JPWO2010058460A1 - 二次電池システム - Google Patents

Abstract

二次電池（Ｂ１〜Ｂ３）から供給された直流電力を電力変換装置（ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３）により交流電力に変換し、負荷側の電力系統に供給する二次電池システムにおいて、運転している電力変換装置に対応する二次電池の蓄電池残量が、停止している電力変換装置に対応する二次電池の蓄電池残量の所定の割合以下になった場合、この運転している電力変換装置を停止し、停止している電力変換手段の運転を開始する制御装置（１）を備えた二次電池システム。

Description

本発明は、二次電池を用いた二次電池システムに関する。

従来、二次電池を利用して、電力を供給する二次電池システムが知られている。このような二次電池システムは、例えば、受電点における電力の補完を行うためなどに用いられている（例えば、“月刊エネルギー １月号”，日本工業新聞社，２００４年１２月２８日発売，ｐ．８２−８４参照）。

しかしながら、複数の二次電池を利用して、電力供給を行う場合、個々の二次電池の残量により、二次電池システムの運用を制限しなければならない場合がある。

このため、個々の二次電池の残量に起因して、二次電池システムを効率良く運転できなくなることがある。

本発明の目的は、複数の二次電池を用いた二次電池システムにおいて、効率よく運転することのできる二次電池システムを提供することにある。

本発明の観点に従った二次電池システムは、２以上の二次電池と、前記２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換手段と、運転している前記電力変換手段のうちいずれか１の前記電力変換手段に対応する前記二次電池の蓄電池残量が、停止している前記電力変換手段に対応する前記二次電池の蓄電池残量の所定の割合以下になったことを検出する検出手段と、前記検出手段による検出の対象とされた前記電力変換手段の運転を停止し、停止している前記電力変換手段の運転を開始する運転切替手段とを備えた構成である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの構成を示す構成図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの第１の二次電池の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの第１の電力変換装置の出力電力の推移を示すグラフ図である。 図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの第２の二次電池の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。 図２Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの第２の電力変換装置の出力電力の推移を示すグラフ図である。 図２Ｅは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの第３の二次電池の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。 図２Ｆは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの第３の電力変換装置の出力電力の推移を示すグラフ図である。 図２Ｇは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの出力電力の推移を示すグラフ図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの構成を示す構成図である。 図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの第１の電力変換装置の出力電力の推移を示すグラフ図である。 図４Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの第２の電力変換装置の出力電力の推移を示すグラフ図である。 図４Ｃは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの第３の電力変換装置の出力電力の推移を示すグラフ図である。 図４Ｄは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの出力電力の推移を示すグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

二次電池システムは、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３と、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれに接続された電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３と、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の出力側にそれぞれ接続された変圧器ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３と、変圧器ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３のそれぞれ接続された遮断器Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３と、遮断器Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の出力側を短絡するように接続し、この接続点と電力を供給する負荷側との間に設けられた遮断器ＫＤと、３つの電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３を制御する制御装置１を備えている。

二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、例えば、ナトリウム−硫黄電池（ＮＡＳ電池）である。二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、それぞれに充電されている電力を、それぞれに接続されている電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３に、直流電力として供給する。

電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３は、それぞれ二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３から供給される直流電力を、制御装置１からの指令に基づいて、交流電力に変換する。電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３は、変換した交流電力をそれぞれに接続されている変圧器ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３に出力する。

変圧器ＴＲ１は、電力変換装置ＩＮＶ１から供給された交流電力を、遮断器Ｋ１及び遮断器ＫＤを順次に介して、負荷側の電力系統に供給する。

変圧器ＴＲ２は、電力変換装置ＩＮＶ２から供給された交流電力を、遮断器Ｋ２及び遮断器ＫＤを順次に介して、負荷側の電力系統に供給する。

変圧器ＴＲ３は、電力変換装置ＩＮＶ３から供給された交流電力を、遮断器Ｋ３及び遮断器ＫＤを順次に介して、負荷側の電力系統に供給する。

遮断器Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、それぞれを開放することで、それぞれ電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３から出力される交流電力の負荷側への供給を停止する。

遮断器ＫＤは、開放することで、本二次電池システムからの電力供給を停止する。

制御装置１は、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれの蓄電池残量に基づいて、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の制御を行う。制御装置１は、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転を切り替えるための設定値が設定されている。制御装置１は、この設定値及び二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の蓄電池残量に基づいて、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転の切り替えをする。

次に、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、及び図２Ｇを参照して、制御装置１の制御について説明する。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、及び図２Ｇは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池システムの制御装置１の制御による電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の出力電力と二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。

図２Ａは、二次電池Ｂ１の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。図２Ｂは、電力変換装置ＩＮＶ１の出力電力の推移を示すグラフ図である。図２Ｃは、二次電池Ｂ２の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。図２Ｄは、電力変換装置ＩＮＶ２の出力電力の推移を示すグラフ図である。図２Ｅは、二次電池Ｂ３の蓄電池残量の推移を示すグラフ図である。図２Ｆは、電力変換装置ＩＮＶ３の出力電力の推移を示すグラフ図である。図２Ｇは、二次電池システムの出力電力の推移を示すグラフ図である。

ここで、二次電池システムは、負荷側の電力系統に４００ｋＷの電力量を供給する必要があるとする。電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３は、最大発電電力が２００ｋＷであるとする。制御装置１に設定されている電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転を切り替えるための設定値は、７０％であるとする。

今、制御装置１は、時刻Ｔ０から制御を開始するとする。

二次電池システムの負荷側の電力系統に必要な供給電力は、４００ｋＷであり、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３のそれぞれの最大発電電力が２００ｋＷであるため、２台の電力変換装置の運転で供給することができる。そこで、制御装置１は、２台の電力変換装置で電力を供給し、残りの１台の電力変換装置を停止させる。

時刻Ｔ０での二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれの蓄電池残量は、次の通りである。二次電池Ｂ１の蓄電池残量は、９０％である。二次電池Ｂ２の蓄電池残量は、１００％である。二次電池Ｂ１の蓄電池残量は、７０％である。

そこで、制御装置１は、蓄電池残量の多い方から２つの二次電池Ｂ１，Ｂ２に接続されている電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２を運転する。最も蓄電池残量の少ない二次電池Ｂ３に接続されている電力変換装置ＩＮＶ３は、停止させている。

制御装置１は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２を運転する。

時刻Ｔ０になると、電力変換装置ＩＮＶ１の蓄電池残量は、約４９％になる。この４９％は、停止している電力変換装置ＩＮＶ３の蓄電池残量７０％に対して、制御装置１の設定値である７０％に相当する値である。

そこで、制御装置１は、電力変換装置ＩＮＶ１を停止し、電力変換装置ＩＮＶ３を運転する。

即ち、停止している電力変換装置の蓄電池残量をＡ％、制御装置１の設定値をＢ％、運転している電力変換装置のうち最も残量の少ない方の蓄電池残量をＣ％とすると、制御装置１は、次の不等式が成立するときに、電力変換装置の切り替えを行う。

Ｃ％ ＜ Ａ％×Ｂ％
上の不等式が成立すると、制御装置１は、最も蓄電池残量の少ない電力変換装置の運転を停止し、停止させていた電力変換装置の運転を開始する。

図２Ａから図２Ｇに示す時刻Ｔ１では、最も蓄電池残量の少ない電力変換装置は、電力変換装置ＩＮＶ１である。また、停止させていた電力変換装置は、電力変換装置ＩＮＶ３である。よって、制御装置１は、電力変換装置ＩＮＶ１の運転を停止し、電力変換装置ＩＮＶ３の運転を開始する。

制御装置１は、上述の手順を繰り返しながら、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転をする。

本実施形態によれば、二次電池システムは、負荷側の電力系統に必要な供給電力を１台の電力変換装置を停止させても供給可能な場合には、常に１台の電力変換装置を停止させることで、設備全体として電力変換装置の１台分の損失を低減することができる。

また、二次電池システムは、全ての二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の蓄電池残量を均一になるように電力変換装置を運転して、負荷側の電力系統に電力を供給することができる。このように、蓄電池残量を均一に保つことで、二次電池システムにおける設備の運用及び保守を容易にすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの構成を示す構成図である。

本実施形態に係る二次電池システムは、図１に示す第１の実施形態に係る二次電池システムにおいて、制御装置１を制御装置１Ａに代えた点以外は、第１の実施形態に係る二次電池システムと同様の構成である。

制御装置１Ａは、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の制御を行う。制御装置１Ａは、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転を切り替えるための設定値が設定されている。制御装置１Ａは、この設定値に基づいて、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転の切り替えをする。

次に、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄを参照して、制御装置１Ａの制御について説明する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池システムの制御装置１Ａの制御による電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の出力電力の推移を示すグラフ図である。

図４Ａは、電力変換装置ＩＮＶ１の出力電力の推移を示すグラフ図である。図４Ｂは、電力変換装置ＩＮＶ２の出力電力の推移を示すグラフ図である。図４Ｃは、電力変換装置ＩＮＶ３の出力電力の推移を示すグラフ図である。図４Ｄは、二次電池システムの出力電力の推移を示すグラフ図である。

ここで、二次電池システムは、負荷側の電力系統に４００ｋＷの電力量を供給する必要があるとする。電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３は、最大発電電力が２００ｋＷであるとする。電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３のそれぞれに対応する二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の蓄電池残量は、ほぼ均一であるとする。制御装置１Ａに設定されている電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転を切り替えるための設定値は、時間Ｔであるとする。

今、制御装置１Ａは、時刻Ｔ０から制御を開始するとする。

二次電池システムの負荷側の電力系統に必要な供給電力は、４００ｋＷであり、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３のそれぞれの最大発電電力が２００ｋＷであるため、２台の電力変換装置の運転で供給することができる。そこで、制御装置１Ａは、２台の電力変換装置で電力を供給し、残りの１台の電力変換装置を停止させる。

制御装置１Ａは、２台の電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ３の運転を開始する。

運転を開始してから設定値の時間Ｔの半分である時間Ｔ／２の経過後の時刻Ｔ１に、制御装置１Ａは、電力変換装置ＩＮＶ３の運転を停止し、電力変換装置ＩＮＶ２の運転を開始する。これにより、制御装置１Ａは、運転する電力変換装置を、電力変換装置ＩＮＶ３から電力変換装置ＩＮＶ２に切り替える。

時刻Ｔ１から時間Ｔ／２の経過後の時刻Ｔ２に、制御装置１Ａは、電力変換装置ＩＮＶ１の運転を停止し、電力変換装置ＩＮＶ３の運転を開始する。これにより、制御装置１Ａは、運転する電力変換装置を、電力変換装置ＩＮＶ１から電力変換装置ＩＮＶ３に切り替える。

同様にして、時間Ｔ／２の経過毎の時刻Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５において、制御装置１Ａは、運転する電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の切り替えを行う。制御装置１Ａは、この切り替えを繰り返しながら、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転をする。

上述の制御装置１Ａの制御により、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３は、設定値である時間Ｔ連続して運転して、停止することを繰り返す。

本実施形態によれば、二次電池システムは、負荷側の電力系統に必要な供給電力を１台の電力変換装置を停止させても供給可能な場合には、常に１台の電力変換装置を停止させることで、設備全体として電力変換装置の１台分の損失を低減することができる。

また、制御装置１Ａに設定された時間Ｔ／２毎に、電力変換装置ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の運転を順次に切り替えるため、全ての二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の蓄電池残量を均一に消費することができる。これにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の蓄電池残量を均一に保つことで、二次電池システムにおける設備の運用及び保守を容易にすることができる。

なお、各実施形態では、二次電池及び電力変換装置をそれぞれ３つとしたが、２以上であれば、いくつであってもよい。また、電力変換装置を停止させる台数を１つとしたが、負荷側の電力系統に必要な電力供給ができるのであれば、２以上でもよい。この様な構成において、運転を停止させている電力変換装置が２以上あり、運転を開始する電力変換装置を選択する場合、最も蓄電池残量の多い二次電池に対応する電力変換装置を選択することとしてもよい。これにより、全ての二次電池の蓄電池残量を均等に消費することができる。

また、本実施形態では、二次電池として、ＮＡＳ電池を用いたが、他のものでもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明によれば、複数の二次電池を用いた二次電池システムにおいて、効率よく運転することのできる二次電池システムを提供することができる。

Claims (6)

1. ２以上の二次電池と、
   前記２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換手段と、
   運転している前記電力変換手段のうちいずれか１の前記電力変換手段に対応する前記二次電池の蓄電池残量が、停止している前記電力変換手段に対応する前記二次電池の蓄電池残量の所定の割合以下になったことを検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出の対象とされた前記電力変換手段の運転を停止し、停止している前記電力変換手段の運転を開始する運転切替手段と
   を備えたことを特徴とする二次電池システム。
2. ２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換装置を制御する二次電池システムの制御装置であって、
   運転している前記電力変換装置のうちいずれか１の前記電力変換装置に対応する前記二次電池の蓄電池残量が、停止している前記電力変換装置に対応する前記二次電池の蓄電池残量の所定の割合以下になったことを検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出の対象とされた前記電力変換装置の運転を停止し、停止している前記電力変換装置の運転を開始する運転切替手段と
   を備えたことを特徴とする二次電池システムの制御装置。
3. ２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換装置を制御する二次電池システムの制御方法であって、
   運転している前記電力変換装置のうちいずれか１の前記電力変換装置に対応する前記二次電池の蓄電池残量が、停止している前記電力変換装置に対応する前記二次電池の蓄電池残量の所定の割合以下になったことを検出する検出手順と、
   前記検出手順による検出の対象とされた前記電力変換装置の運転を停止し、停止している前記電力変換装置の運転を開始する運転切替手順と
   を含むことを特徴とする二次電池システムの制御方法。
4. ２以上の二次電池と、
   前記２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換手段と、
   前記電力変換手段のうち１の前記電力変換手段を停止した場合における最大発電電力が負荷側に必要な供給電力を超える場合、所定時間毎に、該所定時間の間連続して運転した前記電力変換手段の運転を停止し、停止している前記電力変換手段の運転を開始する運転切替手段と
   を備えたことを特徴とする二次電池システム。
5. ２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換装置を制御する二次電池システムの制御装置であって、
   前記電力変換手段のうち１の前記電力変換手段を停止した場合における最大発電電力が負荷側に必要な供給電力を超える場合、所定時間毎に、所定時間毎に、該所定時間の間連続して運転した前記電力変換手段の運転を停止し、停止している前記電力変換手段の運転を開始する運転切替手段と
   を備えたことを特徴とする二次電池システムの制御装置。
6. ２以上の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記二次電池から供給された電力を変換する２以上の電力変換装置を制御する二次電池システムの制御方法であって、
   前記電力変換手段のうち１の前記電力変換手段を停止した場合における最大発電電力が負荷側に必要な供給電力を超える場合、所定時間毎に、所定時間毎に、該所定時間の間連続して運転した前記電力変換手段の運転を停止し、停止している前記電力変換手段の運転を開始する運転切替手順と
   を含むことを特徴とする二次電池システムの制御方法。

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