックを蓄電システム１を再接続する際、接続予定の蓄電ラックの残量が、充放電中の接続済みの蓄電ラックの平均残量に近いことが求められる。両者の間の残量差が大きい場合、両者の間に大きな電流が流れてしまう。

図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の、解列された蓄電ラックが復帰する際の動作を示すフローチャートである。マスタ管理装置５０ｍは、解列状態にある接続予定の蓄電ラックのラック管理部５０から接続要求信号を受信すると、当該蓄電ラックのラック管理部５０から当該蓄電ラックのＳＯＣを取得し、接続済みの蓄電ラックの各管理部５０から各蓄電ラックのＳＯＣを取得する。マスタ管理装置５０ｍは、接続済みの各蓄電ラックの平均ＳＯＣと、接続予定の蓄電ラックのＳＯＣとの差分を算出する（Ｓ１０）。なお、接続済みの蓄電ラック数が多い場合、ＳＯＣの平均値の代わりにＳＯＣの中央値を用いてもよい。

マスタ管理装置５０ｍは、算出したＳＯＣ差と第１閾値とを比較する（Ｓ１１）。なお第１閾値はＳＯＣでみた、解列状態にある蓄電ラックの復帰を許容できる状態にあることを判定するための閾値であり、実験やシミュレーションにより予め導出した値が使用される。ＳＯＣ差が第１閾値より小さい場合（Ｓ１１のＹ）、マスタ管理装置５０ｍは、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（Ｓ１２）。当該抑制電力値は、上述した解列時に使用した抑制電力値と同じ値を使用してもよいし、復帰時と解列時とで異なる値を使用してもよい。

マスタ管理装置５０ｍは、接続予定の蓄電ラックのラック管理部５０から当該蓄電ラックの計測電圧を取得し、接続済みの蓄電ラックの各管理部５０から各蓄電ラックの計測電圧を取得する。接続予定の蓄電ラックの計測電圧はＯＣＶである。上記抑制電力値がゼロの場合、接続済みの蓄電ラックの計測電圧もＯＣＶになる。なお上記抑制電力値がゼロでない場合、ゼロに近い値である程、ＩＲ成分がゼロに近づくため、接続済みの蓄電ラックの計測電圧はＯＣＶに近い値になる。マスタ管理装置５０ｍは、接続済みの各蓄電ラックの平均計測電圧と、接続予定の蓄電ラックの計測電圧との差分を算出する（Ｓ１３）。なお、接続済みの蓄電ラック数が多い場合、計測電圧の平均値の代わりに計測電圧の中央値を用いてもよい。また、接続済みの蓄電ラックの各単体の計測電圧は理想的には同一であるので、接続済みの蓄電ラックのいずれか１つの計測電圧を用いてもよい。

マスタ管理装置５０ｍは、算出した電圧差と第２閾値とを比較する（Ｓ１４）。なお第２閾値はＯＣＶでみた、解列状態にある蓄電ラックの復帰を許容できる状態にあることを判定するための閾値であり、実験やシミュレーションにより予め導出した値が使用される。計測電圧差が第２閾値以上の場合（Ｓ１４のＮ）、マスタ管理装置５０ｍは、第１閾値をより厳格な値に更新する（Ｓ１５）。ＳＯＣ差が第１閾値未満の場合、本来、計測電圧差も第２閾値未満になるはずであるが、ＳＯＣ推定に誤差がある場合、計測電圧差が第２閾値以上になる場合がある。その場合、ＳＯＣ差と第１閾値との差分以上の値を、第１閾値に加算することにより、ＳＯＣ推定誤差を補償した値に第１閾値を更新する。

計測電圧差が第２閾値未満の場合（Ｓ１４のＹ）、マスタ管理装置５０ｍは、接続済みの各蓄電ラックの平均計測電圧と、接続予定の蓄電ラックの計測電圧との差分をもとに、接続予定の蓄電ラックに接続されたプリチャージリレーＳｐに流れる電流の想定値を算出する（Ｓ１６）。マスタ管理装置５０ｍは、接続予定の蓄電ラックのラック管理部５０に接続指示信号を送信する。ラック管理部５０は当該接続指示信号を受信すると、自己の蓄電ラックのプリチャージリレーＳｐをターンオンする（Ｓ１７）。

マスタ管理装置５０ｍは、接続予定の蓄電ラックのラック管理部５０からプリチャージリレーＳｐに流れる電流の計測値を取得し、プリチャージ電流の計測値と上記想定値を比較する（Ｓ１８）。プリチャージ電流の計測値が想定値より大きい場合（Ｓ１８のＮ）、マスタ管理装置５０ｍは、新たに接続された蓄電ラックのラック管理部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プリチャージリレーＳｐをターンオフする（Ｓ１９）。

またマスタ管理装置５０ｍは上記解列指示信号を送信するとともに、第１閾値をより厳格な値に更新する（Ｓ１５）。ＳＯＣ差が第１閾値未満であり、計測電圧差も第２閾値未満である場合、本来、プリチャージ電流の計測値が想定値以下になるはずであるが、ＳＯＣ推定および電圧計測に誤差がある場合、プリチャージ電流の計測値が想定値より大きくなる場合がある。その場合、計測電圧差に対応するＳＯＣ差と、第１閾値との差分以上の値を、第１閾値に加算することにより、ＳＯＣ推定および電圧計測誤差を補償した値に第１閾値を更新する。

上記ステップＳ１８において、プリチャージ電流の計測値が想定値以下の場合（Ｓ１８のＹ）、自己の蓄電ラックのメインリレーをターンオンし（Ｓ２０）、その後にプリチャージリレーＳｐをターンオフする（Ｓ２１）。マスタ管理装置５０ｍは、新たに接続された蓄電ラックを含む蓄電システム１のシステムＳＯＰを算出する。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に設定してシステムＳＯＰを更新する（Ｓ２２）。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（Ｓ２３）。

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。また解列状態にある蓄電ラックを接続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、当該蓄電ラックを接続した瞬間に、電力変換装置６０の充放電電力が新たな３並列のシステムＳＯＰを超えてしまうリスクがある。

以下、具体的な動作例を挙げて説明する。当該動作例では単純化のため、２つの蓄電ラック１０、２０が並列接続された蓄電システム１とする。

図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の動作例を説明するための回路図である。図４は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。図３に示すように第１蓄電ラック１０が接続状態および第２蓄電ラック２０が解列状態から、第２蓄電ラック２０を電力線７０に接続して蓄電システム１に復帰させる場面を考える。

図４の時刻ｔ１において、マスタ管理装置５０ｍは第２蓄電ラック２０の接続判定処理を行う。図４では、第２蓄電ラック２０が接続可能と判定され、電力変換装置６０の充放電電力が抑制される。これに伴い、第１蓄電ラック１０の充放電電力が低下する。時刻ｔ２において、第２ラック管理部５０ｂは第２プリチャージリレーＳｐ２をターンオンし、第２蓄電ラック２０を蓄電システム１に接続する。第１蓄電ラック１０と第２蓄電ラック２０間に電流偏差がない理想的な状態であれば、蓄電システム１のシステムＳＯＰは、第１蓄電ラック１０のＳＯＰと第２蓄電ラック２０のＳＯＰの合計になる。

マスタ管理装置５０ｍは、第２蓄電ラック２０が接続された後、電力変換装置６０の充放電電力の抑制中に、第１蓄電ラック１０と第２蓄電ラック２０との電流偏差を計測して蓄電システム１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、システムＳＯＰを更新して電力変換装置６０に設定し、電力変換装置６０の充放電電力の抑制を解除する。

以上説明したように本実施の形態によれば、電力変換装置６０の充放電電力を抑制させた状態で、接続予定の蓄電ラックと、接続状態の蓄電ラックとの電流偏差を測定し、当該電流偏差に基づきシステムＳＯＰを更新し、上記充放電電力の抑制を解除する。その際、システムＳＯＰを蓄電ラックの接続数だけでなく、電流偏差による低下分も加味して算出する。これにより、並列接続された複数の蓄電ラックの充放電中に、一部の蓄電ラックに過大電流が流れることを未然に防止することができる。接続後に電流偏差が発生した場合でも、各蓄電ラックが各蓄電ラック単体のＳＯＰを超えることなく、充放電を継続することができる。またシステムＳＯＰの算出において、各蓄電ラックの内部抵抗を推定する必要がないため、計算コスト及びメモリコストを小さくすることができる。

また、電力変換装置６０の充放電電力が低下することにより、計測電圧がＯＣＶに近似することになり、蓄電ラックの残量推定の精度が向上する。また電磁リレーの寿命を延ばすことにもつながる。また電磁リレーの動作履歴などをもとに、抑制電力値を適応的に決定することにより、電磁リレーの寿命を延ばすことができる。

またプリチャージリレーを設け、想定値を超えるプリチャージ電流が流れた場合にプリチャージリレーをターンオフすることにより、過大電流の発生を防止することができる。また接続シーケンス直前に、他の蓄電ラックが解列して電力線７０（例えば、バスバー）の電圧がゼロになっても、突入電流を発生させることなく、解列状態の蓄電ラックを接続することができる。ソフトウェアによる接続判断完了後に、他の蓄電ラックが異常解列した場合でも、接続予定の蓄電ラックに突入電流が流れ込むことなく、蓄電システム１は安全に充放電を継続することができる。

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。

上記図２では、ステップＳ１０、Ｓ１１で接続予定の蓄電ラックと接続済みの蓄電ラック間のＳＯＣ差を判定し、ステップＳ１３、Ｓ１４で両者の計測電圧差を判定した。この点、ステップＳ１０、Ｓ１１でも両者の計測電圧差を判定し、ステップＳ１３、Ｓ１４でも両者の計測電圧差を判定してもよい。ステップＳ１０、Ｓ１１と、ステップＳ１３、Ｓ１４とで接続済みの蓄電ラックに流れる電流が異なるため、この場合もダブルチェックの意義が存在する。

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（４０ａ－４０ｃ）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、
前記複数のスイッチ（４０ａ－４０ｃ）の少なくとも１つ（４０ａ）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（１０）が解列した状態から、当該少なくとも１つのスイッチ（４０ａ）がターンオンして当該少なくとも１つの蓄電ブロック（１０）が並列接続に復帰するとき、当該蓄電ブロック（１０）の復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）全体のＳＯＰを前記復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）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）が解列または解列から復帰しても、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、前記復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）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、前記復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）の各単体のＳＯＰの内の最小値に掛けて、前記復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）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、復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）の各単体の電流バラツキを反映させた、復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）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（１０）が解列した状態から、当該少なくとも１つの蓄電ブロック（１０）を前記蓄電ブロック（２０、３０）の並列接続に復帰させる前に、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つのスイッチ（４０ａ）をターンオンさせ、前記上限値が所定の電力値または電流値に低下された状態で、前記復帰後の複数の蓄電ブロック（１０－３０）全体のＳＯＰを算出す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、過大電流の発生を抑制するとともに、スイッチ（４０ａ）にかかるストレスを軽減し、スイッチ（４０ａ）の寿命を延ばすことができる。
［項目４］
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（１０）が解列した状態において、当該少なくとも１つの蓄電ブロック（１０）のＳＯＣ（State Of Charge)の値と、残りの蓄電ブロック（２０、３０）のＳＯＣの平均値または中央値との差が、所定の第１閾値を超える場合、前記少なくとも１つのスイッチ（４０ａ）をターンオンしないことを特徴とする項目１から３のいずれかに記載の蓄電システム（１）。
これによれば、少なくとも１つのスイッチ（４０ａ）のターンオンにより、過大電流が発生することを防止することができる。
［項目５］
前記管理部（５０ｍ）は、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の、前記少なくとも１つの蓄電ブロック（１０）の計測電圧と、残りの蓄電ブロック（２０、３０）の計測電圧の平均値または中央値との差、あるいは残りの蓄電ブロックのいずれか１つの計測電圧との差が、所定の第２閾値を超える場合、前記少なくとも１つのスイッチ（４０ａ）のターンオンを中止す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。
これによれば、電力変換装置（６０）の上限値を低下させた状態で計測された電圧差をもとに、接続予定の蓄電ブロック（１０）を接続するか否か判定することにより、その判定精度を向上させることができる。
［項目６］
前記スイッチ（４０ａ）は、
メインスイッチ（Ｓ１）と、
前記メインスイッチ（Ｓ１）と並列接続された、プリチャージ用のスイッチ（Ｓｐ１）と抵抗（Ｒｐ１）が直列接続されたプリチャージ回路と、を含み、
前記管理部（５０ｍ）は、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、前記メインスイッチ（Ｓ１）をターンオンさせる前に、前記プリチャージ用のスイッチ（Ｓｐ１）をターンオンさせることを特徴とする項目１から５のいずれかに記載の蓄電システム（１）。
これによれば、突入電流の発生を防止することができる。
［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（４０ａ－４０ｃ）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（４０ａ－４０ｃ）の少なくとも１つ（４０ａ）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（１０）が解列した状態から、当該少なくとも１つのスイッチ（４０ａ）がターンオンして当該少なくとも１つの蓄電ブロック（１０）が並列接続に復帰するとき、当該蓄電ブロック（１０）の復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）全体のＳＯＰを前記復帰後の蓄電ブロック（１０－３０）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）が解列または解列から復帰しても、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メインリレー、 Ｓｐ１ 第１プリチャージリレー、 Ｒｐ１ 第１プリチャージ抵抗、 ２ 電力系統、 Ｓ２ 第２メインリレー、 Ｓｐ２ 第２プリチャージリレー、 Ｒｐ２ 第２プリチャージ抵抗、 ３ 負荷、 Ｓ３ 第３メインリレー、 Ｓｐ３ 第３プリチャージリレー、 Ｒｐ３ 第３プリチャージ抵抗、 １０ 第１蓄電ラック、 ２０ 第２蓄電ラック、 ３０ 第３蓄電ラック、 ４０ａ 第１スイッチ部、 ４０ｂ 第２スイッチ部、 ４０ｃ 第３スイッチ部、 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つが解列した状態から、当該少なくとも１つのスイッチがターンオンして当該少なくとも１つの蓄電ブロックが並列接続に復帰するとき、当該蓄電ブロックの復帰後の蓄電ブロック全体のＳＯＰを前記復帰後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、前記復帰後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、前記復帰後の蓄電ブロックの各単体のＳＯＰの内の最小値に掛けて、前記復帰後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つが解列した状態から、当該少なくとも１つの蓄電ブロックを前記蓄電ブロックの並列接続に復帰させる前に、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つのスイッチをターンオンさせ、前記上限値が所定の電力値または電流値に低下された状態で、前記復帰後の複数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または２に記載の蓄電システム。
4. 前記管理部は、前記複数の蓄電ブロックの少なくとも１つが解列した状態において、当該少なくとも１つの蓄電ブロックのＳＯＣ（State Of Charge)の値と、残りの蓄電ブロックのＳＯＣの平均値または中央値との差が、所定の第１閾値を超える場合、前記少なくとも１つのスイッチをターンオンしないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電システム。
5. 前記管理部は、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の、前記少なくとも１つの蓄電ブロックの計測電圧と、残りの蓄電ブロックの計測電圧の平均値または中央値との差、あるいは残りの蓄電ブロックのいずれか１つの計測電圧との差が、所定の第２閾値を超える場合、前記少なくとも１つのスイッチのターンオンを中止す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. 前記スイッチは、
   メインスイッチと、
   前記メインスイッチと並列接続された、プリチャージ用のスイッチと抵抗が直列接続されたプリチャージ回路と、を含み、
   前記管理部は、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、前記メインスイッチをターンオンさせる前に、前記プリチャージ用のスイッチをターンオンさせることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蓄電システム。
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つが解列した状態から、当該少なくとも１つのスイッチがオーンオンして当該少なくとも１つの蓄電ブロックが並列接続に復帰するとき、当該蓄電ブロックの復帰後の蓄電ブロック全体のＳＯＰを前記復帰後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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