JP7534351B2 - 蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法 - Google Patents

蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法に関する。
蓄電システムとして、並列に接続された複数の蓄電池ストリングと、蓄電池ストリング毎に設けられ、蓄電池ストリングの出力を負荷供給母線の設定電圧に変換する複数の直流電力変換器とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の蓄電システムでは、蓄電池ストリングの蓄電池モジュールの数が任意の個数に選択される。
特開２０２０－１５６２００号公報
一般的に、電力変換器の電力変換効率は、最大出力電力に合わせて設定されており、出力電力が最大出力電力に近いほど高くなり、出力電力が小さくなるほど低下する。それに対して、上述の蓄電システムでは、充電又は放電を行う蓄電池ストリングの数が一定である。そのため、当該蓄電システムでは、放電電力又は充電電力が小さくなるほど、各蓄電池ストリングが負担する放電電力又は充電電力が小さくなり、電力変換器の電力変換効率が低下する。また、当該蓄電システムでは、電力変換効率の高低にかかわらず一定数の電力変換器が作動するため、電力変換効率が低い一定の数の電力変換器が作動することによりシステム全体の総発熱量が増加する場合がある。
本発明は上記事情に鑑み、複数の蓄電池ストリングと複数の電力変換器とを備える蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小にかかわらず、電力変換器の電力変換効率を高効率に維持することができる蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法を提供することを目的とする。
本発明の蓄電池制御装置は、各々、直列に接続された複数の蓄電池を備え、電力線により相互に接続された複数の蓄電池ストリングと、各々、前記蓄電池ストリングと前記電力線との間に設けられ、前記蓄電池ストリングの入出力電圧を変換する複数の電力変換器とを備える蓄電システムを制御する蓄電池制御装置であって、前記蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小に応じて、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を可変的に設定し、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、当該電力変換器の電力変換効率が最大となる所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、前記所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、放電電流又は充電電流が制限される条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率に比して低く設定する。
本発明の蓄電システムは、各々、直列に接続された複数の蓄電池を備え、電力線により相互に接続された複数の蓄電池ストリングと、各々、前記蓄電池ストリングと前記電力線との間に設けられ、前記蓄電池ストリングの入出力電圧を変換する複数の電力変換器と、複数の前記電力変換器を制御する蓄電池制御装置とを備える蓄電システムであって、前記蓄電池制御装置は、蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小に応じて、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を可変的に設定し、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、当該電力変換器の電力変換効率が最大となる所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、前記所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、放電電流又は充電電流が制限される条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率に比して低く設定する。
本発明の蓄電池制御方法は、各々、直列に接続された複数の蓄電池を備え、電力線により相互に接続された複数の蓄電池ストリングと、各々、前記蓄電池ストリングと前記電力線との間に設けられ、前記蓄電池ストリングの入出力電圧を変換する複数の電力変換器とを備える蓄電システムを制御する蓄電池制御装置を用いて実施する蓄電池制御方法であって、前記蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小に応じて、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を可変的に設定し、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、当該電力変換器の電力変換効率が最大となる所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、前記所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、放電電流又は充電電流が制限される条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率に比して低く設定する。
本発明によれば、複数の蓄電池ストリングと複数の電力変換器とを備える蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小にかかわらず、電力変換器の電力変換効率を高効率に維持することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＣＵ（Micro Controller Unit）及びシステムコントローラを備える蓄電システムの概略を示す回路図である。 図１のＭＣＵ及びシステムコントローラによる放電時の処理を示すフローチャートである。 図１のＭＣＵ及びシステムコントローラによる充電時の処理を示すフローチャートである。
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は、以下に示す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実施形態を適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＣＵ１０及びシステムコントローラ１００を備える蓄電システム１の概略を示す回路図である。この図に示すように、蓄電システム１は、ｍ組（ｍは２以上の整数）の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍと、ストリングバス３と、ｍ個の電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍと、ＭＣＵ１０と、システムコントローラ１００とを備える。ｍ組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍは、ｍ個の電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍとストリングバス３とを介して、相互に接続されると共に外部系統（図示省略）に接続されている。蓄電システム１は、定置用又は車載用の電源である。
蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍは、直列に接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）の蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎを備える。特に限定するわけではないが、本実施形態の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍは、中古の蓄電池を再生したものであり、各蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの劣化度に差がある。蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎは、例えば、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ等の二次電池である。
蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎは、ストリングバス３及び電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを通じて外部系統から電力を供給されて充電され、充電された電力を、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍ及びストリングバス３を通じて放電して外部系統に電力を供給する。また、蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎは、ストリングバス３及び電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを通じて他の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍから電力を供給されて充電される場合もある。また、蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎは、充電された電力を放電し、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍ及びストリングバス３を通じて他の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎを充電する場合もある。
外部系統は、負荷や発電機等を含む。蓄電システム１が定置用の場合には、家庭内の家電、商用電源系統、液晶表示器、通信モジュール等が負荷となり、太陽光発電システム等が発電機となる。他方で、蓄電システム１が車載用の場合には、駆動用モータ、エアコン、各種車載電装品等が負荷となる。なお、駆動用モータは負荷になり発電機にもなる。
なお、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍは、直列に接続されたｎ個の蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎに代えて、直列に接続されたｎ個の蓄電池セル又は蓄電池パックを備えてもよい。また、蓄電システム１は、各蓄電池セル又は各蓄電池パックをバイパスさせるバイパス回路を備えてもよい。
電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、ＤＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＡＣコンバータであり、ストリングバス３に接続されている。また、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍには、始端の蓄電池モジュールＭ１の正極と終端の蓄電池モジュールＭｎの負極とが接続されている。
電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの充電時に、ストリングバス３から入力された電圧を変換して複数の蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎに出力する。他方で、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの放電時に、複数の蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎから入力された電圧を変換してストリングバス３に出力する。なお、ストリングバス３を流れる電流が直流の場合には、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、ストリングバス３を流れる電流が交流の場合には、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、ＤＣ／ＡＣコンバータである。また、ストリングバス３を流れる電流が交流の場合には、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、瞬時値の変化に対して追従するための同期手段を備える。
電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、出力電力の最大値ＰＭＡＸ、所定の負荷率Ｌｒで動作する場合に電力変換効率が最大になるように設定されている。このため、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、出力電力が最大値ＰＭＡＸから離れて小さくなるほど、電力変換効率が低下する。また、電力変換効率が低い多数の電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを作動させて所望の出力電力を確保する場合には、蓄電システム１全体の総発熱量が増加する。
蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍは、ｎ個の電圧センサ１２と、電流センサ１３と、ｎ個のバイパス回路Ｂ１～Ｂｎとを備える。電圧センサ１２は、各蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの正負極端子間に接続されている。この電圧センサ１２は、各蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの端子間電圧を測定する。
電流センサ１３は、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電流経路に設けられている。この電流センサ１３は、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの充放電電流を測定する。
バイパス回路Ｂ１～Ｂｎは、蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎ毎に設けられている。バイパス回路Ｂ１～Ｂｎは、バイパス線ＢＬと、スイッチＳ１，Ｓ２とを備える。バイパス線ＢＬは、各蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎをバイパスする電力線である。スイッチＳ１は、バイパス線ＢＬに設けられている。このスイッチＳ１は、例えば機械式スイッチである。スイッチＳ２は、各蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの正極とバイパス線ＢＬの一端との間に設けられている。このスイッチＳ２は、例えば半導体スイッチやリレーである。
始端の蓄電池モジュールＭ１及び終端の蓄電池モジュールＭｎは、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍ及びストリングバス３を介して外部系統に接続されている。全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎにおいてスイッチＳ１がオープンになりスイッチＳ２がクローズになった場合に、全ての蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎが外部系統に直列で接続される。他方で、何れかのバイパス回路Ｂ１～ＢｎにおいてスイッチＳ２がオープンになり、スイッチＳ１がクローズになった場合に、当該バイパス回路Ｂ１～Ｂｎに対応する蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎがバイパスされる。
システムコントローラ１００は、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとバイパス回路Ｂ１～Ｂｎと電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍとに接続され、各蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの監視及び制御と各バイパス回路Ｂ１～Ｂｎの切り換え制御と電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍによる充放電制御とを実行する。
蓄電システム１の放電時、蓄電池モジュールＭ１～ＭｎのＳＯＣ（State of Charge）やバイパス状態（蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの接続数）に応じて、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧が変動する。このため、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧が整合するように、出力電圧を調整する。他方で、蓄電システム１の充電時、蓄電池モジュールＭ１～ＭｎのＳＯＣやバイパス状態に応じて、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧が変動する。このため、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍは、ストリングバス３から入力された電圧を、対応する蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧に調整する。即ち、システムコントローラ１００は、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧の高低に応じて、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを制御する。
それに加えて、ＭＣＵ１０は、蓄電システム１の入出力電力の大小に応じて、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定し、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍを決定する。また、ＭＣＵ１０は、システムコントローラ１００から受信する電池温度情報、ＳＯＣ情報等の電池状態情報に基づいて、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定し、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍを決定する。
システムコントローラ１００は、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを制御することにより、ＭＣＵ１０により設定された数の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍを動作させ、ＭＣＵ１０により決定された蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍを動作させる。以下、ＭＣＵ１０及びシステムコントローラ１００による電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの制御方法について説明する。
システムコントローラ１００は、ＭＣＵ１０からの指令に応じて、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを制御し、蓄電システム１に要求された電力を出力又は入力させる。これに先行して、ＭＣＵ１０は、蓄電システム１に要求される出力電力の大小に応じて、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。また、ＭＣＵ１０は、蓄電システム１に要求される入力電力の大小に応じて、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。
例えば、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍが、出力電力の最大値ＰＭＡＸ＝１０ｋＷ、所定の負荷率Ｌｒ＝８０％という条件で最大の電力変換効率で動作すると想定する。また、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの組数を１０（ｍ＝１０）と想定する。このような想定において、蓄電システム１の出力ＰＯＵＴが４０ｋＷであり、１０組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの全てに放電を行わせる場合について検討する。この場合、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの放電電力は４ｋＷとなり、各電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は４０％になる。このため、各電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを最大の電力変換効率で動作させることができない。
それに対して、上記の想定において、蓄電システム１の出力ＰＯＵＴが同様に４０ｋＷであり、５組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに放電を行わせる場合について検討する。この場合、放電を行う各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの放電電力は、８ｋＷとなり、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は８０％となる。これにより、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを最大の電力変換効率で動作させることができる。
同様の想定において、蓄電システム１の入力ＰＩＮが４０ｋＷであり、１０組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの全てに充電を行わせる場合について検討する。この場合、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの充電電力は４ｋＷとなり、各電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は４０％になる。このため、各電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを最大の電力変換効率で動作させることができない。
それに対して、上記の想定において、蓄電システム１の入力ＰＩＮが４０ｋＷであり、５組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに充電を行わせる場合について検討する。この場合、充電を行う各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの充電電力は、８ｋＷとなり、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は８０％となる。これにより、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを最大の電力変換効率で動作させることができる。
他方で、例えば、上記の想定において、蓄電システム１の出力ＰＯＵＴが８０ｋＷであり、１０組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの全てに放電を行わせる場合について検討する。この場合、放電を行う各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの放電電力は８ｋＷとなり、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は８０％になる。これにより、全ての電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを最大の電力変換効率で動作させることができる。
また、蓄電システム１の入力ＰＩＮが８０ｋＷであり、１０組の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの全てに充電を行わせる場合について検討する。この場合、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの充電電力は８ｋＷとなり、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は８０％になる。これにより、全ての電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを最大の電力変換効率で動作させることができる。
そこで、ＭＣＵ１０は、蓄電システム１に要求される入出力電力の大小に応じて、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を可変的に設定する。具体的には、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒに近づくように、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。
ここで、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの放電電流又は充電電流が制限される場合がある。例えば、蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの温度が所定温度以上の場合、全放電に近い状態で放電する場合（ＳＯＣが所定値以下の場合）、満充電に近い状態で充電する場合（ＳＯＣが所定値以上の場合）等である。
このように蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの放電電流又は充電電流が制限される場合には、ＭＣＵ１０は、システムコントローラ１００から電流制限値を受信する。ＭＣＵ１０は、放電電流又は充電電流が制限されない蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍについては、対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒとなるように、放電電力又は充電電力を設定する。それに対して、ＭＣＵ１０は、放電電流又は充電電流が制限される蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍについては、対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率の上昇よりも放電電流又は充電電流を電流制限値以下に制限することを優先して、放電電力又は充電電力を設定する。
図２は、図１のＭＣＵ１０及びシステムコントローラ１００による放電時の処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートに示す処理は、ＭＣＵ１０が、出力指令を受信すると開始される。
ステップＳ１において、ＭＣＵ１０は、電流制限のある蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍが有るか否かについて判定する。ステップＳ１において肯定判定がされた場合にはステップＳ３に移行し、ステップＳ１において否定判定がされた場合にはステップＳ２に移行する。
ステップＳ２において、ＭＣＵ１０は、要求された出力電力に応じて、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数と放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとを決定する。本ステップでは、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒとなるように、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数が設定される。そして、ステップＳ２からステップＳ６に移行する。
他方で、ステップＳ３において、ＭＣＵ１０は、電流制限の無い蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍが有るか否かを判定する。ステップＳ３において肯定判定がされた場合にはステップＳ４に移行し、ステップＳ３において否定判定がされた場合にはステップＳ５に移行する。
ステップＳ４において、ＭＣＵ１０は、要求された出力電力に応じて、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数と放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとを決定する。本ステップでは、電流制限が無い状態で放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒとなるように、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数が設定される。他方で、電流制限が有る状態で放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍについては、放電電流が電流制限値以下に設定され、対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率も電流制限値に応じて設定される。そして、ステップＳ４からステップＳ６に移行する。
他方で、ステップＳ５において、ＭＣＵ１０は、要求された出力電力に応じて、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数と放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとを決定する。本ステップでは、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍについて、放電電流が電流制限値以下に設定され、対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率も電流制限値に応じて設定される。そして、ステップＳ５からステップＳ６に移行する。
ステップＳ６において、システムコントローラ１００は、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを制御することにより、ＭＣＵ１０により決定された蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに放電を行わせる。以上で処理を終了する。
図３は、図１のＭＣＵ１０及びシステムコントローラ１００による充電時の処理を示すフローチャートである。図３のフローチャートに示す処理は、ＭＣＵ１０が、入力指令を受信すると開始される。
ステップＳ１１において、ＭＣＵ１０は、電流制限のある蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍが有るか否かについて判定する。ステップＳ１１において肯定判定がされた場合にはステップＳ１３に移行し、ステップＳ１１において否定判定がされた場合にはステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２において、ＭＣＵ１０は、要求された入力電力に応じて、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数と充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとを決定する。本ステップでは、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒとなるように、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数が設定される。そして、ステップＳ１２からステップＳ１６に移行する。
他方で、ステップＳ１３において、ＭＣＵ１０は、電流制限の無い蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍが有るか否かを判定する。ステップＳ１３において肯定判定がされた場合にはステップＳ１４に移行し、ステップＳ１３において否定判定がされた場合にはステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１４において、ＭＣＵ１０は、要求された入力電力に応じて、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数と充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとを決定する。本ステップでは、電流制限が無い状態で充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒとなるように、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数が設定される。他方で、電流制限が有る状態で充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍについては、充電電流が電流制限値以下に設定され、対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率も電流制限値に応じて設定される。そして、ステップＳ１４からステップＳ１６に移行する。
他方で、ステップＳ１５において、ＭＣＵ１０は、要求された入力電力に応じて、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数と充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍとを決定する。本ステップでは、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍについて、充電電流が電流制限値以下に設定され、対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率も電流制限値に応じて設定される。そして、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行する。
ステップＳ１６において、システムコントローラ１００は、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍを制御することにより、ＭＣＵ１０により決定された蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに充電を行わせる。以上で処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態のＭＣＵ１０は、蓄電システム１の放電電力の大小に応じて、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を可変的に設定する。具体的に、ＭＣＵ１０は、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率を、当該電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒに近づけるように、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。これにより、蓄電システム１の放電電力の大小にかかわらず、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率を高効率に維持することが可能になる。従って、蓄電システム１の放電時の効率を向上できる。また、放電時の蓄電システム１全体の総発熱量を抑えることができ、蓄電システム１の冷却のためのコストを低減できる。
また、本実施形態のＭＣＵ１０は、蓄電システム１の充電電力の大小に応じて、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を可変的に設定する。具体的に、ＭＣＵ１０は、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率を、当該電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒに近づけるように、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。これにより、蓄電システム１の充電電力の大小にかかわらず、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率を高効率に維持することが可能になる。従って、蓄電システム１の充電時の効率を向上できる。また、充電時の蓄電システム１全体の総発熱量を抑えることができ、蓄電システム１の冷却のためのコストを低減できる。
また、本実施形態のＭＣＵ１０は、放電電流が制限されない条件下で放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率を、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒに近づけるように、放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。それと共に、ＭＣＵ１０は、放電電流が制限される条件下で放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率を、放電電流が制限されない条件下で放電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍに比して低く設定する。これによって、放電電流が制限される蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの劣化を抑制したうえで、放電電流が制限されない蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率を高効率に維持することが可能になる。
また、本実施形態のＭＣＵ１０は、充電電流が制限されない条件下で充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率を、電力変換効率が最大となる所定の負荷率Ｌｒに近づけるように、充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定する。それと共に、ＭＣＵ１０は、充電電流が制限される条件下で充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率を、充電電流が制限されない条件下で充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍに比して低く設定する。これによって、充電電流が制限される蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの劣化を抑制したうえで、充電電流が制限されない蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率を高効率に維持することが可能になる。
また、本実施形態の蓄電システム１において、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍは、蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎをバイパスさせるバイパス回路Ｂ１～Ｂｎを備える。このバイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎのバイパスが発生することにより、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧が変動する。それに対して、システムコントローラ１００は、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの制御により、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧の変動にかかわらず、複数の蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの出力電圧を整合させる。他方で、システムコントローラ１００は、電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの制御により、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧の変動にかかわらず、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに入力する電圧を、各蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの電圧に整合させる。
以上、上述の実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述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で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。
例えば、上述の実施形態では、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率が最大となるように、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍの数を設定した。ここで、放電又は充電を行う蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍに対応する電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率が最大の電力変換効率に近いほど好ましい。また、当該電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率が、最適値である所定の負荷率Ｌｒに近いほど好ましい。しかしながら、当該電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの電力変換効率は、最大値に近似することは必須ではなく、蓄電システム１の要求性能に応じて適宜設定すればよい。また、当該電力変換器ＰＣ１～ＰＣｍの負荷率は、最適値である所定の負荷率Ｌｒに近似することは必須ではなく、蓄電システム１の要求性能に応じて適宜設定すればよい。
また、上述の実施形態では、蓄電池ストリングＳＴＲ１～ＳＴＲｍがバイパス回路Ｂ１～Ｂｎを備える。しかしながら、例えば、蓄電池モジュールＭ１～Ｍｎの電池特性の均一性が高い場合等には、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎを備えることは必須ではない。
１ ：蓄電システム
３ ：ストリングバス（電力線）
１０ ：ＭＣＵ（蓄電池制御装置）
１００ ：システムコントローラ（蓄電池制御装置）
Ｂ１～Ｂｎ ：バイパス回路
Ｌｒ ：所定の負荷率
Ｍ１～Ｍｎ ：蓄電池モジュール（蓄電池）
ＰＣ１～ＰＣｍ ：電力変換器
ＳＴＲ１～ＳＴＲｍ：蓄電池ストリング

Claims (4)

  1. 各々、直列に接続された複数の蓄電池を備え、電力線により相互に接続された複数の蓄電池ストリングと、
    各々、前記蓄電池ストリングと前記電力線との間に設けられ、前記蓄電池ストリングの入出力電圧を変換する複数の電力変換器とを
    備える蓄電システムを制御する蓄電池制御装置であって、
    前記蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小に応じて、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を可変的に設定し、
    放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、当該電力変換器の電力変換効率が最大となる所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、
    放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、前記所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、
    放電電流又は充電電流が制限される条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率に比して低く設定する蓄電池制御装置。
  2. 前記蓄電池ストリングは、前記蓄電池をバイパスさせるバイパス回路を備える請求項１に記載の蓄電池制御装置。
  3. 各々、直列に接続された複数の蓄電池を備え、電力線により相互に接続された複数の蓄電池ストリングと、
    各々、前記蓄電池ストリングと前記電力線との間に設けられ、前記蓄電池ストリングの入出力電圧を変換する複数の電力変換器と、
    複数の前記電力変換器を制御する蓄電池制御装置と
    を備える蓄電システムであって、
    前記蓄電池制御装置は、蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小に応じて、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を可変的に設定し、
    放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、当該電力変換器の電力変換効率が最大となる所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、
    放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、前記所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、
    放電電流又は充電電流が制限される条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率に比して低く設定する蓄電システム。
  4. 各々、直列に接続された複数の蓄電池を備え、電力線により相互に接続された複数の蓄電池ストリングと、
    各々、前記蓄電池ストリングと前記電力線との間に設けられ、前記蓄電池ストリングの入出力電圧を変換する複数の電力変換器とを
    備える蓄電システムを制御する蓄電池制御装置を用いて実施する蓄電池制御方法であって、
    前記蓄電システムの放電電力又は充電電力の大小に応じて、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を可変的に設定し、
    放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、当該電力変換器の電力変換効率が最大となる所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、
    放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、前記所定の負荷率に近づけるように、放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングの数を設定し、
    放電電流又は充電電流が制限される条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率を、放電電流又は充電電流が制限されない条件下で放電又は充電を行う前記蓄電池ストリングに対応する前記電力変換器の負荷率に比して低く設定する蓄電池制御方法。
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