JPWO2016147306A1 - 蓄電池管理装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
実施形態の蓄電池管理装置は、複数の電池セルを有する複数の電池ユニットと、前記複数の電池ユニットと、それぞれコンタクタを介して接続され、主回路と接続された電力調整装置と、を備えた蓄電池システムにおいて電池ユニットの管理を行うに際し、最小値判別部は、各電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットのうち、最小セル電圧の最小値を判別し、制御部は、最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している電池ユニットのセルバランス処理の制御を行うので、電池ユニットを構成している電池セル(あるいはセルモジュール)に異常があった場合でも影響の波及を抑制して可用性を高めることができる。
Description
本発明の実施形態は、蓄電池管理装置、方法及びプログラムに関する。
近年、太陽光発電や風力発電などをはじめとした安全かつクリーンな自然エネルギーの導入が進んでいる。しかしながら、自然エネルギーの出力は不安定であり、大量導入が進むと電力系統における電圧や周波数に悪影響を及ぼすことが懸念される。また、電力需要に対してこれら自然エネルギーの供給量が大幅に上回ると、自然エネルギーの発電システムを停止しなければならず、発電設備の利用率が低下してしまう。
これらの問題を解決するために、二次電池を用いた大規模蓄電池を発電システムに併設し、蓄電池からの充放電電力により自然エネルギーの出力変動を抑制したり、電力余剰分を蓄電池に貯蔵するなどの用途が期待されている。
ところで、電力系統向け蓄電池システムのように大規模な蓄電池システムにおいては、必要な蓄電容量を得るために、電池セルが複数直列接続された電池モジュールを複数並列にして一つの蓄電池装置とする構成を採っているものがある。
このような蓄電池装置のセルバランスは、蓄電池装置内の最低電圧の単電池セルの電圧を調整目標電圧として、他の単電池セルの電圧を調整するようにされていた。
しかしながら、例えば、蓄電池装置を構成する単電池セルに異常な低電圧が生じた場合、全てのセルが異常状態のセルに電圧調整されてしまうおそれがあった。
しかしながら、例えば、蓄電池装置を構成する単電池セルに異常な低電圧が生じた場合、全てのセルが異常状態のセルに電圧調整されてしまうおそれがあった。
そこで、本発明はこれを解決するためになされたものであり、電池ユニットを構成指定電池セル(あるいはセルモジュール)に異常があった場合でも影響の波及を抑制して可用性を高めた蓄電池管理装置、方法及びプログラムを提供することを目的としている。
実施形態の蓄電池管理装置は、複数の電池セルを有する複数の電池ユニットと、複数の電池ユニットと、それぞれコンタクタを介して接続され、主回路と接続された電力調整装置と、を備えた蓄電池システムにおいて電池ユニットの管理を行う。
最小値判別部は、各電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットのうち、最小セル電圧の最小値を判別する。
制御部は、最小値判別部により判別された最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している電池ユニットのセルバランス処理の制御を行う。
最小値判別部は、各電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットのうち、最小セル電圧の最小値を判別する。
制御部は、最小値判別部により判別された最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している電池ユニットのセルバランス処理の制御を行う。
次に図面を参照して実施形態について説明する。
図1は、複数系統の蓄電池システムを備えた自然エネルギー発電システムの概要構成図である。
図1は、複数系統の蓄電池システムを備えた自然エネルギー発電システムの概要構成図である。
自然エネルギー発電システム100は、電力システムとして機能し、太陽光、水力、風力、バイオマス、地熱等の自然エネルギー(再生可能エネルギー)を利用し、系統電力として出力可能な自然エネルギー発電ユニット1と、自然エネルギー発電ユニット1の発電電力を測定する電力計2と、風力、電力計2の測定結果に基づいて自然エネルギー発電ユニット1の余剰電力を充電し、不足電力を放電して自然エネルギー発電ユニット1の発電電力に重畳して出力する複数の蓄電池システム3と、自然エネルギー発電ユニット1の出力電力(蓄電池システム3の出力電力が重畳されている場合も含む)の電圧変換を行う変圧器4と、蓄電池システム3nのローカルな制御を行う蓄電池制御コントローラ5と、蓄電池制御コントローラ5のリモート制御を行う上位制御装置6と、を備えている。
図2は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
蓄電池システム3は、大別すると、電力を蓄える蓄電池装置11と、蓄電池装置11から供給された直流電力を所望の電力品質を有する交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置(PCS:Power Conditioning System)12と、を備えている。
蓄電池システム3は、大別すると、電力を蓄える蓄電池装置11と、蓄電池装置11から供給された直流電力を所望の電力品質を有する交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置(PCS:Power Conditioning System)12と、を備えている。
蓄電池装置11は、大別すると、複数の電池盤21−1〜21−N(Nは自然数)と、電池盤21−1〜21−Nが接続された電池端子盤22と、を備えている。
電池盤21−1〜21−Nは、互いに並列に接続された複数の電池ユニット23−1〜23−M(Mは自然数)と、ゲートウェイ装置24と、後述のBMU(Battery Management Unit:電池管理装置)及びCMU(Cell Monitoring Unit:セル監視装置)に動作用の直流電源を供給する直流電源装置25と、を備えている。
電池盤21−1〜21−Nは、互いに並列に接続された複数の電池ユニット23−1〜23−M(Mは自然数)と、ゲートウェイ装置24と、後述のBMU(Battery Management Unit:電池管理装置)及びCMU(Cell Monitoring Unit:セル監視装置)に動作用の直流電源を供給する直流電源装置25と、を備えている。
ここで、電池ユニットの構成について説明する。
電池ユニット23−1〜23−Mは、それぞれ、高電位側電源供給ライン(高電位側電源供給線)LH及び低電位側電源供給ライン(低電位側電源供給線)LLを介して、出力電源ライン(出力電源線;母線)LHO、LLOに接続され、主回路である電力変換装置12に電力を供給している。
電池ユニット23−1〜23−Mは、それぞれ、高電位側電源供給ライン(高電位側電源供給線)LH及び低電位側電源供給ライン(低電位側電源供給線)LLを介して、出力電源ライン(出力電源線;母線)LHO、LLOに接続され、主回路である電力変換装置12に電力を供給している。
電池ユニット23−1〜23−Mは、同一構成であるので、電池ユニット23−1を例として説明する。
電池ユニット23−1は、大別すると、複数(図1では、24個)のセルモジュール31−1〜31−24と、セルモジュール31−1〜31−24にそれぞれ設けられた複数(図1では、24個)のCMU32−1〜32−24と、セルモジュール31−12とセルモジュール31−13との間に設けられたサービスディスコネクト33と、電流センサ34と、コンタクタ35と、を備え、複数のセルモジュール31−1〜31−24、サービスディスコネクト33、電流センサ34及びコンタクタ35は、直列に接続されている。
電池ユニット23−1は、大別すると、複数(図1では、24個)のセルモジュール31−1〜31−24と、セルモジュール31−1〜31−24にそれぞれ設けられた複数(図1では、24個)のCMU32−1〜32−24と、セルモジュール31−12とセルモジュール31−13との間に設けられたサービスディスコネクト33と、電流センサ34と、コンタクタ35と、を備え、複数のセルモジュール31−1〜31−24、サービスディスコネクト33、電流センサ34及びコンタクタ35は、直列に接続されている。
ここで、セルモジュール31−1〜31−24は、電池セルを複数、直並列に接続されて組電池を構成している。そして、複数の直列接続されたセルモジュール31−1〜31−24で組電池群を構成している。
さらに電池ユニット23−1は、BMU36を備え、各CMU32−1〜32−24の通信ライン、電流センサ34の出力ラインは、BMU36に接続されている。
BMU36は、ゲートウェイ装置24の制御下で、電池ユニット23−1全体を制御し、各CMU32−1〜32−24との通信結果(後述する電圧データ及び温度データ)及び電流センサ34の検出結果に基づいてコンタクタ35の開閉制御を行う。
BMU36は、ゲートウェイ装置24の制御下で、電池ユニット23−1全体を制御し、各CMU32−1〜32−24との通信結果(後述する電圧データ及び温度データ)及び電流センサ34の検出結果に基づいてコンタクタ35の開閉制御を行う。
次に電池端子盤22の構成について説明する。
電池端子盤22は、電池盤21−1〜21−Nに対応させて設けられた複数の盤遮断器41−1〜41−Nと、蓄電池装置11全体を制御するマイクロコンピュータとして構成されたマスタ(Master)装置42と、を備えている。
電池端子盤22は、電池盤21−1〜21−Nに対応させて設けられた複数の盤遮断器41−1〜41−Nと、蓄電池装置11全体を制御するマイクロコンピュータとして構成されたマスタ(Master)装置42と、を備えている。
マスタ装置42には、電力変換装置12との間に、電力変換装置12のUPS(Uninterruptible Power System)12Aを介して供給される制御電源線51と、イーサネット(登録商標)として構成され、通信バスとして機能してBMU36がPCS12との間で直接制御データのやりとりを行う制御通信線52と、制御通信線52に電気的に接続され、通信バスとして機能して他のBMU36との間で直接データのやりとりを行う通信線53と、が接続されている。
ここで、セルモジュール31−1〜31−24、CMU32−1〜32−24およびBMU36の詳細構成について説明する。
図3は、セルモジュール、CMU及びBMUの詳細構成説明図である。
セルモジュール31−1〜31−24は、それぞれ、直列接続された複数(図2では、10個)の電池セル61−1〜61−10を備えている。
セルモジュール31−1〜31−24は、それぞれ、直列接続された複数(図2では、10個)の電池セル61−1〜61−10を備えている。
CMU32−1〜32−24は、対応するセルモジュール31−1〜31−24を構成している電池セルの電圧及び所定箇所の温度を測定するための電圧温度計測IC(Analog Front End IC:AFE-IC)62と、それぞれが対応するCMU32−1〜32−24全体の制御を行うMPU63と、BMU36との間でCAN通信を行うためのCAN(Controller Area Network)規格に則った通信コントローラ64と、セル毎の電圧に相当する電圧データ及び温度データを格納するメモリ65と、を備えている。
以下の説明において、セルモジュール31−1〜31−24のそれぞれと、対応するCMU32−1〜32−24と、を合わせた構成については、電池モジュール37−1〜37−24と呼ぶものとする。例えば、セルモジュール31−1と対応するCMU32−1を合わせた構成を電池モジュール37−1と呼ぶものとする。
また、BMU36は、BMU36全体を制御するMPU71と、CMU32−1〜32−24との間でCAN通信を行うためのCAN規格に則った通信コントローラ72と、CMU32−1〜32−24から送信された電圧データ及び温度データを格納するメモリ73と、ゲートウェイ装置24あるいは電池ユニット23−2〜23−MのBMU36との間でCAN通信を行うためのCAN規格に則った通信コントローラ74と、を備えている。
蓄電池制御コントローラ5は、自然エネルギー発電ユニット1の発電電力を検出し、この発電電力が電力系統へ及ぼす影響を緩和するために、蓄電池装置11を用いて発電電力の出力変動抑制を行なっている。ここで、蓄電池装置11に対する変動抑制量は当該蓄電池制御コントローラ5あるいはその上位制御装置6で算出し、蓄電池装置11に対応するPCS(Power Conditioning System)12に充放電指令として与えられる。
次に蓄電池装置11におけるセルバランス実行動作について説明する。
以下においては、蓄電池装置11のセルバランス実行判定動作を電池ユニット23−1で行う場合に、実際のセルバランス実行判定動作を電池ユニット23−1のBMU36が行う場合を例として説明する。
以下においては、蓄電池装置11のセルバランス実行判定動作を電池ユニット23−1で行う場合に、実際のセルバランス実行判定動作を電池ユニット23−1のBMU36が行う場合を例として説明する。
図4は、実施形態のセルバランス実行判定動作の処理フローチャートである。
電池ユニット23−1のBMU36は、ゲートウェイ装置24あるいは電池ユニット23−2〜23−MのBMU36と接続されている通信コントローラ74及び上位通信バス(CAN)を介して、当該上位通信バスに接続されている他の電池ユニット23−2〜23−Mのコンタクタ35の開閉状態を取得する(ステップS11)。
電池ユニット23−1のBMU36は、ゲートウェイ装置24あるいは電池ユニット23−2〜23−MのBMU36と接続されている通信コントローラ74及び上位通信バス(CAN)を介して、当該上位通信バスに接続されている他の電池ユニット23−2〜23−Mのコンタクタ35の開閉状態を取得する(ステップS11)。
次に電池ユニット23−1のBMU36は、全ての電池ユニット23−1〜23−Mのコンタクタ35が開いているか否かを判別する(ステップS12)。
ステップS12の判別において、全ての電池ユニット23−1〜23−Mのコンタクタ35が開いている場合には(ステップS12;Yes)、電池ユニット23−1のBMU36は、上位通信バスに接続されている他の電池ユニット23−2〜23−Mを構成しているセルモジュール31−1〜31−24のうち、最大セル電圧(最大セルモジュール電圧)と最小セル電圧(最小セルモジュール電圧)と、を取得する(ステップS13)。
ステップS12の判別において、全ての電池ユニット23−1〜23−Mのコンタクタ35が開いている場合には(ステップS12;Yes)、電池ユニット23−1のBMU36は、上位通信バスに接続されている他の電池ユニット23−2〜23−Mを構成しているセルモジュール31−1〜31−24のうち、最大セル電圧(最大セルモジュール電圧)と最小セル電圧(最小セルモジュール電圧)と、を取得する(ステップS13)。
続いて、電池ユニット23−1のBMU36は、電池ユニット23−1〜23−M毎に最大セル電圧と最小セル電圧との差(差電圧)を計算する(ステップS14)。
次に電池ユニット23−1のBMU36は、いずれかの電池ユニット23−1〜23−Mにおいて、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値以下となっているか否かを判別する(ステップS15)。
次に電池ユニット23−1のBMU36は、いずれかの電池ユニット23−1〜23−Mにおいて、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値以下となっているか否かを判別する(ステップS15)。
ステップS15の判別において、いずれかの他の電池ユニット23−2〜23−Mにおいて、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値以下となっている場合には(ステップS15;Yes)、電池ユニット23−1のBMU36は、最小値判別部及び制御部として機能し、電池ユニット内で最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値以下となっている電池ユニットの内、最小の最小セル電圧をセルバランス目標電圧に設定し(ステップS16)、処理をステップS17に移行する。
一方、ステップS15の判別において、いずれの電池ユニット23−2〜23−Mにおいても、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値以下となっていない場合には(ステップS15;No)、すなわち、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値を超えている場合には、電池ユニット23−1のBMU36は、当該電池ユニット23−1の最小セル電圧をセルバランス目標電圧に設定する(ステップS18)。
これは、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値を超えている場合には、何らかの故障を抱えている可能性がある電池ユニットであるので、セルバランス目標電圧をそれらにしたがって設定しないようにするためである。
なお、以上の説明は、あくまで通常運用時のセルバランス処理であり、メンテナンスなどにより、最大セル電圧と最小セル電圧との差が所定値を超えている場合等においては、電池ユニット23−1のBMU36に明示の指示を与えることにより、セルバランス目標電圧をそれらにしたがって設定するようにすることも可能である。
そして、電池ユニット23−1のBMU36は、セルバランス目標電圧にしたがって、セルバランス処理を実行して、処理を終了する(ステップS17)。
そして、電池ユニット23−1のBMU36は、セルバランス目標電圧にしたがって、セルバランス処理を実行して、処理を終了する(ステップS17)。
また、ステップS12の判別において、全ての電池ユニット23−1〜23−Mのコンタクタ35が開いているのではない場合には(ステップS12;No)、すなわち、一部の電池ユニットのコンタクタ35が閉じている場合には、電池ユニット23−1のBMU36は、上位通信バスに接続されている他の電池ユニット23−2〜23−Mの主回路電圧を取得する(ステップS20)。
続いて、電池ユニット23−1のBMU36は、コンタクタ35が閉じている他の電池ユニットの主回路電圧と、当該電池ユニット23−1の主回路電圧とを比較し、当該電池ユニット23−1(自電池ユニット)の主回路電圧が同じか高いか否かを判別する(ステップS21)。
ステップS21の判別において、コンタクタ35が閉じている他の電池ユニットの主回路電圧が、当該電池ユニット23−1の主回路電圧に対し、同じか高い場合には(ステップS21;Yes)、処理を再びステップS13に移行し、以下同様の処理を行う。
一方、コンタクタ35が閉じている他の電池ユニットの主回路電圧が、当該電池ユニット23−1の主回路電圧に対し低い場合には(ステップS21;No)、電池ユニット23−1のBMU36は、セルバランス処理を行わずに処理を終了する。
これは、当該電池ユニット23−1の電圧がより一層他の電池ユニット23−2〜23−Mから乖離して、コンタクタ35が閉じなくなってしまう虞があるので、これを防止するためである。
以上の説明のように、本実施形態によれば、異常状態にある電池セルの電圧を参照してセルバランス処理を行ってしまうことを抑制して、蓄電池装置11を構成している電池セル(あるいは、セルモジュール)に異常が発生した場合であっても、その影響が波及することを抑制して、蓄電池システム3の可用性を高めることができる。
本実施形態の蓄電池管理装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
また、本実施形態の蓄電池管理装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の蓄電池管理装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態の蓄電池管理装置のプログラムを、ROM等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
また、本実施形態の蓄電池管理装置のプログラムを、ROM等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
本実施形態の蓄電池管理装置で実行されるプログラムは、上述した各部(最小値判別部、制御部)を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU(プロセッサ)が上記記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、最小値判別部、制御部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
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。
そこで、本発明はこれを解決するためになされたものであり、電池ユニットを構成している電池セル(あるいはセルモジュール)に異常があった場合でも影響の波及を抑制して可用性を高めた蓄電池管理装置、方法及びプログラムを提供することを目的としている。
実施形態の蓄電池管理装置は、複数の電池セルを有する複数の電池ユニットと、複数の電池ユニットとそれぞれコンタクタを介して接続され、主回路と接続された電力調整装置と、を備えた蓄電池システムにおいて電池ユニット毎に設けられ、対応する電池ユニットの管理を行う。
最小値判別部は、前記電力調整装置と同一の通信バスを介して接続されている全ての電池ユニットにおいて、各電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットのうち、最小セル電圧の最小値を判別する。
制御部は、通信バスを介して接続されている全ての電池ユニット中に、最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットが存在する場合には、最小値判別部により判別された前記最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している電池ユニットのセルバランス処理の制御を行うとともに、通信バスを介して接続されている全ての前記電池ユニットのそれぞれにおいて最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値を超えている場合には、自己が管理している電池ユニットを構成している電池セルの最小セル電圧をセルバランス目標電圧としてセルバランス処理の制御を行う。
最小値判別部は、前記電力調整装置と同一の通信バスを介して接続されている全ての電池ユニットにおいて、各電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットのうち、最小セル電圧の最小値を判別する。
制御部は、通信バスを介して接続されている全ての電池ユニット中に、最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である電池ユニットが存在する場合には、最小値判別部により判別された前記最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している電池ユニットのセルバランス処理の制御を行うとともに、通信バスを介して接続されている全ての前記電池ユニットのそれぞれにおいて最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値を超えている場合には、自己が管理している電池ユニットを構成している電池セルの最小セル電圧をセルバランス目標電圧としてセルバランス処理の制御を行う。
Claims (5)
- 複数の電池セルを有する複数の電池ユニットと、前記複数の電池ユニットと、それぞれコンタクタを介して接続され、主回路と接続された電力調整装置と、を備えた蓄電池システムにおいて前記電池ユニットの管理を行う蓄電池管理装置であって、
各前記電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である前記電池ユニットのうち、前記最小セル電圧の最小値を判別する最小値判別部と、
前記最小値判別部により判別された前記最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している前記電池ユニットのセルバランス処理の制御を行う制御部と、
を備えた蓄電池管理装置。 - 前記制御部は、前記電力調整装置と通信バスを介して接続されている全ての前記電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値を超えている場合に、前記自己が管理している前記電池ユニットを構成している電池セルの最小セル電圧をセルバランス目標電圧として前記セルバランス処理の制御を行う、
請求項1記載の蓄電池管理装置。 - 前記電力調整装置と前記通信バスを介して接続され、前記通信バスを介して、当該通信バスに接続されている他の前記電池ユニットから前記最大セル電圧及び前記最小セル電圧を取得する、
請求項1又は請求項2記載の蓄電池管理装置。 - 複数の電池セルを有する複数の電池ユニットと、前記複数の電池ユニットと、それぞれコンタクタを介して接続され、主回路と接続された電力調整装置と、を備えた蓄電池システムにおいて前記電池ユニットの管理を行う蓄電池管理装置で実行される方法であって、
各前記電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である前記電池ユニットのうち、前記最小セル電圧の最小値を判別する過程と、
前記判別された前記最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している前記電池ユニットのセルバランス処理の制御を行う過程と、
を備えた方法。 - 複数の電池セルを有する複数の電池ユニットと、前記複数の電池ユニットと、それぞれコンタクタを介して接続され、主回路と接続された電力調整装置と、を備えた蓄電池システムにおいて前記電池ユニットの管理を行う蓄電池管理装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
各前記電池ユニットを構成している電池セルの最大セル電圧及び最小セル電圧の差が所定値以下である前記電池ユニットのうち、前記最小セル電圧の最小値を判別する手段と、
前記判別された前記最小セル電圧の最小値をセルバランス目標電圧として自己が管理している前記電池ユニットのセルバランス処理の制御を行う手段と、
して機能させるプログラム。
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