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特許7606492蓄電池制御装置、及び蓄電池接続制御装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-17
(45)【発行日】2024-12-25
(54)【発明の名称】蓄電池制御装置、及び蓄電池接続制御装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/00 20060101AFI20241218BHJP
   H02J 7/02 20160101ALI20241218BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20241218BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20241218BHJP
【FI】
H02J7/00 302C
H02J7/00 B
H02J7/00 L
H02J7/02 H
H02J7/02 J
H01M10/44 P
H01M10/48 P
H01M10/48 301
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2022111648
(22)【出願日】2022-07-12
(65)【公開番号】P2024010356
(43)【公開日】2024-01-24
【審査請求日】2023-11-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145908
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 信雄
(74)【代理人】
【識別番号】100136711
【弁理士】
【氏名又は名称】益頭 正一
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼木 陽子
【審査官】山口 大
(56)【参考文献】
【文献】特開2010-141970(JP,A)
【文献】特開2010-045923(JP,A)
【文献】特開2003-244854(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00
H02J 7/02
H01M 10/44
H01M 10/48
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
相互に並列に接続される複数の蓄電池ストリングを備え、前記蓄電池ストリングは、直列に接続される複数の蓄電池と、前記蓄電池に直列に接続される第1スイッチと前記蓄電池及び前記第1スイッチと並列に接続される第2スイッチとを備え前記蓄電池をバイパス状態又は接続状態にす前記蓄電池毎に設けられた複数のバイパススイッチユニットと、前記蓄電池ストリングの入出力電力を変換する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、
前記蓄電池ストリング毎に設けられる複数の第1制御装置と、
複数の前記第1制御装置と通信可能に接続され、前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値を設定する第2制御装置と
を備え、
前記第1制御装置又は前記第2制御装置は、前記第2制御装置により設定された前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記電力変換器を制御し、
前記第2制御装置は、複数の前記蓄電池ストリングの状態についての情報を取得し、当該情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて、前記バイパススイッチユニットを制御するためのバイパス制御情報を生成して前記第1制御装置に送信し、
前記第1制御装置は、前記第2制御装置から送信された前記バイパス制御情報に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記バイパススイッチユニットを制御する蓄電池制御装置。
【請求項2】
前記第1制御装置は、対応する前記蓄電池ストリングの前記バイパススイッチユニットの制御の要否を、当該蓄電池ストリングの状態についての情報に基づいて判断し、前記バイパススイッチユニットの制御要求を前記第2制御装置に送信し、
前記第2制御装置は、前記第1制御装置から送信された前記制御要求の可否を、取得した複数の前記蓄電池ストリングの状態についての情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて判断し、前記制御要求を許可する許可情報を、前記バイパス制御情報として、前記制御要求を送信した前記第1制御装置に送信する請求項1に記載の蓄電池制御装置。
【請求項3】
前記第2制御装置は、前記バイパススイッチユニットの制御の要否を、取得した複数の前記蓄電池ストリングの状態についての情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて判断し、前記バイパススイッチユニットの制御を指示する指示情報を、前記バイパス制御情報として、前記バイパススイッチユニットを制御する前記第1制御装置に送信する請求項1に記載の蓄電池制御装置。
【請求項4】
前記蓄電池ストリングの状態についての情報は、前記蓄電池ストリングの電流、前記蓄電池ストリングの電圧、前記蓄電池の電圧、及び前記蓄電池の温度の少なくとも一つを含み、前記蓄電池ストリングが備える状態検出器により検出され、
前記第1制御装置は、対応する前記蓄電池ストリングの状態についての情報を当該蓄電池ストリングが備える前記状態検出器から取得して前記第2制御装置に送信し、
前記第2制御装置は、複数の前記第1制御装置から取得した前記蓄電池ストリングの状態についての情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて、前記バイパス制御情報を生成して前記第1制御装置に送信する請求項1又は2に記載の蓄電池制御装置。
【請求項5】
前記蓄電池ストリングの状態についての情報は、前記蓄電池のSOC、前記蓄電池のOCV、前記蓄電池のSOH、及び前記蓄電池ストリングのSOCの少なくとも一つを含み、
前記第1制御装置は、対応する前記蓄電池ストリングの状態についての情報を当該蓄電池ストリングが備える状態検出器の検出情報に基づいて推定して前記第2制御装置に送信し、
前記第2制御装置は、複数の前記第1制御装置から取得した前記蓄電池ストリングの状態についての情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて、前記バイパス制御情報を生成して前記第1制御装置に送信する請求項1又は2に記載の蓄電池制御装置。
【請求項6】
前記第1制御装置は、前記第2制御装置により設定された前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記電力変換器を制御する請求項1又は2に記載の蓄電池制御装置。
【請求項7】
前記蓄電システムは、前記蓄電池ストリング毎に設けられ前記蓄電池ストリングを遮断するストリング遮断スイッチを備え、
前記第1制御装置は、対応する前記蓄電池ストリングの前記ストリング遮断スイッチを制御する請求項1又は2に記載の蓄電池制御装置。
【請求項8】
相互に並列に接続される複数の蓄電池ストリングを備え、前記蓄電池ストリングは、直列に接続される複数の蓄電池を備える蓄電システムにおいて用いられる蓄電池接続制御装置であって、
前記蓄電池ストリング毎に設けられる複数の蓄電池接続モジュールと、
前記蓄電池ストリング毎に設けられる複数の第1制御装置と、
複数の前記第1制御装置と通信可能に接続され、前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値を設定する第2制御装置と
を備え、
前記蓄電池接続モジュールは、
複数の前記蓄電池を直列に接続する電力線と、
前記蓄電池に直列に接続される第1スイッチと、前記蓄電池及び前記第1スイッチと並列に接続される第2スイッチとを備え、前記蓄電池をバイパス状態又は接続状態にす前記蓄電池毎に設けられた複数のバイパススイッチユニットと、
前記蓄電池ストリングの入出力電力を変換する電力変換器と
を備え、
前記第1制御装置又は前記第2制御装置は、前記第2制御装置により設定された前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記電力変換器を制御し、
前記第2制御装置は、複数の前記蓄電池ストリングの状態についての情報を取得し、当該情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて、前記バイパススイッチユニットを制御するためのバイパス制御情報を生成して前記第1制御装置に送信し、
前記第1制御装置は、前記第2制御装置から送信された前記バイパス制御情報に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記バイパススイッチユニットを制御する蓄電池接続制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電池制御装置、及び蓄電池接続制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
並列に接続される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る複数の電力変換器とを備える蓄電システムが知られている(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において、蓄電池ストリングは、直列接続される複数の蓄電池モジュールを備え、電力変換器は、コントローラにより制御されて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。
【0003】
また、並列に接続される複数のストリングを備える蓄電システムとして、直列接続される複数の蓄電池モジュール毎に設けられる複数のバイパススイッチユニットと、蓄電池ストリング毎に設けられる複数のストリング遮断スイッチとを備えるものが知られている(例えば、特許文献2参照)。バイパススイッチユニットは、コントローラにより制御されて蓄電池モジュールを接続状態とバイパス状態とに切り換える。また、ストリング遮断スイッチは、コントローラにより制御されて蓄電池ストリングを接続状態と遮断状態とに切り換える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2020-156200号公報
【文献】特開2022-29299号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
複数の電力変換器と複数のバイパススイッチユニットと複数のストリング遮断スイッチとを備える大規模な蓄電システムを想定する。この想定において、多数になる電力変換器の制御と、さらに多数になるバイパススイッチユニットの制御とを、一つのコントローラで行う場合、コントローラの処理負荷が過大になる。他方で、多数になる電力変換器の制御と、さらに多数になるバイパススイッチユニットの制御とを、蓄電池ストリング毎に設けられる複数のコントローラで分担して行う場合、蓄電池ストリング間の協調制御が困難になる。
【0006】
本発明は上記事情に鑑み、大規模な蓄電システムにおいても処理能力を確保でき、蓄電池ストリング間の協調制御を実現できる蓄電池制御装置、及び蓄電池接続制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の蓄電池制御装置は、 相互に並列に接続される複数の蓄電池ストリングを備え、前記蓄電池ストリングは、直列に接続される複数の蓄電池と、前記蓄電池に直列に接続される第1スイッチと前記蓄電池及び前記第1スイッチと並列に接続される第2スイッチとを備え前記蓄電池をバイパス状態又は接続状態にす前記蓄電池毎に設けられた複数のバイパススイッチユニットと、前記蓄電池ストリングの入出力電力を変換する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、前記蓄電池ストリング毎に設けられる複数の第1制御装置と、複数の前記第1制御装置と通信可能に接続され、前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値を設定する第2制御装置とを備え、前記第1制御装置又は前記第2制御装置は、前記第2制御装置により設定された前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記電力変換器を制御し、前記第2制御装置は、複数の前記蓄電池ストリングの状態についての情報を取得し、当該情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて、前記バイパススイッチユニットを制御するためのバイパス制御情報を生成して前記第1制御装置に送信し、前記第1制御装置は、前記第2制御装置から送信された前記バイパス制御情報に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記バイパススイッチユニットを制御する。
【0008】
本発明の蓄電池接続制御装置は、相互に並列に接続される複数の蓄電池ストリングを備え、前記蓄電池ストリングは、直列に接続される複数の蓄電池を備える蓄電システムにおいて用いられる蓄電池接続制御装置であって、前記蓄電池ストリング毎に設けられる複数の蓄電池接続モジュールと、前記蓄電池ストリング毎に設けられる複数の第1制御装置と、複数の前記第1制御装置と通信可能に接続され、前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値を設定する第2制御装置とを備え、前記蓄電池接続モジュールは、複数の前記蓄電池を直列に接続する電力線と、前記蓄電池に直列に接続される第1スイッチと、前記蓄電池及び前記第1スイッチと並列に接続される第2スイッチとを備え、前記蓄電池をバイパス状態又は接続状態にす前記蓄電池毎に設けられた複数のバイパススイッチユニットと、前記蓄電池ストリングの入出力電力を変換する電力変換器とを備え、前記第1制御装置又は前記第2制御装置は、前記第2制御装置により設定された前記蓄電池ストリングの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記電力変換器を制御し、前記第2制御装置は、複数の前記蓄電池ストリングの状態についての情報を取得し、当該情報と前記蓄電システムに要求される充放電電力とに基づいて、前記バイパススイッチユニットを制御するためのバイパス制御情報を生成して前記第1制御装置に送信し、前記第1制御装置は、前記第2制御装置から送信された前記バイパス制御情報に応じて、対応する前記蓄電池ストリングの前記バイパススイッチユニットを制御する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、大規模な蓄電システムにおいても処理能力を確保でき、蓄電池ストリング間の協調制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1図1は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置及び蓄電池接続制御装置を備える蓄電システムの概略を示す回路図である。
図2図2は、本発明の他の実施形態に係る蓄電池制御装置及び蓄電池接続制御装置を備える蓄電システムの概略を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
図1は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置100及び蓄電池接続制御装置1000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、蓄電池制御装置100とを備える。m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmは、ストリングバス3を介して、相互に並列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。
【0013】
蓄電池ストリングSTR1~STRmは、直列に接続される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のセルが複数接続されたものである。
【0014】
蓄電池モジュールM1~Mnは、ストリングバス3及び後述の電力変換器PC1~PCmを通じて外部系統から電力を供給されて充電される。また、蓄電池モジュールM1~Mnは、電力変換器PC1~PCm及びストリングバス3を通じて外部系統に電力を供給する。
【0015】
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。
【0016】
なお、蓄電池ストリングSTR1~STRmは、直列に接続されるn個の蓄電池モジュールM1~Mnに代えて、直列に接続される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。
【0017】
各蓄電池ストリングSTR1~STRmは、1個の電力変換器PC1~PCmと、1個のストリング遮断スイッチ11と、n個のバイパススイッチユニットB1~Bnとを備える。また、各蓄電池ストリングSTR1~STRmは、n個の電圧センサ12と、1個の電流センサ13と、1個の電圧センサ14と、1個のヒューズ15と、n個の温度センサ(図示省略)と、多数のセル電圧センサ(図示省略)とを備える。
【0018】
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。
【0019】
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、後述の充電電力値又は充電電流値に応じて変換して複数の蓄電池モジュールM1~Mnに出力する。ここで、蓄電池ストリングSTR1~STRm側の電圧は、蓄電池モジュールM1~Mnのバイパス状態(バイパスされている蓄電池モジュールM1~Mnの数)や蓄電池モジュールM1~Mnの充電状態に応じて変化する。そのため、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、蓄電池ストリングSTR1~STRm側の電圧に変換して複数の蓄電池モジュールM1~Mnに出力する。
【0020】
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、後述の放電電力値又は放電電流値に応じて変換してストリングバス3に出力する。ここで、放電時の電力変換器PC1~PCmの入力電圧は、蓄電池モジュールM1~Mnのバイパス状態や蓄電池モジュールM1~Mnの充電状態に応じて変化する。それにより、放電時に蓄電池ストリングSTR1~STRm間で電力変換器PC1~PCmの入力電圧にバラツキが生じる。そのため、電力変換器PC1~PCmは、蓄電池ストリングSTR1~STRmの放電時に、入力電圧を他の蓄電池ストリングSTR1~STRmと整合する電圧に変換してストリングバス3に出力する。
【0021】
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。
【0022】
ストリング遮断スイッチ11は、各電力変換器PC1~PCmとストリングバス3との間に設けられている。このストリング遮断スイッチ11は、蓄電池ストリングSTR1~STRmをストリングバス3に対して接続又は遮断する。また、ヒューズ15は、ストリング遮断スイッチ11とストリングバス3との間に設けられた電力ヒューズである。
【0023】
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おり、各蓄電池モジュールM1~Mnの端子間電圧を検出して検出信号を後述のストリングコントローラC1~Cmに送信する。また、電流センサ13は、各蓄電池ストリングSTR1~STRmの電力線PLに設けられており、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電流を検出して検出信号をストリングコントローラC1~Cmに送信する。また、電圧センサ14は、各蓄電池ストリングSTR1~STRmの電力線PLに設けられており、蓄電池ストリングSTR1~STRmの電圧を検出して検出信号をストリングコントローラC1~Cmに送信する。また、温度センサは、各蓄電池モジュールM1~Mnに設けられており、各蓄電池モジュールM1~Mnの温度を検出して検出信号をストリングコントローラC1~Cmに送信する。さらに、セル電圧センサは、各蓄電池モジュールM1~Mnの蓄電池セル毎に設けられており、蓄電池セルの電圧を検出して検出信号をストリングコントローラC1~Cmに送信する。
【0024】
バイパススイッチユニットB1~Bnは、蓄電池モジュールM1~Mn毎に設けられている。各バイパススイッチユニット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、例えば機械式リレーや半導体スイッチである。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、例えば機械式リレーや半導体スイッチである。
【0025】
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。全てのバイパススイッチユニットB1~BnにおいてスイッチS1がOFFになりスイッチS2がON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、何れかのバイパススイッチユニットB1~BnにおいてスイッチS2がOFFになり、スイッチS1がONになった場合に、当該バイパススイッチユニット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。
【0026】
蓄電池接続制御装置1000は、m組の蓄電池接続モジュールCM1~CMmと、蓄電池制御装置100とを備える。蓄電池接続モジュールCM1~CMmは、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられており、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの複数の蓄電池モジュールM1~Mnを直列に接続する。
【0027】
各蓄電池接続モジュールCM1~CMmは、複数の蓄電池モジュールM1~Mnを直列に接続する電力線PLと、1個の電力変換器PC1~PCmと、1個のストリング遮断スイッチ11と、n個のバイパススイッチユニットB1~Bnとを備える。また、各蓄電池接続モジュールCM1~CMmは、n個の電圧センサ12と、1個の電流センサ13と、1個の電圧センサ14と、1個のヒューズ15と、n個の温度センサと、多数のセル電圧センサとを備える。
【0028】
蓄電池制御装置100は、m個のストリングコントローラC1~Cmと、1個のシステムコントローラ101とを備える。ストリングコントローラC1~Cmは、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられている。
【0029】
ストリングコントローラC1~Cmは、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~BnのスイッチS1,S2及びストリング遮断スイッチ11を制御する。また、ストリングコントローラC1~Cmは、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの電力変換器PC1~PCmを制御する。電力変換器PC1~PCmは、対応するストリングコントローラC1~Cmから送信された制御信号に従って、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電圧を変換する。
【0030】
ストリングコントローラC1~Cmは、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の推定、システムコントローラ101への機器の制御要求の通知等を実行する。蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出としては、電流センサ13の検出信号に基づく蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電流の検出、電圧センサ14の検出信号に基づく蓄電池ストリングSTR1~STRmの電圧の検出、電圧センサ12の検出信号に基づく蓄電池モジュールM1~Mnの電圧の検出、温度センサの検出信号に基づく蓄電池モジュールM1~Mnの温度の検出、セル電圧センサの検出信号に基づく蓄電池セルの電圧の検出等が挙げられる。また、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の推定としては、蓄電池モジュールM1~MnのSOC(State of Charge)やSOH(State of Health)の推定、蓄電池ストリングSTR1~STRmのSOCの推定等が挙げられる。さらに、システムコントローラ101への機器の制御要求の通知としては、バイパススイッチユニットB1~BnのスイッチS1,S2やストリング遮断スイッチ11の切換制御の要求、電力変換器PC1~PCmの制御の要求等が挙げられる。
【0031】
SOHの推定方法としては、充放電試験による方法、電流積算法による方法、開回路電圧の測定による方法、端子電圧の測定による方法、モデルに基づく方法(以上はSOCの経時変化を用いる方法)、交流インピーダンス測定による方法、モデルに基づき、適応デジタルフィルタで求める方法、I-V特性(電流電圧特性)からの線型回帰(I-V特性の直線の傾き)による方法、ステップ応答による方法(以上、内部抵抗の経時的増加を用いて推定する方法)等が挙げられる。
【0032】
SOCの推定方法としては、電流積算法、OCV(Open Circuit Voltage)から求める方法(電圧法)、電流積算法と電圧法とを組み合わせた方法等の種々の公知の方法等が挙げられる。また、OCVは、端子電圧の経時変化あるいは、内部抵抗の経時的増加を用いて推定する種々の公知の方法を用いて推定することができる。
【0033】
システムコントローラ101は、蓄電システム1の全体を統括的に制御するコントローラであり、m個のストリングコントローラC1~Cmと1:mの通信を実行する。このシステムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の監視、ストリングコントローラC1~Cmからの機器の制御要求に対する可否の判断、ストリングコントローラC1~Cmへの機器の制御要求の許可の通知を実行する。また、システムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値(充電電力値及び放電電力値)又は充放電電流値(充電電流値及び放電電流値)の設定、当該充放電電力値又は充放電電流値のストリングコントローラC1~Cmへの送信を実行する。
【0034】
システムコントローラ101は、ストリングコントローラC1~Cmから送信される蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出結果や推定結果に基づいて、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態を監視する。そして、システムコントローラ101は、上位のコントローラ(図示省略)からの蓄電システム1全体の充放電電力又は充放電電流の指示に応じて、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値を算出する。この際、システムコントローラ101は、監視している蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態に応じて、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値を算出する。例えば、ストリングコントローラC1~Cmは、蓄電池モジュールM1~MnのSOCやOCVに基づいて充放電電流の制限値を算出してシステムコントローラ101へ送信する。そして、システムコントローラ101は、当該ストリングコントローラC1~Cmに対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電流を、当該ストリングコントローラC1~Cmから送信された充放電電流制限値を下回るように算出する。
【0035】
システムコントローラ101は、ストリングコントローラC1~Cmからの機器の制御要求に対する可否を、監視している他の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態に応じて判断する。例えば、他の蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力が、電流制限により小さく抑えられている状況で、或るストリングコントローラC1~Cmからバイパス制御の要求が送信されることが考えられる。このような状況では、システムコントローラ101は、蓄電システム1に要求される充放電電力を確保するために、制御要求を拒否する場合がある。
【0036】
システムコントローラ101は、ストリングコントローラC1~Cmからの機器の制御要求を許可する場合には、制御要求の許可の通知を当該ストリングコントローラC1~Cmに送信する。バイパススイッチユニットB1~Bnやストリング遮断スイッチ11についての制御要求の許可の通知を受信したストリングコントローラC1~Cmは、バイパススイッチユニットB1~Bnやストリング遮断スイッチ11の切換制御を実行する。また、電力変換器PC1~PCmについての制御要求の許可の通知を受信したストリングコントローラC1~Cmは、対応する電力変換器PC1~PCmの制御を実行する。
【0037】
システムコントローラ101は、或るストリングコントローラC1~Cmから機器の制御要求が送信されない状況において、必要に応じて、当該ストリングコントローラC1~Cmに機器の制御指示を送信する場合がある。例えば、他の蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力が、電流制限により小さく抑えられているのに対して、機器の制御要求を送信していないストリングコントローラC1~Cmに対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmがストリング遮断スイッチ11により遮断されている状況が考えられる。このような状況では、システムコントローラ101は、蓄電システム1に要求される充放電電流を確保するために、機器の制御要求を送信していないストリングコントローラC1~Cmに対して、ストリング遮断スイッチ11をOFFからONに切り換える制御指示を送信する場合がある。
【0038】
ストリングコントローラC1~Cmは、蓄電池ストリングSTR1~STRm内の異常を検知した場合には、システムコントローラ101からの制御許可の通知や制御指示の有無にかかわらず、ストリング遮断スイッチ11を遮断する。
【0039】
以上説明したように、本実施形態の蓄電池制御装置100は、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられる複数(m個)のストリングコントローラC1~Cmと、複数のストリングコントローラC1~Cmと通信可能に接続されるシステムコントローラ101とを備える。
【0040】
システムコントローラ101は、以下の(1)~(3)の処理を担う。
(1)蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値を設定する処理
(2)m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての検出情報及び推定情報を、m個のストリングコントローラC1~Cmから取得する処理
(3)取得したm組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての検出情報及び推定情報に基づいて、バイパススイッチユニットB1~Bnの制御要求の可否を判断し、制御要求の許可の通知をストリングコントローラC1~Cmに送信する処理
【0041】
それに対して、ストリングコントローラC1~Cmは、以下の(4)~(6)の処理を担う。
(4)蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態を検出、推定して検出情報及び推定情報をシステムコントローラ101に送信する処理
(5)システムコントローラ101により設定された蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの電力変換器PC1~PCmを制御する処理
(6)システムコントローラ101から送信されたバイパススイッチユニットB1~Bnの制御要求の許可の通知に応じて、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~Bnを制御する処理
【0042】
即ち、本実施形態の蓄電池制御装置100は、システムコントローラ101とストリングコントローラC1~Cmとに処理を分担させている。これにより、システムコントローラ101への処理負荷の過度な集中を防止できる。従って、蓄電池ストリングSTR1~STRmの数、及びバイパススイッチユニットB1~Bnの数が多い大規模な蓄電システム1においても蓄電池制御装置100の処理能力を確保することが可能になる。
【0043】
また、システムコントローラ101が、m個のストリングコントローラC1~Cmからのm組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての情報を取得し、当該情報に基づいて、バイパススイッチユニットB1~Bnの制御要求の可否を判断している。これにより、複数の蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~Bnの協調制御を実現することが可能になる。
【0044】
また、本実施形態の蓄電池制御装置100では、ストリングコントローラC1~Cmが、以下の(7)の処理を担い、システムコントローラ101が上記の(2),(3)の処理を担う。これにより、システムコントローラ101の処理負荷をより一層軽減できる。
(7)蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての情報(蓄電池ストリングSTR1~STRmの電流等)を蓄電池ストリングSTR1~STRmが備えるセンサ(電流センサ13等)から取得する処理
【0045】
また、本実施形態の蓄電池制御装置100では、ストリングコントローラC1~Cmが、以下の(8)の処理を担い、システムコントローラ101が上記の(2),(3)の処理を担う。これにより、システムコントローラ101の処理負荷をより一層軽減できる。
(8)蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての情報(蓄電池モジュールM1~MnのSOCやOCV等)を蓄電池ストリングSTR1~STRmが備えるセンサ(電圧センサ12や電流センサ13等)の検出情報に基づいて推定してシステムコントローラ101に送信する処理
【0046】
また、本実施形態の蓄電池制御装置100では、ストリングコントローラC1~Cmが、以下の(9)の処理を担う。これにより、システムコントローラ101の処理負荷をより一層軽減できる。
(9)蓄電池ストリングSTR1~STRmのストリング遮断スイッチ11を制御する処理
【0047】
次に、蓄電池制御装置100の他の実施形態について説明する。なお、蓄電システム1の回路構成については、上述の回路構成と同様であり、図1に示す通りである。また、本実施形態の蓄電池制御装置100は、上述の実施形態と同様、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられたm個のストリングコントローラC1~Cmと、1個のシステムコントローラ101とを備える。
【0048】
ストリングコントローラC1~Cmは、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~BnのスイッチS1,S2及びストリング遮断スイッチ11と電力変換器PC1~PCmとを制御する。電力変換器PC1~PCmは、対応するストリングコントローラC1~Cmから送信された制御信号に従って、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電圧を変換する。
【0049】
また、ストリングコントローラC1~Cmは、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出及び推定等を実行する。ここで、ストリングコントローラC1~Cmは、システムコントローラ101への機器の制御要求の通知を実行しない点で、上述の実施形態と相違する。
【0050】
システムコントローラ101は、上述の実施形態と同様、蓄電システム1の全体を統括的に制御するコントローラであり、m個のストリングコントローラC1~Cmと1:mの通信を実行する。このシステムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の監視、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値の設定、当該充放電電力値又は充放電電流値のストリングコントローラC1~Cmへの送信を実行する。
【0051】
ここで、システムコントローラ101は、ストリングコントローラC1~Cmからの機器の制御要求に対する可否の判断、ストリングコントローラC1~Cmへの機器の制御要求の許可の通知を実行しない。その代わりに、システムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの機器を制御するための制御指示をストリングコントローラC1~Cmに送信する。蓄電池ストリングSTR1~STRmの機器としては、バイパススイッチユニットB1~Bn、ストリング遮断スイッチ11、及び電力変換器PC1~PCmが挙げられる。
【0052】
システムコントローラ101は、上述の実施形態と同様、ストリングコントローラC1~Cmから送信されるm組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出結果や推定結果に基づいて、m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態を監視する。そして、システムコントローラ101は、上述の実施形態と同様、上位のコントローラ(図示省略)からの蓄電システム1全体の充放電電力又は充放電電流の指示に応じて、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値を算出する。
【0053】
システムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの機器の制御指示を、他の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態に応じて生成して対応するストリングコントローラC1~Cmに送信する。例えば、他の蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力を、電流制限により小さく抑えられている状況で、或る蓄電池ストリングSTR1~STRmの機器の制御指示を送信することが考えられる。このような状況では、システムコントローラ101は、蓄電システム1に要求される充放電電力を確保するために、蓄電池モジュールM1~Mnのバイパス数を極力抑える制御指示を送信する場合がある。
【0054】
バイパススイッチユニットB1~Bnやストリング遮断スイッチ11についての制御指示を受信したストリングコントローラC1~Cmは、バイパススイッチユニットB1~BnのスイッチS1,S2やストリング遮断スイッチ11の切換制御を実行する。また、電力変換器PC1~PCmについての制御指示の通知を受信したストリングコントローラC1~Cmは、電力変換器PC1~PCmの制御を実行する。
【0055】
ストリングコントローラC1~Cmは、蓄電池ストリングSTR1~STRm内の異常を検知した場合には、システムコントローラ101からの制御指示の有無にかかわらず、ストリング遮断スイッチ11を遮断する。
【0056】
以上説明したように、本実施形態の蓄電池制御装置100は、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられる複数(m個)のストリングコントローラC1~Cmと、複数のストリングコントローラC1~Cmと通信可能に接続されるシステムコントローラ101とを備える。
【0057】
システムコントローラ101は、以下の(10)~(12)の処理を担う。
(10)蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値を設定する処理
(11)m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての検出情報及び推定情報をストリングコントローラC1~Cmから取得する処理
(12)取得したm組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての検出情報及び推定情報に基づいて、バイパススイッチユニットB1~Bnの制御指示を生成してストリングコントローラC1~Cmに送信する機能
【0058】
それに対して、ストリングコントローラC1~Cmは、以下の(13)~(15)の機能を担う。
(13)蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態を検出、推定して検出情報及び推定情報をシステムコントローラ101に送信する機能
(14)システムコントローラ101により設定された蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの電力変換器PC1~PCmを制御する機能
(15)システムコントローラ101から送信されたバイパススイッチユニットB1~Bnの制御指示に応じて、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~Bnを制御する機能
【0059】
即ち、本実施形態の蓄電池制御装置100は、システムコントローラ101とストリングコントローラC1~Cmとに処理を分担させている。これにより、システムコントローラ101への処理負荷の過度な集中を防止できる。従って、蓄電池ストリングSTR1~STRmの数、及びバイパススイッチユニットB1~Bnの数が多い大規模な蓄電システム1においても蓄電池制御装置100の処理能力を確保することが可能になる。
【0060】
また、システムコントローラ101が、ストリングコントローラC1~Cmからの蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての情報を取得し当該情報に基づいて、バイパススイッチユニットB1~Bnの制御指示を生成してストリングコントローラC1~Cmに送信している。これにより、複数の蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~Bnの協調制御を実現することが可能になる。
【0061】
図2は、本発明の他の実施形態に係る蓄電池制御装置200及び蓄電池接続制御装置2000を備える蓄電システム2の概略を示す回路図である。この図に示すように、蓄電池接続制御装置2000は、m組の蓄電池接続モジュールCM1~CMmと、蓄電池制御装置200とを備える。蓄電池接続モジュールCM1~CMmは、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられており、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの複数の蓄電池モジュールM1~Mnを直列に接続する。
【0062】
本実施形態の蓄電システム2及び蓄電池接続制御装置2000では、ストリングコントローラC1~Cmが制御する蓄電池ストリングSTR1~STRmの機器が、バイパススイッチユニットB1~Bnのみである。他方で、本実施形態の蓄電システム2及び蓄電池接続制御装置2000では、システムコントローラ101が、ストリング遮断スイッチ11と電力変換器PC1~PCmとを制御する。
【0063】
ストリングコントローラC1~Cmは、対応するバイパススイッチユニットB1~BnのスイッチS1,S2を制御する。
【0064】
システムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmのストリング遮断スイッチ11と電力変換器PC1~PCmとに制御信号を送信する。ストリング遮断スイッチ11は、システムコントローラ101から送信された制御信号に従ってON/OFFされる。また、電力変換器PC1~PCmは、システムコントローラ101から送信された制御信号に従って、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電圧を変換する。
【0065】
ここで、ストリングコントローラC1~Cmは、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の推定を実行しない。また、ストリングコントローラC1~Cmは、システムコントローラ101への制御要求の通知も実行しない。
【0066】
システムコントローラ101は、上述の実施形態と同様、蓄電システム2の全体を統括的に制御するコントローラであり、m個のストリングコントローラC1~Cmと1:mの通信を実行する。このシステムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の監視、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値の設定を実行する。それに加えて、システムコントローラ101は、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の検出、蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態の推定を実行する。
【0067】
システムコントローラ101は、電流センサ13の検出信号に基づいて、蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電流を検出する。また、システムコントローラ101は、電圧センサ14の検出信号に基づいて、蓄電池ストリングSTR1~STRmの電圧を検出する。また、システムコントローラ101は、電圧センサ12の検出信号に基づいて、蓄電池モジュールM1~Mnの電圧を検出する。また、システムコントローラ101は、不図示の温度センサの検出信号に基づいて、蓄電池モジュールM1~Mnの温度を検出する。さらに、システムコントローラ101は、不図示のセル電圧センサの検出信号に基づいて、蓄電池セルの電圧を検出する。
【0068】
また、システムコントローラ101は、蓄電池モジュールM1~MnのSOCやSOHの推定、蓄電池ストリングSTR1~STRmのSOCの推定等を実行する。さらに、システムコントローラ101は、バイパススイッチユニットB1~BnのスイッチS1,S2を制御するための制御指示を生成してストリングコントローラC1~Cmに送信する。
【0069】
以上説明したように、本実施形態の蓄電池制御装置200は、蓄電池ストリングSTR1~STRm毎に設けられる複数(m個)のストリングコントローラC1~Cmと、複数のストリングコントローラC1~Cmと通信可能に接続されるシステムコントローラ101とを備える。
【0070】
システムコントローラ101は、以下の(16)~(20)の処理を担う。
(16)蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値を設定する処理
(17)m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態を検出、推定する処理
(18)m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態についての検出結果及び推定結果に基づいて、バイパススイッチユニットB1~Bnの制御指示を生成してストリングコントローラC1~Cmに送信する処理
(19)自身が設定した蓄電池ストリングSTR1~STRmの充放電電力値又は充放電電流値に応じて、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmの電力変換器PC1~PCmを制御する処理
(20)蓄電池ストリングSTR1~STRmのストリング遮断スイッチ11を制御する処理
【0071】
それに対して、ストリングコントローラC1~Cmは、以下の(21)の処理を担う。
(21)システムコントローラ101から送信されたバイパススイッチユニットB1~Bnの制御指示に応じて、対応する蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~Bnを制御する処理
【0072】
即ち、本実施形態の蓄電池制御装置200は、システムコントローラ101とストリングコントローラC1~Cmとに処理を分担させている。これにより、システムコントローラ101への処理負荷の過度な集中を防止できる。従って、蓄電池ストリングSTR1~STRmの数、及びバイパススイッチユニットB1~Bnの数が多い大規模な蓄電システム1においても蓄電池制御装置200の処理能力を確保することが可能になる。
【0073】
また、システムコントローラ101が、m組の蓄電池ストリングSTR1~STRmの状態を検出及び推定し、その結果に基づいて、バイパススイッチユニットB1~Bnの制御指示をストリングコントローラC1~Cmに送信している。これにより、複数の蓄電池ストリングSTR1~STRmのバイパススイッチユニットB1~Bnの協調制御を実現することが可能になる。
【0074】
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。
【0075】
例えば、システムコントローラ101に担わせる等、システムコントローラ101とストリングコントローラC1~Cmとの処理の分担は、適宜変更してもよい。例えば、ストリングSTR1~STRmの状態を検出する処理は、ストリングコントローラC1~Cmに担わせ、ストリングSTR1~STRmの状態を推定する処理は、システムコントローラ101に担わせてもよい。また、ストリング遮断スイッチ11の制御は、ストリングコントローラC1~Cmに担わせ、電力変換器PC1~PCmの制御は、システムコントローラ101に担わせてもよい。
【符号の説明】
【0076】
1 :蓄電システム
2 :蓄電システム
11 :ストリング遮断スイッチ
12 :電圧センサ(状態検出器)
13 :電流センサ(状態検出器)
14 :電圧センサ(状態検出器)
100 :蓄電池制御装置
101 :システムコントローラ(第2制御装置)
200 :蓄電池制御装置
1000 :蓄電池接続制御装置
2000 :蓄電池接続制御装置
B1~Bn :バイパススイッチユニット(バイパス回路)
C1~Cm :ストリングコントローラ(第1制御装置)
CM1~CMm :蓄電池接続モジュール
M1~Mn :蓄電池モジュール(蓄電池)
PC1~PCm :電力変換器
PL :電力線
STR1~STRm:蓄電池ストリング
図1
図2