JP7458408B2 - 蓄電システム及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蓄電システム及び制御方法に関する。

従来、第１電池特性を有し、負荷に対して充放電可能な第１蓄電装置と、第１電池特性とは異なる第２電池特性を有し、負荷に対して充放電可能第２蓄電装置とを備えた蓄電システムにおいて、取得した第２蓄電装置の充電率に基づいて第１蓄電装置の電力分担率を算出して電力指令値を生成することが提案されている。（例えば特許文献１参照）。

上述したように、上記従来の蓄電システムにおいては、第１蓄電装置の電力分担率を第２蓄電装置の充電率から決定するため、例えば負荷が電力を消費する放電動作では第２蓄電装置の充電率が低下すると第１蓄電装置の放電電力を増加し、第２蓄電装置の放電電力を低減することで運転を継続する。

特開２０１７－０４６４４０号公報

したがって、第２蓄電装置の放電が出来ない状況に至ると、第１蓄電装置が負荷に対して全電力を供給することとなるため、第１蓄電装置は、単独で負荷に電力を供給可能な充放電入出力定格を備える必要があり、第１蓄電装置の設備が大型化することとなっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、第１蓄電装置の充放電を第２蓄電装置の充放電により補助する蓄電システムにおいて、第２蓄電装置の補助動作を常時確保して、蓄電システムの大型化を抑制しつつ、第２蓄電装置の定格充放電電力も抑制することが可能な蓄電システム及び制御方法を提供することを目的としている。

実施形態の蓄電システムは、電力線を介して、電力供給先の一又は複数の装置に対して放電を行い、あるいは、前記電力線を介して電力供給元の一又は複数の装置から供給された電力の充電を行う第１蓄電装置と、前記電力線を介して前記第１蓄電装置と接続され、前記第１蓄電装置に対する充放電を行う第２蓄電装置と、を備え、充放電指令値に基づいて前記第１蓄電装置及び前記第２蓄電装置の充放電制御を行う蓄電システムであって、前記第１蓄電装置は、当該第１蓄電装置の充電率に対応する充電率信号を出力し、前記第２蓄電装置の前記第１蓄電装置に対する充放電電力が所定のリミット範囲内となるように制限しつつ、前記充電率信号に基づいて前記第１蓄電装置の蓄電率が、前記第１蓄電装置による前記充放電指令値に基づく充放電を継続しつつ所定の蓄電率範囲を維持するように前記第２蓄電装置の前記第１蓄電装置に対する充放電電力を制御するとともに、前記充放電指令値に対応する充放電電力に基づいて前記第１蓄電装置の充放電電力を制御する。

図１は、第１実施形態の蓄電システムの概要構成ブロック図である。 図２は、第１実施形態の蓄電システムの処理フローチャートである。 図３は、大容量蓄電池システムの放電容量、高出力蓄電池システムの放電容量及び需要電力量の関係の説明図である。 図４は、第２実施形態の蓄電システムの概要構成ブロック図である。

次に好適な実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の蓄電システムの概要構成ブロック図である。
蓄電システム１０は、第１時間の期間充放電が可能な第１蓄電装置１１と、第１蓄電装置とは、充放電特性が異なり、第１時間よりも長い第２時間の期間、充放電が可能な第２蓄電装置１２と、電力線１３を介して商用電力を供給する商用電源１４と、太陽光の光電変換を行い発電する太陽光発電装置１５と、電力が供給される負荷１６と、蓄電システム全体を制御するとともに、充電率信号ＳＣＨに基づいて第１充放電制御信号ＳＣ１及び第２充放電制御信号ＳＣ２を出力し、第１蓄電装置１１及び第２蓄電装置１２の充放電制御を行う制御システム１８と、充放電指令信号ＳＣＳを出力し、制御システム１８を制御する上位制御システム１９と、を備えている。
上記構成において、第１蓄電装置１１は、第２蓄電装置１２と、電力線１３を介して接続されている。

このとき、電力線１３は、商用電源１４、太陽光発電装置１５及び負荷１６とも接続されている。これにより、第１蓄電装置１１は、太陽光発電装置１５が供給する再生可能エネルギーとしての発電電力変動及び負荷１６の需要電力変動を吸収するために、余剰電力を充電したり、不足電力を放電したりするようにされている。

一方、本第１実施形態において、第２蓄電装置１２は、太陽光発電装置１５及び負荷１６との間で直接的に充放電を行うことは無く、第１蓄電装置１１の蓄電残量（エネルギー残量）を調整することを目的としている。
このため、制御システム１８は、第２蓄電装置１２を上記目的のために第２充放電制御信号ＳＣ２により制御している。

図２は、制御システムの概要構成ブロック図である。
制御システム１８は、大別すると、ゲイン回路２１、積算回路２２、リミット回路２３、加算回路２４を備えている。
ゲイン回路２１は、第１蓄電装置１１に予め設定された所定充電率（例えば、５０％）に応じて調整ゲイン値ＡＧを出力する。

すなわち、ゲイン回路２１は、第１蓄電装置１１から入力された充電率信号ＳＣＨに基づいて、第１蓄電装置１１の充電率が所定充電率となるように制御を行うべく、調整ゲイン値ＡＧを出力する。

上述の例の場合、第１蓄電装置１１の充電率が５０％を超えたら第２蓄電装置１２を充電し、第１蓄電装置１１の充電率が５０％を下回ったら、第１蓄電装置１１を充電するように第２蓄電装置１２を放電するように調整ゲイン値ＡＧを設定して、第１蓄電装置１１の所定充電率である５０％を維持するよう運転を行う。

このため、ゲイン回路２１は、目的とする所定充電率（上述の例では５０％）と充電率信号ＳＣＨに対応する第１蓄電装置１１の充電率と、の差から調整ゲイン値ＡＧを設定して出力する。
積算回路２２は、調整ゲイン値ＡＧと充放電指令信号ＳＣＳとを乗じて充放電指令信号ＳＣＳの調整量に相当する調整量信号ＡＡを生成して出力する。

リミット回路２３は、調整量信号ＡＡによる調整量の絶対値が大きくなりすぎないように、調整量信号ＡＡを制限して第２充放電制御信号ＳＣ２として第２蓄電装置１２に対して出力する回路である。すなわち、調整量信号による調整量を所定の最大値から最小値の範囲内の値とするようにする回路である。
加算回路２４は、第２充放電制御信号ＳＣ２を充放電指令信号ＳＣＳから減じて第１充放電制御信号ＳＣ１として第１蓄電装置１１に対して出力する。

次に第１実施形態の動作を説明する。
第１蓄電装置１１から充電率信号ＳＣＨが入力されると、制御システム１８のゲイン回路２１は、充電率信号ＳＣＨに基づいて、第１蓄電装置１１の充電率が所定充電率となるように制御を行うべく、調整ゲイン値ＡＧを積算回路２２に出力する。
この場合において、例えば所定充電率が５０％である場合に、充電率信号ＳＣＨが充電率５０％である場合には、調整ゲイン値ＡＧ＝０（すなわち、充放電を行わない）とする。

また、充電率信号ＳＣＨが充電率５０％を超えている場合には、超えている充電電力、例えば、充電率信号ＳＣＨが、充電率５２％に相当する場合には、第１蓄電装置１１の蓄電電力のうち、所定充電率５０％を超えている２％分を第２蓄電装置１２の充電電力(蓄電電力)となるように調整ゲイン値ＡＧを設定して積算回路２２に出力する。

一方、充電率信号ＳＣＨが充電率５０％未満である場合には、不足している充電電力、例えば、充電率信号ＳＣＨが、充電率４７％に相当する場合には、第１蓄電装置１１の蓄電電力のうち、所定充電率５０％を下回っている３％分を第２蓄電装置１２の放電電力となるように調整ゲイン値ＡＧを設定して積算回路２２に出力する。

続いて、積算回路２２は、調整ゲイン値ＡＧと充放電指令信号ＳＣＳとを乗じて充放電指令信号ＳＣＳの調整量に相当する調整量信号ＡＡを生成してリミット回路２３に出力する。

リミット回路２３は、調整量信号ＡＡによる調整量の絶対値が大きくなりすぎないように、すなわち、第２蓄電装置１２の放電電力あるいは充電電力が当該第２蓄電装置の充放電定格に対して所定の範囲内となるように調整量信号ＡＡを制限し、第２充放電制御信号ＳＣ２として第２蓄電装置１２及び加算回路２４に対して出力する。

この結果、第２蓄電装置１２の定格充放電容量を最低限必要なものとでき、充放電入出力定格を小さくすることができるのである。
そして、加算回路２４は、第２充放電制御信号ＳＣ２を充放電指令信号ＳＣＳから減じて第１充放電制御信号ＳＣ１として第１蓄電装置１１に対して出力する。

そして、第１蓄電装置１１は、第１充放電制御信号ＳＣ１に基づいて、充電あるいは放電を行い、第２蓄電装置１２は、第２充放電制御信号ＳＣ２に基づいて、第１蓄電装置１１を充放電対象として、充電あるいは放電を行う。

これらの結果、本第１実施形態によれば、第１蓄電装置１１の蓄電率が所定の蓄電率（範囲）となるように、第２蓄電装置の充放電電力を制御するとともに、充放電指令信号ＳＣＳに相当する充放電指令値に対応する充放電電力及び第２蓄電装置の充放電電力に基づいて第１蓄電装置１１の充放電電力を制御することにより、第１蓄電装置１１の充電率を所定充電率近傍に維持しつつ、第２蓄電装置１２の充放電電力をリミット回路２３により規定されるリミット範囲内に制限できるので、第２蓄電装置１２の充放電入出力定格を小さくすることができる。

［２］第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。
図３は、第２実施形態の制御システムの概要構成ブロック図である。
本第２実施形態の制御システム１８Ａが、第１実施形態の制御システム１８と異なる点は、ゲイン回路２１に代えて、所定充電率近傍の所定充電率範囲においては、第２蓄電装置１２の充放電を行わないように制御するゲイン回路３１を備えた点である。

ゲイン回路３１は、例えば、第１蓄電装置１１の所定充電率を５０％とした場合に、第１蓄電装置１１の充電率が５５％を超えたら第２蓄電装置１２を充電し、第１蓄電装置１１の充電率が４５％を下回ったら、第１蓄電装置１１を充電するように第２蓄電装置１２を放電するように調整ゲイン値ＡＧ１を設定して、第１蓄電装置１１の所定充電率である５０％近傍の値を維持するよう運転を行う。

次に第２実施形態の動作を説明する。
第１蓄電装置１１から充電率信号ＳＣＨが入力されると、制御システム１８のゲイン回路３１は、充電率信号ＳＣＨに基づいて、第１蓄電装置１１の充電率が所定充電率となるように制御を行うべく、調整ゲイン値ＡＧを積算回路２２に出力する。

この場合において、例えば所定充電率が５０％である場合に、充電率信号ＳＣＨが充電率４５～５５％の範囲内に位置する場合には、調整ゲイン値ＡＧ１＝０（すなわち、充放電を行わない）とする。

また、充電率信号ＳＣＨが充電率５５％を超えている場合には、超えている充電電力、例えば、充電率信号ＳＣＨが、充電率５８％に相当する場合には、第１蓄電装置１１の蓄電電力のうち、所定充電率５５％を超えている３％分を第２蓄電装置１２の充電電力(蓄電電力)となるように調整ゲイン値ＡＧを設定して積算回路２２に出力する。

一方、充電率信号ＳＣＨが充電率４５％未満である場合には、不足している充電電力、例えば、充電率信号ＳＣＨが、充電率４１％に相当する場合には、第１蓄電装置１１の蓄電電力のうち、所定充電率４５％を下回っている４％分を第２蓄電装置１２の放電電力となるように調整ゲイン値ＡＧ１設定して積算回路２２に出力する。

続いて、積算回路２２は、調整ゲイン値ＡＧ１と充放電指令信号ＳＣＳとを乗じて充放電指令信号ＳＣＳの調整量に相当する調整量信号ＡＡを生成してリミット回路２３に出力する。

リミット回路２３は、調整量信号ＡＡ１による調整量の絶対値が大きくなりすぎないように、すなわち、第２蓄電装置１２の放電電力あるいは充電電力が当該第２蓄電装置１２の充放電定格に対して所定の範囲内となるように調整量信号ＡＡ１を制限し、第２充放電制御信号ＳＣ２として第２蓄電装置１２及び加算回路２４に対して出力する。

この結果、本第２実施形態によれば、第１実施形態の場合よりも、充放電が必要とされる条件を緩和でき、第２蓄電装置１２の定格充放電容量を最低限必要なものとでき、充放電入出力定格をより小さくすることができるのである。
そして、加算回路２４は、第２充放電制御信号ＳＣ２を充放電指令信号ＳＣＳから減じて第１充放電制御信号ＳＣ１として第１蓄電装置１１に対して出力する。

そして、第１蓄電装置１１は、第１充放電制御信号ＳＣ１に基づいて、充電あるいは放電を行い、第２蓄電装置１２は、第２充放電制御信号ＳＣ２に基づいて、第１蓄電装置１１を充放電対象として、充電あるいは放電を行う。

これらの結果、本第２実施形態によれば、第１蓄電装置１１の充電率を所定充電率を所定充電率範囲近傍に維持しつつ、第２蓄電装置１２の充放電電力をリミット回路２３により規定されるリミット範囲内に制限できるので、第２蓄電装置１２の充放電入出力定格をより小さくすることができる。

さらに第１蓄電装置１１の充電率が所定充電範囲内にある場合には、第２蓄電装置１２の動作を実効的に停止することができ、より低消費電力化を図ることができる。

［３］第３実施形態
次に第３実施形態について説明する。
図４は、第３実施形態の制御システムの概要構成ブロック図である。
本第３実施形態の制御システム１８Ｂが、第２実施形態の制御システム１８Ａと異なる点は、加算回路２４の後段に、第２実施形態の第１充放電制御信号ＳＣ１と同一の第１充放電制御信号ＳＣ０１が入力され、第１充放電制御信号ＳＣ０１に相当する充放電電力の絶対値が大きくなりすぎないように、第１充放電制御信号ＳＣ０を制限して第１充放電制御信号ＳＣ１として第１蓄電装置１１に対して出力する第２リミット回路３２を備えた点と、第１充放電制御信号ＳＣ１と第１充放電制御信号ＳＣ０との差を演算して、差分信号ＳＣＤを出力する第２加算回路３３を備えた点と、リミット回路２３が出力した第２実施形態の第２充放電制御信号ＳＣ２と同一の第２充放電制御信号ＳＣ０２が入力され、第２充放電制御信号ＳＣ０２と差分信号ＳＣＤとの差を演算して、第２充放電制御信号ＳＣ２として第２蓄電装置１２に出力する第３加算回路３４を備えた点と、である。

次に第３実施形態の動作を説明する。
第１蓄電装置１１から充電率信号ＳＣＨが入力されると、制御システム１８のゲイン回路３１は、充電率信号ＳＣＨに基づいて、第１蓄電装置１１の充電率が所定充電率となるように制御を行うべく、調整ゲイン値ＡＧを積算回路２２に出力する。

この場合において、例えば所定充電率が５０％である場合に、充電率信号ＳＣＨが充電率４５～５５％の範囲内に位置する場合には、調整ゲイン値ＡＧ１＝０（すなわち、充放電を行わない）とする。

また、充電率信号ＳＣＨが充電率５５％を超えている場合には、超えている充電電力、例えば、充電率信号ＳＣＨが、充電率５８％に相当する場合には、第１蓄電装置１１の蓄電電力のうち、所定充電率５５％を超えている３％分を第２蓄電装置１２の充電電力(蓄電電力)となるように調整ゲイン値ＡＧを設定して積算回路２２に出力する。

一方、充電率信号ＳＣＨが充電率４５％未満である場合には、不足している充電電力、例えば、充電率信号ＳＣＨが、充電率４１％に相当する場合には、第１蓄電装置１１の蓄電電力のうち、所定充電率４５％を下回っている４％分を第２蓄電装置１２の放電電力となるように調整ゲイン値ＡＧ１設定して積算回路２２に出力する。

続いて、積算回路２２は、調整ゲイン値ＡＧ１と充放電指令信号ＳＣＳとを乗じて充放電指令信号ＳＣＳの調整量に相当する調整量信号ＡＡを生成してリミット回路２３に出力する。

リミット回路２３は、調整量信号ＡＡ１による調整量の絶対値が大きくなりすぎないように、すなわち、第２蓄電装置１２の放電電力あるいは充電電力が当該第２蓄電装置１２の充放電定格に対して所定の範囲内となるように調整量信号ＡＡ１を制限し、第２充放電制御信号ＳＣ２として第２蓄電装置１２及び加算回路２４に対して出力する。

この結果、本第３実施形態によっても、第２実施形態の場合と同様に、第２蓄電装置１２による充放電が必要とされる条件を緩和でき、第２蓄電装置１２の定格充放電容量を最低限必要なものとでき、充放電入出力定格をより小さくすることができるのである。
そして、加算回路２４は、第２充放電制御信号ＳＣ２を充放電指令信号ＳＣＳから減じて第１充放電制御信号ＳＣ０１として第２リミット回路３２及び第２加算回路３３に対して出力する。

第２リミット回路３２は、第１充放電制御信号ＳＣ０１による調整量の絶対値が大きくなりすぎないように、すなわち、第１蓄電装置１１の放電電力あるいは充電電力が当該第１蓄電装置１１の充放電定格に対して所定の範囲内となるように第１充放電制御信号ＳＣ０１を制限し、第１充放電制御信号ＳＣ１として第１蓄電装置１１に対して出力する。

一方、第２加算回路３３は、第１充放電制御信号ＳＣ１と第１充放電制御信号ＳＣ０との差を演算して、差分信号ＳＣＤを第３加算回路３４に出力する。

これらの結果、第３加算回路３４は、実施形態の第２充放電制御信号ＳＣ２と同一の第２充放電制御信号ＳＣ０２が入力され、第２充放電制御信号ＳＣ０２と差分信号ＳＣＤとの差を演算して、第２充放電制御信号ＳＣ２として第２蓄電装置１２に出力する。
そして、第１蓄電装置１１は、第１充放電制御信号ＳＣ１に基づいて、充電あるいは放電を行い、第２蓄電装置１２は、第２充放電制御信号ＳＣ２に基づいて、第１蓄電装置１１を充放電対象として、充電あるいは放電を行う。

これらの結果、本第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、第１蓄電装置１１の充電率を所定充電率範囲近傍に維持しつつ、第２蓄電装置１２の充放電電力をリミット回路２３により規定されるリミット範囲内に制限する。

さらに上位制御システム１９による充放電指令信号ＳＣＳに対応する充放電電力に余裕がある場合には、第２蓄電装置１２により、第１蓄電装置１１の充放電電力を当該第１蓄電装置１１の最大充放電電力に制御できるので、第１蓄電装置１１に対する負荷を最適な範囲に収めることができるとともに、充電率をより最適な状態に維持することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１０ 蓄電システム
１１ 第１蓄電装置
１２ 第２蓄電装置
１３ 電力線
１４ 商用電源
１５ 太陽光発電装置
１６ 負荷
１８、１８Ａ、１８Ｂ 制御システム
１９ 上位制御システム
２１ ゲイン回路
２２ 積算回路
２３ リミット回路
２４ 加算回路
３１ ゲイン回路
３２ 第２リミット回路
３３ 第２加算回路
３４ 第３加算回路
ＳＣ０１ 第１充放電制御信号
ＳＣ０２ 第２充放電制御信号
ＡＡ、ＡＡ１ 調整量信号
ＡＧ、ＡＧ１ 調整ゲイン値
ＳＣ０ 第１充放電制御信号
ＳＣ１ 第１充放電制御信号
ＳＣ２ 第２充放電制御信号
ＳＣＤ 差分信号
ＳＣＨ 充電率信号
ＳＣＳ 充放電指令信号

Claims (5)

1. 電力線を介して、電力供給先の一又は複数の装置に対して放電を行い、あるいは、前記電力線を介して電力供給元の一又は複数の装置から供給された電力の充電を行う第１蓄電装置と、前記電力線を介して前記第１蓄電装置と接続され、前記第１蓄電装置に対する充放電を行う第２蓄電装置と、を備え、充放電指令値に基づいて前記第１蓄電装置及び前記第２蓄電装置の充放電制御を行う蓄電システムであって、
   前記第１蓄電装置は、当該第１蓄電装置の充電率に対応する充電率信号を出力し、
   前記第２蓄電装置の前記第１蓄電装置に対する充放電電力が所定のリミット範囲内となるように制限しつつ、前記充電率信号に基づいて前記第１蓄電装置の蓄電率が、前記第１蓄電装置による前記充放電指令値に基づく充放電を継続しつつ所定の蓄電率範囲を維持するように前記第２蓄電装置の前記第１蓄電装置に対する充放電電力を制御するとともに、前記充放電指令値に対応する充放電電力に基づいて前記第１蓄電装置の充放電電力を制御する制御システムを備えた蓄電システム。
2. 前記制御システムは、前記第１蓄電装置の蓄電率が所定の蓄電率範囲にある場合に、前記第２蓄電装置の充放電を停止する、
   請求項１記載の蓄電システム。
3. 前記制御システムは、前記充放電指令値に対応する充放電電力及び前記第２蓄電装置の充放電電力の和が、前記第１蓄電装置の所定の最大充放電電力を超過する場合に、前記第２蓄電装置の充放電電力を制御して、前記第１蓄電装置の充放電電力を前記最大充放電電力に制限する、
   請求項１又は請求項２記載の蓄電システム。
4. 前記第１蓄電装置は、第１の期間における充放電が可能であり、
   前記第２蓄電装置は、前記第１の期間よりも長い期間における充放電が可能とされている、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓄電システム。
5. 電力線を介して、電力供給先の一又は複数の装置に対して放電を行い、あるいは、前記電力線を介して電力供給元の一又は複数の装置から供給された電力の充電を行う第１蓄電装置と、前記電力線を介して前記第１蓄電装置と接続され、前記第１蓄電装置に対する充放電を行う第２蓄電装置と、を備え、充放電指令値に基づいて前記第１蓄電装置及び前記第２蓄電装置の充放電制御を行う蓄電システムで実行される制御方法であって、
   前記第１蓄電装置の充電率を検出する過程と、
   前記第２蓄電装置の前記第１蓄電装置に対する充放電電力が所定のリミット範囲内となるように制限する過程と、
   検出した前記第１蓄電装置の充電率に基づいて、前記第１蓄電装置の蓄電率が、前記充放電指令値に基づく充放電を継続しつつ所定の蓄電率範囲を維持するように前記第２蓄電装置の前記第１蓄電装置に対する充放電電力を制御する過程と、
   前記充放電指令値に対応する充放電電力に基づいて前記第１蓄電装置の充放電電力を制御する過程と、
   を備えた制御方法。

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