KR20170042493A - 축전지 장치, 축전지 시스템, 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태의 축전지 장치는, 전지 셀을 구비한 셀 모듈이 복수, 직렬로 접속되는 전지반이 복수 병렬로 접속되는 축전지 장치이며, 셀 모듈의 성능값을 취득하는 성능값 취득부와, 취득된 상기 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 하나의 전지반에 재배치된 후의 셀 모듈의 성능값의 변동이 재배치 전보다 작아지도록, 복수의 전지반의 사이에서, 셀 모듈의 재배치를 행하게 하기 위한 재배치 정보를 생성하는 정보 생성부를 구비하므로, 전지 모듈의 재배치 작업에 있어서, 작업 스페이스, 작업 노력 및 작업 시간의 저감을 도모할 수 있다.

Description

축전지 장치, 축전지 시스템, 방법 및 프로그램{STORAGE BATTERY DEVICE, STORAGE BATTERY SYSTEM, METHOD, AND PROGRAM}
본 발명의 실시 형태는, 축전지 장치, 축전지 시스템, 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
최근 들어, 리튬 이온 전지와 같은 에너지 밀도가 높고, 장수명인 이차 전지가 개발되어, 차량 탑재용 이차 전지로서의 이용에 머물지 않고, 전력 계통의 안정화를 목적으로 한 정치형 축전지로의 이용이 확대되고 있다. 정치형 축전지 시스템의 기대 수명은 15 내지 20년으로 길지만, 이차 전지의 수명은 사용 방법이나 주위 환경의 차이에 따라 변하기 때문에, 전지 열화의 진행 정도가 불균일해지거나, 급속하게 전지 열화가 진행되거나 하는 것 등이 우려된다. 또한, 전지 셀의 특성 변동에 따라, 전지 열화의 진행 속도가 상이한 경우도 생각할 수 있다. 특히, 리튬 이온 전지를 사용한 대규모 축전지 시스템에서는, 대출력·대용량의 축전지를 구축하기 위해, 다수의 전지 셀을 다 직렬·다 병렬로 조합하여 사용하게 된다.
이 경우, 전지 셀 사이에 열화 상태의 변동이 발생하면, 축전지 시스템 전체의 성능 저하가 현저하게 드러난다는 문제가 발생한다.
즉, 정치형 축전지 시스템 등을 구성하는 조전지에서는, 직렬 접속된 전지 모듈 군(전지 유닛)에 있어서, 각 전지 모듈(또는, 전지 셀) 사이에 열화 상태의 변동이 발생하면, 그 전지 모듈 군 전체의 성능은 가장 열화가 큰 전지 모듈(또는, 전지 셀)에 의해 결정되고, 성능 저하가 현저하게 드러나는 것이다.
각 전지 모듈 사이의 열화 상태에 변동이 발생한 경우, 열화 상태에 따라서 전지 모듈의 배치를 재배열하여, 전체 성능의 회복을 도모하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2014-127404호 공보 일본 특허 공개 제2014-075317호 공보 일본 특허 공개 제2014-119397호 공보 일본 특허 공개 제2014-023362호 공보 일본 특허 공개 제2014-041747호 공보 일본 특허 공개 제2014-110198호 공보 일본 특허 공개 제2015-008040호 공보 일본 특허 공개 제2013-137867호 공보
그러나, 이들 공지 기술에서는 각 전지 모듈의 열화 상태에 따라, 모든 전지 모듈을 재배열하여 재배치하는 방법이 제안되어 있어, 전지 모듈의 교환에는 넓은 작업 스페이스를 확보해야만 하고, 엄청난 노력과 시간을 필요로 했었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 전지 모듈의 재배치 작업에 있어서, 작업 스페이스, 작업 노력 및 작업 시간의 저감을 도모하는 것이 가능한 축전지 장치, 축전지 시스템, 방법 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
실시 형태의 축전지 장치는, 전지 셀이 직렬로 접속된 축전지 장치이다.
그리고, 대응하는 전지 셀에 대하여 역방향 접속된 다이오드와, 다이오드와 직렬로 접속된 전류 제한용 소자를 구비한 바이패스 회로를, 전지 셀 각각에 대하여 병렬 접속하고 있다.
도 1은 실시 형태의 축전지 시스템을 구비한 자연 에너지 발전 시스템의 개요 구성도이다.
도 2는 실시 형태의 축전지 시스템의 개요 구성 블록도이다.
도 3은 셀 모듈, CMU 및 BMU의 상세 구성 설명도이다.
도 4는 셀 모듈의 성능이 균일한 경우의 전지반 유닛의 성능 설명도이다.
도 5는 셀 모듈의 성능에 변동이 발생한 경우의 전지반 유닛의 성능 설명도이다.
도 6은 재배치 정보의 산출 및 제시 처리의 처리 흐름도이다.
도 7은 재배치처 설정 수순의 설명도(첫 번째)이다.
도 8은 재배치처 설정 수순의 설명도(두 번째)이다.
도 9는 재배치처 설정 수순의 설명도(세 번째)이다.
도 10은 재배치 완료 후의 셀 모듈의 배치 위치의 설명도이다.
도 11은 셀 모듈의 재배치 후의 전지반 유닛의 성능 설명도이다.
다음으로 도면을 참조하여 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 실시 형태의 축전지 시스템을 구비한 자연 에너지 발전 시스템의 개요 구성도이다.
자연 에너지 발전 시스템(100)은, 전력 시스템으로서 기능하고, 태양광, 수력, 풍력, 바이오매스, 지열 등의 자연 에너지(재생 가능 에너지)를 이용하여, 계통 전력으로서 출력 가능한 자연 에너지 발전 유닛(1)과, 자연 에너지 발전 유닛(1)의 발전 전력을 측정하는 전력계(2)와, 전력계(2)의 측정 결과에 기초하여 자연 에너지 발전 유닛(1)의 잉여 전력을 충전하고, 부족 전력을 방전하여 자연 에너지 발전 유닛(1)의 발전 전력에 중첩하여 출력하는 축전지 시스템(3)과, 자연 에너지 발전 유닛(1)의 출력 전력(축전지 시스템(3)의 출력 전력이 중첩되어 있는 경우도 포함)의 전압 변환을 행하는 변압기(4)와, 축전지 시스템(3)의 로컬적인 제어를 행하는 축전지 제어 컨트롤러(5)와, 축전지 제어 컨트롤러(5)의 리모트 제어를 행하는 상위 제어 장치(6)를 구비하고 있다.
도 2는 실시 형태의 축전지 시스템의 개요 구성 블록도이다.
축전지 시스템(3)은 크게 구별하면, 전력을 축적하는 축전지 장치(11)와, 축전지 장치(11)로부터 공급된 직류 전력을 원하는 전력 품질을 갖는 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 전력 변환 장치(PCS: Power Conditioning System)(12)를 구비하고 있다.
축전지 장치(11)는, 크게 구별하면, 복수의 전지반 유닛(21-1 내지 21-N(N은 자연수))과, 전지반 유닛(21-1 내지 21-N)이 접속된 전지 단자반(22)을 구비하고 있다.
전지반 유닛(21-1 내지 21-N)은, 서로 병렬로 접속된 복수의 전지반(23-1 내지 23-M(M은 자연수))과, 게이트웨이 장치(24)와, 후술하는 BMU(Battery Management Unit: 전지 관리 장치) 및 CMU(Cell Monitoring Unit: 셀 감시 장치)에 동작용 직류 전원을 공급하는 직류 전원 장치(25)를 구비하고 있다.
여기서, 전지 유닛의 구성에 대하여 설명한다.
전지반(23-1 내지 23-M)은, 각각, 고전위측 전원 공급 라인(고전위측 전원 공급선) LH 및 저전위측 전원 공급 라인(저전위측 전원 공급선) LL을 통하여, 출력 전원 라인(출력 전원선; 모선) LHO, LLO에 접속되고, 주 회로인 전력 변환 장치(12)에 전력을 공급하고 있다.
전지반(23-1 내지 23-M)은 동일 구성이므로, 전지반(23-1)을 예로서 설명한다.
전지반(23-1)은, 크게 구별하면, 복수(도 1에서는 24개)의 셀 모듈(31-1 내지 31-24))과, 셀 모듈(31-1 내지 31-24)에 각각 설치된 복수(도 1에서는 24개)의 CMU(32-1 내지 32-24)와, 셀 모듈(31-12)과 셀 모듈(31-13)의 사이에 설치된 서비스 디스커넥트(33)와, 전류 센서(34)와, 컨택터(35)를 구비하고, 복수의 셀 모듈(31-1 내지 31-24), 서비스 디스커넥트(33), 전류 센서(34) 및 컨택터(35)는 직렬로 접속되어 있다.
여기서, 셀 모듈(31-1 내지 31-24)은, 전지 셀을 복수, 직병렬로 접속하여 조전지를 구성하고 있다. 그리고, 복수의 직렬 접속된 셀 모듈(31-1 내지 31-24)로 조전지 군을 구성하고 있다.
또한 전지반(23-1)은, BMU(36)를 구비하고, 각 CMU(32-1 내지 32-24)의 통신 라인, 전류 센서(34)의 출력 라인은, BMU(36)에 접속되어 있다.
BMU(36)는, 게이트웨이 장치(24)의 제어 하에서, 전지반(23-1) 전체를 제어하고, 각 CMU(32-1 내지 32-24)와의 통신 결과(후술하는 전압 데이터 및 온도 데이터) 및 전류 센서(34)의 검출 결과에 기초하여 컨택터(35)의 개폐 제어를 행한다.
다음으로 전지 단자반의 구성에 대하여 설명한다.
전지 단자반(22)은 전지반 유닛(21-1 내지 21-N)에 대응시켜서 설치된 복수의 반차단기(41-1 내지 41-N)와, 축전지 장치(11) 전체를 제어하는 마이크로컴퓨터로서 구성된 마스터(Master) 장치(42)를 구비하고 있다.
마스터 장치(42)에는, 전력 변환 장치(12)와의 사이에, 전력 변환 장치(12)의 UPS(Uninterruptible Power System)(12A)를 통하여 공급되는 제어 전원선(51)과, 이더넷(등록 상표)으로서 구성되며, 제어 데이터의 주고받기를 행하는 제어 통신선(52)이 접속되어 있다.
여기서, 셀 모듈(31-1 내지 31-24), CMU(32-1 내지 32-24) 및 BMU(36)의 상세 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 셀 모듈, CMU 및 BMU의 상세 구성 설명도이다.
셀 모듈(31-1 내지 31-24)은, 각각 직렬 접속된 복수(도 3에서는 10개)의 전지 셀(61-1 내지 61-10)을 구비하고 있다.
CMU(32-1 내지 32-24)는, 대응하는 셀 모듈(31-1 내지 31-24)을 구성하고 있는 전지 셀의 전압 및 소정 지점의 온도를 측정하기 위한 전압 온도 계측 IC(Analog Front End IC: AFE-IC)(62)와, 각각이 대응하는 CMU(32-1 내지 32-24) 전체의 제어를 행하는 MPU(63)와, BMU(36)와의 사이에서 CAN 통신을 행하기 위한 CAN(Controller Area Network) 규격에 준한 통신 컨트롤러(64)와, 셀 마다의 전압에 상당하는 전압 데이터 및 온도 데이터를 저장하는 메모리(65)를 구비하고 있다.
이하의 설명에 있어서, 셀 모듈(31-1 내지 31-24) 각각과, 대응하는 CMU(32-1 내지 32-24)를 합한 구성에 대해서는, 전지 모듈(37-1 내지 37-24)이라 부르기로 한다. 예를 들어, 셀 모듈(31-1)과 대응하는 CMU(32-1)를 합한 구성을 전지 모듈(37-1)이라 부르기로 한다.
또한, BMU(36)는, BMU(36) 전체를 제어하는 MPU(71)와, CMU(32-1 내지 32-24)와의 사이에서 CAN 통신을 행하기 위한 CAN 규격에 준한 통신 컨트롤러(72)와, CMU(32-1 내지 32-24)로부터 송신된 전압 데이터 및 온도 데이터를 저장하는 메모리(73)를 구비하고 있다.
축전지 제어 컨트롤러(5)는, 자연 에너지 발전 유닛(1)의 발전 전력을 검출하고, 이 발전 전력이 전력 계통에 미치는 영향을 완화하기 위해서, 축전지 장치(11)를 사용하여 발전 전력의 출력 변동 억제를 행하고 있다. 여기서, 축전지 장치(11)에 대한 변동 억제량은 당해 축전지 제어 컨트롤러(5) 또는 그 상위 제어 장치(6)에서 산출하고, 축전지 장치(11)에 대응하는 PCS(Power Conditioning System)(12)에 충방전 지령으로서 부여된다.
다음으로 실시 형태의 동작 설명에 앞서, 리튬 이온 전지를 사용한 축전지 시스템을 예로 들어, 일반적인 축전지의 열화 현상을 설명한다.
열화에 따라 변화하는 전지 특성으로서, 내부 저항과 전지 용량이 있다. 전지 용량은 경시적으로 감소 경향을 나타내고, 전지의 내부 저항은 반대로 증가 경향을 나타낸다. 전지 용량이 감소하는 요인 중 하나로 내부 저항의 증가를 들 수 있다.
또한, 일반적으로 전지 온도가 높을수록, 전지의 열화 속도는 빨라진다. 그로 인해, 전지반 내에서 전지 온도의 변동이 발생하면, 전지 온도가 높은 모듈의 열화가 진행되기 쉬워진다. 예를 들어, 전지의 충방전에 따라 전지 내부의 발열이 발생하고, 전지의 온도가 상승한다. 전지로부터 발생한 열은 전지반의 상부에 모이고, 상부에 배치된 전지일수록 온도가 높아지는 경향이 있다. 또한, PCS 등의 기기에 의한 발열이나 배열에 따라, 인접하는 전지반의 온도가 높아지는 것도 생각할 수 있다. 이와 같이, 전지반 내의 온도 분포에 변동이 발생하면, 전지 온도가 높은 전지 셀이나 전지 모듈의 열화가 빨라질 것이 우려된다.
여기서, 축전지 시스템(3)과 같이, 전지 셀(61-1 내지 61-10)이나 셀 모듈(31-1 내지 31-24)을 다직렬·다병렬로 조합한 조전지에 있어서, 전지 셀(61-1 내지 61-10)이나 셀 모듈(31-1 내지 31-24) 사이의 열화 상태에 변동이 발생한 경우를 생각해 본다.
셀 모듈(31-1 내지 31-24) 중에서, 직렬 접속된 전지 셀(61-1 내지 61-10)을 보면, 셀 모듈(31-1 내지 31-24)의 용량(Ah: Ampere per Hour)은, 각 셀 모듈(31-1 내지 31-24)을 구성하고 있는 최소 용량의 전지 셀(61-1 내지 61-10)의 용량으로 규정된다. 예를 들어, 최대 용량의 전지 셀(예를 들어, 전지 셀(61-10))에 맞추어 완방전부터 만충전까지 행하면, 다른 전지 셀(상술한 예의 경우, 전지 셀(61-1 내지 61-9))은 과방전 또는 과충전이 되어 버리기 때문이다.
마찬가지로, 전지반(23-1 내지 23-M) 중에서 직렬 접속된 셀 모듈(31-1 내지 31-24)을 보면, 전지반(23-1 내지 23-M)의 용량(Ah)은, 각 전지반(23-1 내지 23-M)을 구성하고 있는 최소 용량의 셀 모듈(31-1 내지 31-24)의 용량으로 규정된다. 예를 들어, 최대 용량의 셀 모듈(예를 들어, 셀 모듈(31-1))에 맞추어 완방전으로부터 만충전까지 행하면, 다른 셀 모듈(상술한 예의 경우, 셀 모듈(31-2 내지 31-24))은 과방전 또는 과충전이 되어 버리기 때문이다.
즉, 용량에 대해서는 직렬 구성 내에서 가장 성능이 낮은 전지 셀의 성능 또는 셀 모듈의 성능이, 직렬 구성 전체 성능을 결정짓게 된다.
이에 반해, 병렬 접속된 전지반(23-1 내지 23-M)을 생각해 보면, 각 전지반 유닛(21-1 내지 21-N)의 용량은, (적어도 정적으로는) 각 전지반(23-1 내지 23-M)의 용량의 합계가 된다.
또한 축전지 장치(11) 전체의 용량은, (적어도 정적으로는) 각 전지반 유닛(21-1 내지 21-N)의 용량의 합계가 된다.
따라서, 축전지 장치(11)의 성능 저하에 대해서, 전지반 유닛(21-1)을 모델화하여 생각하기로 한다.
또한, 이해의 용이함과, 설명의 간략화를 위해, 전지반 유닛(21-1)이, 세개의 전지반(23-1 내지 23-3)을 구비하는 것으로 하고, 전지반(23-1 내지 23-3)은, 각각 세개의 셀 모듈(31-1 내지 31-3)을 구비하는 것으로 한다.
이하의 설명에 있어서는, 전지반(23-1 내지 23-3)을 구성하고 있는 각각의 셀 모듈(31-1 내지 31-3)을 식별하기 위해서, 전지반(23-1)의 셀 모듈(31-1 내지 31-3)을 셀 모듈 C1 내지 C3으로서 도시하고, 전지반(23-2)의 셀 모듈(31-1 내지 31-3)을 셀 모듈 C4 내지 C6으로서 도시하고, 전지반(23-3)의 셀 모듈(31-1 내지 31-3)을 셀 모듈 C7 내지 C9로서 도시한다.
즉, 전지반 유닛(21-1)은, 총계 9개의 셀 모듈 C1 내지 C9를 포함하고 있는 것으로 한다.
도 4는 셀 모듈의 성능이 균일한 경우의 전지반 유닛의 성능 설명도이다.
각 셀 모듈 C1 내지 C9에 부여된 성능값은, 예를 들어 각 셀 모듈을 구성하고 있는 전지 셀(전지 셀(61-1 내지 61-9)) 또는 셀 모듈 C1 내지 C9에 대한 내부 저항의 측정 결과에 기초하여, 각 셀 모듈 C1 내지 C9의 열화 상태를 나타낸 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 열화가 진행될수록 내부 저항이 증가하고, 충방전 가능한 용량은 반대로 감소한다.
도 4에 나타낸 셀 모듈 C1 내지 C9의 성능값은, 셀 모듈 C1 내지 C9의 내부 저항이나 각 셀 모듈 C1 내지 C9를 구성하고 있는 전지 셀의 용량에 기초하여 산출된 전지의 열화 상태를 10단계로 간략적으로 나타낸 것이다. 즉, 성능값이 높을수록(도 4의 예의 경우, 값이 10에 가까울수록) 열화가 적음을 나타낸다.
그런데, 각 전지반(23-1 내지 23-3)의 성능은, 직렬 접속된 세개의 셀 모듈에 대응하는 성능값 중, 최솟값에 의해 결정된다. 한편, 전지반 유닛(21-1) 전체 성능은, 전지반(23-1 내지 23-3)의 성능값의 합계값이 된다.
도 4에는, 셀 모듈 C1 내지 C9의 성능이 균일하고(셀 모듈의 성능값에 변동이 전혀 없음), 또한 성능이 높은 경우(예를 들어, 초기 상태)의 전지반 유닛(21-1)을 상정한 상태를 나타내고 있다.
도 4의 예의 경우, 전지반(23-1) 전체의 성능값은 30(=10+10+10)이 된다. 마찬가지로, 전지반(23-2) 전체의 성능값은 30(=10+10+10)이 되고, 전지반(23-3) 전체의 성능값은 30(=10+10+10)이 된다.
도 5는 셀 모듈의 성능에 변동이 발생한 경우의 전지반 유닛의 성능 설명도이다.
그런데, 전지 셀(61-1 내지 61-10)을 구성하고 있는 이차 전지는, 충방전 사이클이나 경년 열화에 의해 열화가 진행되는데, 열화의 진행 정도는 사용 상황이나 주위 환경(온도, 습도) 등에 따라 상이하기 때문에, 각 셀 모듈 C1 내지 C9가 균등하게 열화되어 간다고 할 수만은 없다.
예를 들어, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전지반 유닛(21-1)을 구성하는 셀 모듈 C1 내지 C9의 성능값에 변동이 발생한 경우에는, 성능값이 높은 셀 모듈이 존재해도, 전지반(23-1 내지 23-3)의 성능은, 직렬 접속된 세개의 셀 모듈에 대응하는 성능값 중, 최솟값에 의해 정해지기 때문에, 전지반 유닛(21-1) 전체의 성능값은 6(=3+2+1)으로 내려가 버린다.
이와 같이, 셀 모듈 C1 내지 C9의 성능값에 변동이 보이는 전지반 유닛(21-1)에 있어서는, 셀 모듈 C1 내지 C9의 배치를 변경함으로써, 각 전지반(23-1 내지 23-3)의 성능을 개선(회복)하고, 나아가서는, 전지반 유닛(21-1)의 성능을 개선(회복)할 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 직렬 접속된 셀 모듈 군에서는, 가장 성능값이 낮은 셀 모듈(또는 전지 셀)이 제약이 되어, 충방전 가능한 용량이 결정된다.
한편, 병렬 접속된 전지반(23-1 내지 23-3) 사이에 성능 변동이 발생한 경우에는, 전지반 유닛(21-1)의 용량은, 전지반(23-1 내지 23-3) 용량의 합계가 된다.
그로 인해, 셀 모듈 C1 내지 C9의 성능값의 변동의 영향은, 직렬 접속된 경우와 비교하여, 병렬 접속인 경우에는 적다. 엄밀하게는 병렬 접속된 전지반(23-1 내지 23-3) 사이에 내부 저항 차가 발생한 경우, 각 전지반(23-1 내지 23-3)을 흐르는 충방전 전류는 불균일해지고, SOC가 변화함과 함께, 그것들의 거동은 매우 복잡한 것이 된다.
따라서, 단순하게 각 전지반(23-1 내지 23-3)의 용량을 합계한 경우와 비교하여, 충방전 가능한 용량은 적어지는 경향이 되지만, 직렬 접속된 셀 모듈 C1 내지 C9 사이에 성능 차가 발생한 경우와 비교하면, 그 영향은 적다고 생각된다.
따라서, 직렬 접속된 셀 모듈 C1 내지 C9 사이의 성능 차를 억제하도록, 셀 모듈의 재배치를 행하면, 각 전지반(23-1 내지 23-3), 나아가서는, 전지반 유닛(21-1)의 용량 저하를 개선(회복)할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 전지반(23-1 내지 23-3) 내의 셀 모듈 C1 내지 C9의 배열 방법은 임의로 하고, 각 전지반(23-1 내지 23-3)을 각각 구성하고 있는 셀 모듈의 성능값의 차를 최소화하도록 셀 모듈 C1 내지 C9의 재배치를 행할 수 있게 함으로써, 최소한의 수고로 각 전지반(23-1 내지 23-3)의 성능을 개선(회복)함으로써, 전지반 유닛(21-1)의 용량(성능), 즉, 시스템 성능의 개선(회복)을 도모하고 있다.
이어서, 각 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 셀 모듈의 재배치를 행하기 위한 재배치 정보의 산출 및 제시 수순에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 재배치 정보의 산출 및 제시를 상위 제어 장치(6)가 행하는 경우에 대하여 설명한다.
도 6은 재배치 정보의 산출 및 제시 처리의 처리 흐름도이다.
먼저, 상위 제어 장치(6)는, 축전지 제어 컨트롤러(5), PCS(12) 및 각 전지반 유닛(21-1 내지 21-N)을 구성하고 있는 전지반(23-1 내지 23-M)의 BMU(36)를 통하여, CMU(32-1) 내지 CMU(32-24)에 대해, 셀 모듈(31-1 내지 31-24)을 구성하고 있는 전지 셀의 내부 저항 또는 전지 용량을 측정 또는 추정시켜, 셀 모듈(31-1 내지 31-24)마다의 성능값을 취득시키고, 통지시킨다(스텝 S11).
이어서, 상위 제어 장치(6)는, 각 전지반 유닛(21-1 내지 21-N)을 구성하고 있는 전지반(23-1 내지 23-M)의 BMU(36), PCS(12) 및 축전지 제어 컨트롤러(5)를 통하여 통지된 각 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 셀 모듈의 순위 부여를 행한다(스텝 S12).
구체적으로는, 성능값이 높은 순서대로 순위를 설정하고 있고, 도 5의 예의 경우, 셀 모듈 C1은 제5위, 셀 모듈 C2는 제7위, 셀 모듈 C3은 제4위, 셀 모듈 C4는 제1위, 셀 모듈 C5는 제8위, 셀 모듈 C6은 제6위, 셀 모듈 C7은 제3위, 셀 모듈 C8은 제2위, 셀 모듈 C9는 제9위로 순위 부여가 이루어진다.
이어서, 상위 제어 장치(6)는, 전지반(23-1 내지 23-3)에 대하여, 스텝 S12에서 판정한 순위순으로 전지반(23-1 내지 23-3)의 각각에 배치 가능한 최대수씩 셀 모듈을 통합하여 할당한다(스텝 S13).
구체적으로는, 예를 들어 전지반(23-1)에는, 성능값이 제1위 내지 제3위에 상당하는 셀 모듈(셀 모듈 C4, C8, C7)을 할당하고, 전지반(23-2)에는, 성능값이 제4위 내지 제6위에 상당하는 셀 모듈(셀 모듈 C3, C1, C6)을 할당하고, 전지반(23-3)에는, 성능값이 제7위 내지 제9위에 상당하는 셀 모듈(셀 모듈 C2, C5, C9)을 할당한다.
이에 의해, 각 전지반(23-1 내지 23-3)에 각각 할당된 후의 셀 모듈의 성능 차는, 할당 전의 상태보다도 작아져, 실제로 충전 또는 방전에 사용되지 않는 용량은 감소한다.
이어서 상위 제어 장치(6)는, 구체적인 셀 모듈의 재배치처를 결정한다(스텝 S14).
이 경우에 있어서, 전지반(23-1 내지 23-3) 각각에 있어서의 셀 모듈의 배치(직렬 접속순)는, 대응하는 전지반(23-1 내지 23-3)의 성능에는 영향을 주지 않고, 임의로 설정 가능하기 때문에, 할당 전과, 할당 후에 있어, 대응하는 전지반이 변함없는 셀 모듈(도 5의 예의 경우, 셀 모듈 C6 및 셀 모듈 C9)은, 재배치 대상으로부터 제외하고, 그대로 둔다. 이에 의해, 전지 모듈의 교환에 수반되는 수고를 삭감하면서, 축전지 시스템 전체의 성능 회복을 도모할 수 있다.
도 7은 재배치처 설정 수순의 설명도(첫 번째)이다.
예를 들어, 셀 모듈 C1은, 재배치 전에는, 전지반(23-1)에 배치되어 있지만, 재배치 후에는 전지반(23-2)에 배치될 필요가 있다.
여기서, 재배치처의 전지반(23-2)에 배치되어 있는 셀 모듈 C6은, 상술한 바와 같이 재배치 대상으로부터 제외되어 있기 때문에, 셀 모듈 C1의 재배치처는, 재배치 전의 전지반(23-2)의 셀 모듈 C4 또는 셀 모듈 C5의 배치 위치만이 된다.
마찬가지로, 도 7에 있어서는, 모든 재배치 대상의 셀 모듈 C1 내지 C5, C7 내지 C8의 각각에 대해서, 그래프 이론의 최단 경로 문제의 사고 방식을 적용하여, 각 셀 모듈의 배치 위치를 노드로서 파악하고, 원래의 배치 위치(노드)로부터 재배치처로의 이동 방향을 유향변(화살표)으로서 표시하고 있다. 즉, 재배치 시에, 실제로는, 각 셀 모듈은, 유향변을 따른 경로로 한번만 이동되는 것이지만, 재배치처(재배치 위치)의 검토에 있어서는, 재배치 가능 위치는, 하나 또는 복수 상정되어 있다.
예를 들어, 셀 모듈 C8에 대해서는, 재배치 전에는, 전지반(23-3)에 배치되어 있지만, 재배치 후에는, 전지반(23-1)에 배치될 필요가 있으므로, 셀 모듈 C8에 대해서는, 재배치 전의 전지반(23-1)의 셀 모듈 C1 내지 C3의 배치 위치가 각각 재배치 가능 위치가 된다. 이로 인해, 도 7에 있어서는, 3개의 유향변 L1 내지 L3이 표시되어 있다.
다음으로 상위 제어 장치(6)는, 모든 재배치 대상의 각 셀 모듈 C1 내지 C5, C7 내지 C8의 각각에 대해서, 도 7 중, 화살표로 표시한 유향변을 지나, 적어도 하나의 다른 셀 모듈의 배치 위치를 경유하고, 다시 원래의 셀 모듈의 배치 위치로 되돌아가는 최단 경로(최단 폐로)를 구함으로써 재배치 가능한 위치를 결정한다(스텝 S14).
즉, 가장 적은 셀 모듈의 이동으로 재배치 가능한 위치를 결정한다. 보다 구체적으로는, 하나의 재배치 대상의 셀 모듈을 재배치하는 데, 두 개의 셀 모듈의 이동(소위 배치 위치의 교환)으로 당해 두 개의 셀 모듈의 재배치가 완료될 경우, 당해 재배치 가능 위치가, 세개의 셀 모듈의 이동으로 당해 세개의 셀 모듈의 재배치가 완료되는 재배치 가능 위치보다도 우선적으로 채용된다.
이것은, 두 개의 셀 모듈 이동으로 당해 두 개의 셀 모듈의 재배치가 완료되는 경우 쪽이, 작업량이 적기 때문이다.
계속해서, 도 7에 도시한 유향 그래프를 참조하여, 보다 구체적으로 재배치처의 결정에 대하여 설명한다.
앞에서도 서술한 바와 같이, 도 7에 있어서, 셀 모듈 C6과 셀 모듈 C9는, 이동의 필요가 없는 셀 모듈이므로, 셀 모듈의 이동처를 나타내는 유효변이 존재하지 않는다.
그리고, 도 7에 도시한 유향 그래프를 사용하여, 재배치처를 검토하는 검토 대상의 셀 모듈의 원래의 배치 위치(노드)로부터 적어도 하나의 다른 셀 모듈의 배치 위치(노드)를 경유하여 원래의 검토 대상의 셀 모듈의 원래의 배치 위치(노드)에 되돌아가는 최단 경로(최단 폐로)를 구함으로써, 전지 모듈의 재배치 위치를 결정하고 있다.
이 경우에 있어서, 셀 모듈의 재배치처의 차이에 의한 재배치(이동) 비용, 즉, 셀 모듈의 제거, 셀 모듈의 이동, 셀 모듈의 설치 등의 교환의 수고는, 모두 동일하다고 가정하고, 유효변의 가중치(중량)는 모두 1로 하고 있다. 또한, 재배치처(이동처)에 의해 교환의 수고가 크게 바뀌는 경우에는, 당해 재배치에 대응하는 유효변의 가중치(중량)를 크게 하는 가중치 부여를 행함으로써, 재배치 비용을 고려한 재배치처를 설정하도록 구성하고, 교환의 수고를 고려하도록 하는 것도 가능하다.
실제의 처리에 있어서는, 셀 모듈 C1 내지 C9의 재배치 위치의 후보를 유향그래프로 나타낸 네트워크에 있어서, Dijkstra법이나 Bellman-Ford법 등의 최단 경로 문제를 푸는 알고리즘을 사용하여, 최단 경로를 도출하면 된다.
먼저, 도 7에 있어서, 현재의 배치 위치(제1 노드)에 있는 셀 모듈 C1의 재배치처를 구한다. 셀 모듈 C1의 재배치처의 후보로서는, 셀 모듈 C4의 배치 위치(제4 노드) 및 셀 모듈 C5의 배치 위치(제5 노드)로의 유향변 L11, L12로 표시되어 있다.
그러나, 셀 모듈 C4는, 셀 모듈 C1이 배치되어 있었던 전지반(23-1)으로 재배치해야 할 셀 모듈이므로, 유향변 L11로 나타내는 바와 같이 셀 모듈 C1의 배치 위치로부터 셀 모듈 C4의 배치 위치를 향하고, 유향변 L21로 나타내는 바와 같이, 당해 셀 모듈 C4의 배치 위치로부터 셀 모듈 C1의 배치 위치로 향하는 경로가, 최단 경로(최단 폐로)로 되어 있음을 알 수 있다.
즉, 셀 모듈 C1과, 셀 모듈 C4를 교환하면, 재배치가 완료됨을 알 수 있다.
이어서, 셀 모듈 C1과 셀 모듈 C4의 이동처는 결정했으므로, 셀 모듈 C1의 배치 위치(제1 노드) 또는 셀 모듈 C4의 배치 위치(제4 노드)를 시점 또는 종점으로 하는 유향변 L11, L12, L21 내지 L23을 모두 제거한다(검토 대상으로부터 제외함).
도 8은 재배치처 설정 수순의 설명도(두 번째)이다.
도 8에 있어서는, 도 7의 상태로부터 검토에 불필요한 유향변 L11, L12, L21 내지 L23을 제거한 상태가 도시되어 있다.
이어서, 현재의 배치 위치(제2 노드)에 있는 셀 모듈 C2의 재배치처를 구한다. 셀 모듈 C2의 재배치처의 후보로서는, 셀 모듈 C7의 배치 위치(제7 노드) 및 셀 모듈 C8의 배치 위치(제8 노드)로의 유효변 L31, L32로 표시되어 있다.
이 경우에 있어서, 셀 모듈 C7 및 셀 모듈 C8은, 모두 셀 모듈 C2가 배치되어 있었던 전지반(23-1)으로 재배치해야 할 셀 모듈이다. 따라서, 셀 모듈 C2의 배치 위치로부터 셀 모듈 C7의 배치 위치를 향하는 유향변 L31에 대응하는 경로 및 셀 모듈 C2의 배치 위치로부터 셀 모듈 C8의 배치 위치를 향하는 유향변 L32에 대응하는 경로 모두 최단 경로로 되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 어느 경로를 선택해도 문제는 없지만, 예를 들어 두 개의 셀 모듈의 교환의 경우에는, 먼저 처리한 측을 선택하는 것으로 하고, 당해 셀 모듈 C7의 배치 위치로부터 셀 모듈 C2의 배치 위치로 향하는 경로가, 최단 경로로서 선택된다.
이어서, 셀 모듈 C2와 셀 모듈 C7의 이동처는 결정했으므로, 셀 모듈 C2의 배치 위치(제2 노드) 또는 셀 모듈 C7의 배치 위치(제7 노드)를 시점 또는 종점으로 하는 유향변 L31, L32, L41, L42, L51을 모두 제거한다(검토 대상으로부터 제외함).
도 9는 재배치처 설정 수순의 설명도(세 번째)이다.
계속해서, 아직 재배치 위치가 결정되어 있지 않은 셀 모듈 C3, 셀 모듈 C5 및 셀 모듈 C8의 재배치처를 구하게 되지만, 도 9에 도시하는 바와 같이, 셀 모듈 C3의 배치 위치(제3 노드)로부터 셀 모듈 C5의 배치 위치(제5 노드)로 향하는 유향변 L61, 셀 모듈 C5의 배치 위치(제5 노드)로부터 셀 모듈 C8의 배치 위치(제8 노드)로 향하는 유향변 L62 및 셀 모듈 C8의 배치 위치(제8 노드)로부터 셀 모듈 C3의 배치 위치(제3 노드)로 향하는 유향변 L63밖에 남아있지 않고, 게다가 이 경로는, 최단 경로로 되어 있다.
즉, 셀 모듈 C3을 셀 모듈 C5의 배치 위치로 이동하고, 셀 모듈 C5를 셀 모듈 C8의 배치 위치로 이동하고, 셀 모듈 C8을 셀 모듈 C3의 배치 위치로 이동함으로써, 재배치가 완료됨을 알 수 있다.
도 10은 재배치 완료 후의 셀 모듈의 배치 위치의 설명도이다.
이상의 설명과 마찬가지의 수순에 따르면, 셀 모듈의 재배치가 완료되고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 전지반(23-1)에, 보다 성능값이 높은 셀 모듈을 배치하고, 전지반(23-3)에, 보다 성능값이 낮은 셀 모듈을 배치하고, 전지반(23-2)에 나머지 셀 모듈을 배치하고 있다.
도 11은 셀 모듈의 재배치 후의 전지반 유닛의 성능 설명도이다.
이 결과, 전지반(23-1 내지 23-3)의 사이에는, 도 11에 도시하는 바와 같이 비교적 큰 성능값의 차가 존재하지만, 각 전지반 내(23-1 내지 23-3)를 구성하고 있는 3개의 셀 모듈 사이의 성능값의 차는 작게 되어 있다.
이 결과, 전지반 유닛(21-1)으로서의 성능값=12가 되어, 재배치 전의 성능값=6에 비하여 개선되었음을 알 수 있다.
이상의 재배치 스케줄링에 의해, 셀 모듈의 재배치 방법이 결정된 후, 실제로 보수원 등이 셀 모듈의 교환을 행할 때에는, 도 7 내지 도 10에 도시한 교환 수순을 휴대 단말기 등에 순서대로 표시하거나, 인쇄물로서 프린트 아웃하거나 함으로써, 작업의 지원을 행하도록 하면 된다.
또한, 모든 교환 작업이 완료된 후, 각 전지 모듈의 재배치가 바르게 행해졌는지 여부를, 예를 들어 이하의 어느 한 방법으로 검사를 행한다.
(1) 셀 모듈마다 고유의 ID 정보를 기록(CMU 내의 기억부 등에 기록)하고, 이 ID 정보를 외부로부터 판독하는 인터페이스를 준비한다. 각 전지 모듈의 재배치 전후의 ID 정보를 대조함으로써, 재배치가 바르게 행해졌는지 여부의 검사를 행한다.
(2) 전지 모듈에 고유의 ID 정보가 부여되어 있지 않은 경우에는, 각 전지 모듈의 재배치 후에 내부 저항 등의 열화 진단을 다시 실시하고, 전지 유닛(직렬 접속된 전지 모듈 군) 내의 열화 상태의 편차(변동)가 최소화(또는 허용 범위 내에서 축소화)되었는지 여부를 검사한다.
이상에 나타낸 재배치 스케줄링 방법 및 교환 수순의 제시, 재배치 후의 자동 검사 등의 기능을 제공함으로써, 축전지 시스템의 성능을 유지하기 위한 유지 보수 작업의 효율화를 도모할 수 있다.
이상의 설명과 같이, 실시 형태가 적용된 축전지 장치를 복수 구비한 축전지 시스템에 의하면, 전지 모듈의 재배치 작업에 있어서, 작업 스페이스, 작업 노력 및 작업 시간의 저감을 도모할 수 있다.
또한 각 축전지 장치의 용량을 유효하게 이용할 수 있고, 실효적인 축전지 시스템의 장수명화가 도모되며, 운용 비용의 저감을 도모할 수 있음과 함께, 축전지 시스템의 장기 운용이 가능하게 된다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 기타 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
예를 들어, 이상의 설명에 있어서는, 셀 모듈의 재배치 처리를 상위 제어 장치(6)가 행하는 구성을 취하고 있었지만, 축전지 제어 컨트롤러(5) 또는 PCS(12)가 행하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 이상의 설명에 있어서는, 전지반(23-1)에, 보다 성능값이 높은 셀 모듈을 배치하고, 전지반(23-3)에, 보다 성능값이 낮은 셀 모듈을 배치하고, 전지반(23-2)에 나머지 셀 모듈을 배치하고 있었지만, 임의의 전지반에 성능값에 기초하는 셀 모듈을 배치하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 이상의 설명에 있어서는, 전지반(23-1 내지 23-M) 내에서는, 셀 모듈의 배치 위치에 대해서는 전혀 고려하지 않았었지만, 전지반(23-1 내지 23-M) 내에서 상부에 배치된 전지일수록 온도가 높아지는 경향이 있으므로, 이것을 고려하여 재배치 위치를 설정하도록 구성하는 것도 가능하다.

Claims (10)

  1. 전지 셀을 구비한 셀 모듈이 복수, 직렬로 접속되는 전지반이 복수 병렬로 접속되는 축전지 장치이며,
    상기 셀 모듈의 성능값을 취득하는 성능값 취득부와,
    취득된 상기 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 하나의 상기 전지반에 재배치된 후의 상기 셀 모듈의 성능값의 변동이 재배치 전보다 작아지도록, 상기 복수의 전지반의 사이에서, 상기 셀 모듈의 재배치를 행하게 하기 위한 재배치 정보를 생성하는 정보 생성부를 구비한, 축전지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    생성된 상기 재배치 정보를 제시하는 정보 제시부를 구비한, 축전지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정보 생성부는, 상기 셀 모듈을 노드로 하고, 재배치 위치를 특정하는 유향변을 경로로 하는 유향 그래프를 사용한 최단 폐로 탐색에 의해 상기 재배치 정보를 생성하는, 축전지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정보 생성부는, 상기 셀 모듈의 성능값의 변동에 기초하여 상기 셀 모듈의 순위를 부여하고, 상기 순위에 따라, 상기 복수의 전지반에 순서대로 상기 셀 모듈을 할당하는, 축전지 장치.
  5. 전지 셀을 구비한 셀 모듈이 복수, 직렬로 접속되는 전지반이 복수 병렬로 접속되는 축전지 장치와, 상기 축전지 장치를 제어하는 제어 장치를 구비한 축전지 시스템이며,
    상기 제어 장치는, 상기 축전지 장치로부터 상기 셀 모듈의 성능값을 취득하는 성능값 취득부와,
    취득된 상기 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 하나의 상기 전지반에 재배치된 후의 상기 셀 모듈의 성능값의 변동이 재배치 전보다 작아지도록, 상기 복수의 전지반의 사이에서, 상기 셀 모듈의 재배치를 행하게 하기 위한 재배치 정보를 생성하는 정보 생성부를 구비한, 축전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 생성된 상기 재배치 정보를 제시하는 정보 제시부를 구비한, 축전지 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 정보 생성부는, 상기 셀 모듈을 노드로 하고, 재배치 위치를 특정하는 유향변을 경로로 하는 유향 그래프를 사용한 최단 폐로 탐색에 의해 상기 재배치 정보를 생성하는, 축전지 시스템.
  8. 전지 셀을 구비한 셀 모듈이 복수, 직렬로 접속되는 전지반이 복수 병렬로 접속되는 축전지 장치로 실행되는 방법이며,
    상기 셀 모듈의 성능값을 취득하는 과정과,
    취득된 상기 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 하나의 상기 전지반에 재배치된 후의 상기 셀 모듈의 성능값의 변동이 재배치 전보다 작아지도록, 상기 복수의 전지반의 사이에서, 상기 셀 모듈의 재배치를 행하게 하기 위한 재배치 정보를 생성하는 과정과,
    생성된 상기 재배치 정보를 제시하는 과정을 구비한, 방법.
  9. 전지 셀을 구비한 셀 모듈이 복수, 직렬로 접속되는 전지반이 복수 병렬로 접속되는 축전지 장치를 컴퓨터에 의해 제어하기 위한 프로그램이며,
    상기 컴퓨터를,
    상기 셀 모듈의 성능값을 취득하는 수단과,
    취득된 상기 셀 모듈의 성능값에 기초하여, 하나의 상기 전지반에 재배치된 후의 상기 셀 모듈의 성능값의 변동이 재배치 전보다 작아지도록, 상기 복수의 전지반의 사이에서, 상기 셀 모듈의 재배치를 행하게 하기 위한 재배치 정보를 생성하는 수단과,
    생성된 상기 재배치 정보를 제시하는 수단으로서 기능시키는, 프로그램.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 재배치 정보를 생성하는 수단은, 상기 셀 모듈을 노드로 하고, 재배치 위치를 특정하는 유향변을 경로로 하는 유향 그래프를 사용한 최단 폐로 탐색에 의해 상기 재배치 정보를 생성하는, 프로그램.
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