JP2015195674A - Power storage battery assembly control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の蓄電池を接続した蓄電池集合体の充放電を制御する蓄電池集合体制御システムに関する。 The present invention relates to a storage battery assembly control system that controls charging and discharging of a storage battery assembly to which a plurality of storage batteries are connected.
リチウムイオン電池等の2次電池は、素電池と呼ばれる単位蓄電池の端子間電圧が約3V〜4V程度で、その充放電電流容量も小さい。そこで、複数個の素電池を直列接続や並列接続してユニット化した蓄電池ユニット等が用いられる。 A secondary battery such as a lithium-ion battery has a unit storage battery called a unit battery having a voltage between terminals of about 3 V to 4 V and a small charge / discharge current capacity. Therefore, a storage battery unit or the like obtained by unitizing a plurality of unit cells in series connection or parallel connection is used.
特許文献1には、蓄電池集合体制御システムとして、1つの電力変換装置の充放電バスラインに複数の蓄電池ユニットが並列に接続されるとき、それぞれの蓄電池ユニットの電圧が異なっていると、電圧の高い方から低い方へ電流が流れ、場合によっては過大な電流となることが生じることを指摘している。
In
特許文献1における過電流の恐れの指摘以外にも、1つの電力変換装置の充放電バスラインに複数の蓄電池ユニットが並列に接続されているときに、各蓄電池ユニットが満充電になる時期が必ずしも一致しないため、まだ満充電になっていない蓄電池ユニットに充電電流が集中して過電圧となることが生じ得る。
In addition to the indication of the fear of overcurrent in
本発明の目的は、バスラインに並列に複数の蓄電池ユニットが接続されて充電されるときに、各蓄電池ユニットが過電流、過電圧にならないように制御できる蓄電池集合体制御システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a storage battery assembly control system capable of controlling each storage battery unit so as not to become overcurrent and overvoltage when a plurality of storage battery units are connected in parallel to a bus line and charged. .
本発明に係る蓄電池集合体制御システムは、蓄電池を備えた複数の蓄電池ユニットと、各蓄電池ユニットにそれぞれ接続される複数のDC/DCコンバータと、各DC/DCコンバータを介して複数の蓄電池ユニットを並列接続するDCバスラインと、外部充電電源及び外部放電負荷を含む外部電力ラインとDCバスラインとの間に接続配置される電力変換装置と、制御装置と、を備え、制御装置は、各蓄電池ユニットの充放電状態、及び外部充電電源と外部放電負荷の状況を取得し、電力変換装置に対し充放電指令を送信し、各蓄電池ユニットに対する充放電開始指令または充放電停止指令を送信する。 A storage battery assembly control system according to the present invention includes a plurality of storage battery units each provided with a storage battery, a plurality of DC / DC converters connected to each storage battery unit, and a plurality of storage battery units via each DC / DC converter. A DC bus line connected in parallel; a power converter connected between an external power line including an external charging power source and an external discharge load; and a DC bus line; and a control device. The charging / discharging state of the unit and the status of the external charging power source and the external discharging load are acquired, a charging / discharging command is transmitted to the power converter, and a charging / discharging start command or charging / discharging stop command is transmitted to each storage battery unit.
上記構成の蓄電池集合体制御システムによれば、適切に充放電制御を行うことができる。 According to the storage battery assembly control system configured as described above, charge / discharge control can be appropriately performed.
上記構成の蓄電池集合体制御システムによれば、各蓄電池ユニットはDCバスラインに直接的に接続されるのでなく、それぞれDC/DCコンバータを介してDCバスラインに並列接続される。これにより、蓄電池ユニットの充放電状態に応じて適切な充放電処理等をDC/DCコンバータを介して行うことが可能になり、蓄電池ユニットが過電流、過電圧、過放電にならないように制御できる。 According to the storage battery assembly control system configured as described above, each storage battery unit is not directly connected to the DC bus line, but is connected in parallel to the DC bus line via the DC / DC converter. Thereby, it becomes possible to perform an appropriate charging / discharging process etc. via a DC / DC converter according to the charging / discharging state of a storage battery unit, and it can control so that a storage battery unit does not become an overcurrent, an overvoltage, and an overdischarge.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の2次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電池集合体とするのは負荷の必要電力に対応するための電圧と電流を得るためであるので、蓄電池集合体を構成する素電池の数、素電池を組み合わせた蓄電池パック(BP)の数、蓄電池パック(BP)を組み合わせた蓄電池ユニット(BU)の数等は、蓄電池集合体制御システムの仕様に応じ適宜なものとできる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Below, although a lithium ion battery is demonstrated as a storage battery, secondary batteries other than this may be sufficient. For example, a nickel hydrogen battery, a nickel cadmium battery, or the like may be used. Since the storage battery assembly is for obtaining the voltage and current to correspond to the required power of the load, the number of unit cells constituting the storage battery assembly, the number of storage battery packs (BP) combining the unit cells, The number of storage battery units (BU) combined with the storage battery pack (BP) may be appropriate according to the specifications of the storage battery assembly control system.
また、以下で述べる電力値、電流値、電圧値、充放電時間等は、説明のための例示であり、蓄電池集合体制御システムの仕様等に応じ適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 In addition, the power value, current value, voltage value, charge / discharge time, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the storage battery assembly control system. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、蓄電池集合体制御システム10の構成を示す図である。蓄電池集合体制御システム10において、外部充電電源11と外部放電負荷12が電力変換装置であるPCS13に接続され、PCS13は、DCバスライン14に接続される。DCバスライン14には、5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25を介して、蓄電池集合体30を構成する5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35が並列接続される。蓄電池集合体制御システム10は、外部充電電源11と、外部放電負荷12と、蓄電池集合体30との間の最適な充放電制御を行うために、制御装置40がPCS13と5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25の動作を制御するシステムである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a storage battery
図2は、図1における1つのDC/DCコンバータ21とこれに接続される1つの蓄電池ユニット31の詳細構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of one DC /
なお、図1以下では、5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25を略して「DC/DC1〜5」と示し、5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35を略して「BU1〜5」と示した。また、以下の図では、電力線を太線で、信号線を細線で示した。
In FIG. 1 and subsequent figures, the five DC /
外部充電電源11は、外部商用電源である。外部商用電源は、単相または三相の交流電力源であり、電力需給の変動に合わせて、水力発電、原子力発電、火力発電等の様々な発電方式で発電された電力を組み合わせて、外部の電力会社から供給される。これ以外の外部充電電源、例えば太陽光発電電力や風力発電電力等であってもよい。
The external
外部放電負荷12は、直流電力の供給を受けて作動する機器である。例えば、外部放電負荷12を工場の負荷として、機械設備、一般照明、一般空調、厨房器具、サーバやPC等の事務機器、工場内空調等である。
The
PCS13は、電力変換装置である。PCSは、Power Conditioner Systemの略である。PCS13は、外部充電電源11の交流電力と、蓄電池集合体30の直流電力と、外部放電負荷12の直流電力との間の電力変換を行う装置である。PCS13は、外部充電電源11から蓄電池集合体30を充電するときは交流電力から直流電力への変換を行い、蓄電池集合体30から外部充電電源11に電力を還流させるときは直流電力から交流電力への変換を行うことができる双方向の交直変換装置として機能する。また、PCS13は、蓄電池集合体30から外部放電負荷12に放電するときには、蓄電池集合体30の電圧を外部放電負荷12の電圧に合わせるために、昇圧または降圧の電圧変換を行うことができる双方向の直流電圧変換装置として機能する。
The PCS 13 is a power conversion device. PCS is an abbreviation for Power Conditioner System. The PCS 13 is a device that performs power conversion between the AC power of the external
なお、外部充電電源11が太陽光発電電力や風力発電電力等のように直流電力であるときは、PCS13は、昇圧と降圧が可能な双方向の直流電圧変換装置である。このように、PCS13は、双方向交直電力変換と双方向直流電圧変換の機能を有する電力変換装置であるが、蓄電池集合体制御システム10の仕様によっては、双方向交直電力変換または双方向直流電圧変換のいずれかの機能のみを有するものとしてもよい。PCS13は、適当な信号線で制御装置40に接続し、制御装置40の制御の下で電力変換を実行する。
Note that when the external
DCバスライン14は、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25を介して複数の蓄電池ユニット31,32,33,34,35を並列接続する電力線である。
The DC
5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25は、5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35のそれぞれに直列接続される直流電圧変換器である。5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35をDCバスライン14に直接的に並列接続するのに代えて、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25を介して蓄電池ユニット31,32,33,34,35をDCバスライン14に並列接続することで、各蓄電池ユニット31,32,33,34,35の電圧が相違する場合でも、その電圧の相違のためにDCバスライン14を介して電流が流れることがないようにできる。
The five DC /
5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35は、それぞれ、複数の素電池を所定の接続方法で直列または並列に接続してユニット化したものである。5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35はいずれも同じ構成であるので、蓄電池ユニット31を用いて説明する。図2(a)に示すように、蓄電池ユニット31は、予め定められた個数の蓄電池パック(BP)を並列接続した蓄電池パック列を、予め定めた段数で直列に接続して構成される。図2(a)の例では、5つの蓄電池パック(BP)を並列接続して1つの蓄電池パック列を形成し、その蓄電池パック列を8段直列接続して、1つの蓄電池ユニット31が構成される。すなわち、1つの蓄電池ユニット31は、(5×8=40)の蓄電池パック(BP)から構成される。
Each of the five
各蓄電池パック(BP)はいずれも同じ構造で、図2(b)に示すように、予め定められた個数の素電池を並列接続した素電池列を、予め定めた段数で直列に接続して構成される。図2(b)の例では、24の素電池を並列接続して1つの素電池列を形成し、その素電池列を13段直列接続して、1つの蓄電池パック(BP)が構成される。すなわち、1つの蓄電池パック(BP)は、(24×13=312)の素電池から構成される。 Each storage battery pack (BP) has the same structure, and as shown in FIG. 2 (b), a unit cell array in which a predetermined number of unit cells are connected in parallel is connected in series with a predetermined number of stages. Composed. In the example of FIG. 2B, 24 unit cells are connected in parallel to form one unit cell array, and the unit cell arrays are connected in 13 stages in series to form one storage battery pack (BP). . That is, one storage battery pack (BP) is composed of (24 × 13 = 312) unit cells.
素電池は、ここでは、端子間電圧が約3V〜約4Vのリチウムイオン電池である。したがって、1つの蓄電池パック(BP)の端子間電圧は、{(約3V〜約4V)×13}=(約39V〜約52V)である。1つの蓄電池ユニット31の端子間電圧VBUは、{(約39V〜約52V)×8}=(約312V〜約416V)である。これは一例であり、素電池の仕様、蓄電池パック(BP)の構成仕様、蓄電池ユニット31の構成仕様等で異なる。
Here, the unit cell is a lithium ion battery having a voltage between terminals of about 3V to about 4V. Therefore, the voltage between the terminals of one storage battery pack (BP) is {(about 3V to about 4V) × 13} = (about 39V to about 52V). The inter-terminal voltage V BU of one
再び5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25の説明に戻る。各DC/DCコンバータ21,22,23,24,25はいずれも同じ構成であるので、蓄電池ユニット31に接続されるDC/DCコンバータ21について説明する。DC/DCコンバータ21は、昇圧ユニット26と降圧ユニット27を含んで構成される。
Returning to the description of the five DC /
昇圧ユニット26は蓄電池ユニット31を放電させるときに動作する。蓄電池ユニット31を放電させるとき、蓄電池ユニット31の充電状態(State Of Charge:SOC)が過放電にならない程度の高い値のときは、PCS13に指令した放電電力値に応じた放電、または予め定められた一定放電電流値で放電が行われる。一定放電電流値は、DC/DCコンバータ21の回路構成等で定まる値である。
The boosting
昇圧ユニット26は、放電によりDCバスライン14の電圧が低下すると、蓄電池ユニット31からDCバスライン14へ流す電流量を調整し、DCバスライン14の電圧が予め定めた昇圧制御電圧範囲に入るように動作する。PCS13に指令した放電電力が大きい場合、DCバスライン14の電圧低下は大きくなり、昇圧ユニット26が蓄電池ユニット31からDCバスライン14に流す電流量は大きくなる。逆に、放電電力が小さい場合、DCバスライン14の電圧低下は小さくなり、昇圧ユニット26が蓄電池ユニット31からDCバスライン14に流す電流量は小さくなる。
When the voltage of the
図2(a)では、昇圧制御電圧範囲の例として(約420V〜約430V)が示されている。この値は説明のための一例であって、1つの蓄電池ユニット31の端子間電圧VBUの上限値である約416Vよりも高い電圧値であればよい。蓄電池パック(BP)の直列接続数を減らした構成の場合には、蓄電池ユニット31の端子間電圧VBUが低くなるので、もっと低い値に設定することができる。
FIG. 2A shows (about 420 V to about 430 V) as an example of the boost control voltage range. This value is an example for explanation, and may be a voltage value higher than about 416 V that is the upper limit value of the inter-terminal voltage V BU of one
降圧ユニット27は蓄電池ユニット31を充電させるときに動作する。蓄電池ユニット31を充電させるとき、蓄電池ユニット31のSOCが過充電にならない程度に低い値のときは、PCS13に指令した充電電力に応じた充電、または予め定められた一定充電電流値で定電流充電(Constant Current充電:CC充電)が行われる。一定放電電流値は、DC/DCコンバータ21の回路構成等で定まる値である。
The step-down unit 27 operates when charging the
降圧ユニット27は、充電によりDCバスライン14の電圧が上昇すると、DCバスライン14から蓄電池ユニット31へ流す電流量を調整し、DCバスライン14の電圧が予め定めた降圧制御電圧範囲に入るように動作する。PCS13に指令した充電電力が大きい場合、DCバスライン14の電圧上昇は大きくなり、降圧ユニット27がDCバスライン14から蓄電池ユニット31に流す電流量は大きくなる。逆に、充電電力が小さい場合、DCバスライン14の電圧上昇は小さくなり、降圧ユニット27がDCバスライン14から蓄電池ユニット31に流す電流量は小さくなる。
When the voltage of the
図2(a)では、降圧制御電圧範囲の例として(約440V〜約450V)が示されている。この値も降圧制御電圧範囲が昇圧制御電圧範囲よりも高めの電圧であることを示すための一例であって、これ以外の値であってもよい。 FIG. 2A shows (about 440 V to about 450 V) as an example of the step-down control voltage range. This value is also an example for indicating that the step-down control voltage range is higher than the step-up control voltage range, and may be a value other than this.
図2(c)は、降圧制御電圧範囲と昇圧制御電圧範囲の関係を示す図である。ここで図2(c)において460Vとして示される線は、後述するように、制御装置40が蓄電池集合体30の充電時にPCS13に出力する一定電圧指令の値である。図2(c)に示されるように、制御装置40が蓄電池集合体30の充電時にPCS13に出力する一定電圧指令の値は、降圧ユニット27の降圧制御電圧範囲の上限よりも高く設定される。このように設定することによる作用効果については後述する。
FIG. 2C is a diagram showing the relationship between the step-down control voltage range and the step-up control voltage range. Here, a line indicated as 460 V in FIG. 2C is a value of a constant voltage command that the
図3は、CC充電とCV充電を模式的に示す図である。横軸は時間で、t=t0が充電開始時間、t=t1がCC充電からCV充電に切替わる時間、t=t2は充電終止時間である。縦軸は、充電電流Iと蓄電池ユニット31の端子間電圧Vである。図3に示されるように、t=t0からt=t1の間は、充電電流I=I0の一定値で充電が行われるCC充電の期間である。そのCC充電によって蓄電池ユニット31の端子間電圧Vが放電終止電圧VSから上昇する。端子間電圧Vが十分上昇して、蓄電池パック(BP)の特性から規定される充電電圧になる等の基準を満たす時間t=t1になると、端子間電圧V=V0の一定値の下で充電が継続される。これがCV充電である。CV充電によって充電電流Iは次第に低下し、これ以上の充電をするにはさらに長時間を有する等の基準を満たす時間t=t2でCV充電を止める。このときが充電終止時間である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing CC charging and CV charging. The horizontal axis is time, t = t 0 is the charge start time, t = t 1 is the time for switching from CC charge to CV charge, and t = t 2 is the charge end time. The vertical axis represents the charging current I and the voltage V between the terminals of the
図2(a)の場合では、端子間電圧V=416Vに達するまでは、PCS13に指令した充電電力値に応じた充電、またはCC充電が実行され、端子間電圧V=416Vに達した時間t=t1からCV充電が行われる。CV充電は、降圧ユニット27により、蓄電池ユニット31側の電圧が一定値(降圧出力電圧制限値)になるように、DCバスライン14から蓄電池ユニット31へ流す電流を絞る制御が行われる。
In the case of FIG. 2A, until the voltage V between terminals reaches V = 416V, charging according to the charging power value commanded to the
再び図1に戻り、制御装置40は、蓄電池集合体制御システム10を構成する各要素の動作を全体として制御し、蓄電池集合体30の充放電を適切に行う。かかる制御装置40は、コンピュータ等を用いることができる。
Returning to FIG. 1 again, the
制御装置40は、外部充電電源11と外部放電負荷12の状況を取得する外部状況取得部41と、蓄電池ユニット31,32,33,34,35の充放電状態であるSOCを取得する蓄電池ユニット充放電状態取得部42と、これらの取得した内容に基づいて蓄電池集合体30を充電させるか放電させるか等を判断してPCS13に充放電指令を送信する充放電指令送信部43と、これに合わせてDC/DCコンバータ21,22,23,24,25に充放電の開始指令または停止指令を送信する充放電の開始停止指令送信部44を含んで構成される。放電の開始指令または停止指令は、昇圧ユニット26に対する動作開始指令または動作停止指令であり、充電の開始指令または停止指令は、降圧ユニット27に対する動作開始指令または動作停止指令である。
The
外部状況取得部41は、外部充電電源11が停電なく正常に動作中で、蓄電池集合体30に充電を行うことができる状態にあるか否かと、外部放電負荷12が動作のために蓄電池集合体30からの電力供給を必要としているか否かが判断される。これらの判断は、適当な信号線で制御装置40と外部充電電源11及び外部放電負荷12とを結び、外部充電電源11の状態及び外部放電負荷12の状態を取得することで行われる。一例を挙げると、現在が夜間であって、外部放電負荷12が運転停止中の状態であること、外部充電電源11は電力供給余力があり、例えば、250kWの電力を2時間程度であれば供給可能な状態であること等を取得する。
The external
蓄電池ユニット充放電状態取得部42は、蓄電池ユニット31,32,33,34,35のSOCを取得する。例えば、蓄電池ユニット31,32,33,34,35について、5列の蓄電池ユニット列のいずれもが充電を行っても過充電とならない程度にSOCが低い状態であることを取得する。蓄電池ユニットのSOCは、制御装置40と各蓄電池ユニット31,32,33,34,35を構成する蓄電池パック(BP)または素電池とを適当な信号線で結び、それぞれの蓄電池パック(BP)の端子間電圧、またはそれぞれの素電池の端子間電圧を取得し、これらから蓄電池ユニット31,32,33,34,35のSOCを推定して取得することで行われる。蓄電池パック(BP)の端子間電圧、または素電池の端子間電圧の取得に合わせて、あるいは代替して、これらを流れる電流を取得することもできる。また、蓄電池パック(BP)の温度、または素電池の温度を取得することもできる。
The storage battery unit charge / discharge
充放電指令送信部43は、充放電指令として、充放電電力量をPCS13に送信することで行われる。例えば、上記の場合「250kWの電力を2時間充電せよ」の内容をPCS13に送信することで、充放電指令が行われる。ここで、放電を行わせる場合は、上記のように、(放電電力量=電力×時間)で表される放電電力量がPCS13に送信される。電力量ではなく、電力値を充放電指令として与えることもでき、外部状況取得部41により外部充電電源11および外部放電負荷12の状況をリアルタイムに取得し、状況に合わせて電力値を変えることもできる。
The charge / discharge
充電を行わせる場合は、充電初期はPCS13に指令した充電電力値に応じた充電が行われるので、一定値の電力量が所定時間継続するように(充電電力量=電力×時間)で表される充電電力量がPCS13に送信される。充電が進んでCV充電に移行すると、例えば、「蓄電池ユニット31側の電圧が416Vとなるように充電を継続せよ」の内容がDC/DCコンバータ21に送信される。416Vは、DC/DCコンバータ21に対する降圧出力電圧制限値である。このときに、DCバスライン14の電圧を、降圧制御電圧範囲の上限値よりも所定の値だけ高い一定値となるようにする一定電圧充電指令がPCS13に送信される。上記の例では、降圧制御電圧範囲の上限値=450Vであるので、一定電圧充電指令としては、450Vより10Vだけ高い460Vを一定電圧充電指令の内容として、「DCバスライン14が460Vとなるように充電電流を制御せよ」の内容がPCS13に送信される。
When charging is performed, charging is performed in accordance with the charging power value commanded to the
CV充電に移行するときに、DCバスライン14の電圧を降圧制御電圧範囲の上限値よりも高い値を維持するように制御するのは、PCS13にDCバスライン14の電圧制御を行わせるためである。言い換えれば、PCS13は、一定電圧充電指令により、外部充電電源11からDCバスライン14へ流す電流量を調整し、DCバスライン14の電圧を予め定めた電圧に維持するように動作する。このとき、蓄電池ユニット31のCV充電制御に移行したDC/DCコンバータ21を除く残りの4つのDC/DCコンバータ22,23,24,25は予め定めた一定充電電流値での定電流充電制御(CC充電制御)に移行する。5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35のいずれかがCV充電により充電電流値が絞られても、あるいは満充電となっても、PCS13が電流量を調整するため、他の蓄電池ユニットに対して、充電電流を変動させることなくCC充電を継続させることができる。
The reason for controlling the voltage of the
仮に、CV充電に移行しても(充電電力量=電力×時間)で表される充電電力量がPCS13に送信され続けるとする。この場合、蓄電池ユニット31,32,33,34,35のいずれかが満充電となると、充放電の開始停止指令送信部44の機能によってその蓄電池ユニットは動作を停止するので、(充電電力量=電力×時間)の全量が他の4つの蓄電池ユニットに集中する。
Suppose that the charging power amount represented by (charging power amount = power × time) continues to be transmitted to the
さらに、5つの蓄電池ユニットのうち4つが満充電となると、残りの1つに(充電電力量=電力×時間)の全量が集中する。蓄電池ユニット31,32,33,34,35のそれぞれには充電電流の上限値があり、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25で充電電流を制限しているので、その制限値以上には充電電流を流すことができず、指令値である電力値を守るためにDCバスライン14の電圧が降圧制御電圧範囲を超えて過電圧となる。DCバスライン14の電圧を降圧制御電圧範囲の上限値よりも所定値だけ高い一定電圧値である460Vを維持するように制御することで、PCS13は、外部充電電源11からDCバスライン14へ流す電流量を調整でき、その結果、例えば、残りの1つの蓄電池ユニットに(充電電力量=電力×時間)の全量が集中することを避けることができ、安全に充電を継続することができる。
Furthermore, when four of the five storage battery units are fully charged, the total amount of (charging power amount = power × time) is concentrated on the remaining one. Each of the
充放電の開始停止指令送信部44は、外部状況取得部41によって取得された状況が蓄電池集合体30に対する充放電が可能な状態であり、蓄電池ユニット充放電状態取得部42によって取得されるSOCが充放電を受け入れる状態であるときに、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25に対し、蓄電池ユニット31,32,33,34,35を充放電開始させる指令を送信する。また、充放電が進行して、蓄電池ユニット充放電状態取得部42によって取得されるSOCがこれ以上の充放電を受け入れない状態となったときに、その蓄電池ユニットの動作を停止させる指令を送信する。より具体的には、蓄電池ユニット31,32,33,34,35の放電動作の停止指令は、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25の各昇圧ユニット26に対する動作停止指令であり、蓄電池ユニット31,32,33,34,35の充電動作の停止指令は、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25の各降圧ユニット27に対する動作停止指令である。
The charge / discharge start / stop
かかる機能は、制御装置40においてソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、制御装置40において充放電プログラムを実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
Such a function can be realized by executing software in the
上記構成の作用について、図4から図11を用いて説明する。これらの図は、図2の構成図を簡略化し、さらに、1つのPCS13と5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25の状態を紙面の上方側から下方側に向かって示した図である。ここでは、紙面の上方側から下方側に向かって順に、制御装置40における外部状況取得部41が取得した内容、蓄電池ユニット充放電状態取得部42が取得した内容、充放電指令送信部43によるPCS13への指令内容、充放電の開始停止指令送信部44による5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25への指令内容、5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25の制御内容を示した。
The operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. These diagrams simplify the configuration diagram of FIG. 2, and further show the state of one
図4から図8は充電のときの状況を示す図で、図4は充電開始のとき、図5は1つの蓄電池ユニット31の端子間電圧VBUが蓄電池パック(BP)の特性から規定される充電電圧制限値(降圧出力電圧制限値)に達してCV放電に切り替わったとき、図6はさらに進んで全部の蓄電池ユニットの端子間電圧VBUが充電電圧制限値(降圧出力電圧制限値)に達したとき、図7はさらに進んで1つの蓄電池ユニット31が満充電になったとき、図8は全ての蓄電池ユニットが満充電となって充電が終了したときの状況を示す図である。
FIGS. 4 to 8 are diagrams showing the situation at the time of charging, FIG. 4 is when charging is started, and FIG. 5 is that the voltage V BU between terminals of one
充電処理が行われる一例として、夜間であって、外部放電負荷12は運転を停止していて、蓄電池ユニットからの電力供給は不要であり、外部充電電源11は余裕電力があり、250kWで2h程度の電力を供給可能であるとする。
As an example in which the charging process is performed, at night, the
図4は、充電開始のときの状態で、外部状況取得部41により取得された状況は、上記のように、外部放電負荷12に電力供給は不要であり、外部充電電源11は250kWで2h程度の電力を供給可能である。蓄電池ユニット充放電状態取得部42によって取得された状態は、5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35のSOCがいずれも充電可能な範囲にある。充電可能とは、充電がなされても過充電にはならない状態である。充放電指令送信部43によるPCS13への指令は「250kWで2h充電せよ」となる。充放電の開始停止指令送信部44による5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25への指令は、「充電開始せよ」(降圧ユニット27の動作を開始せよ)というものである。なお、他の実施形態として、充放電指令送信部43によるPCS13への指令は、電圧制御として、「DCバスライン14の電圧を460Vの一定に維持し2h充電せよ」としてもよい。
FIG. 4 shows a state at the start of charging, and the situation acquired by the external
この場合、5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25は、PCS13に指令した充電電力値に応じて、DCバスライン14の電圧が予め定めた降圧制御電圧範囲に入るように動作し、蓄電池ユニット31,32,33,34,35に対し充電を行う。そこで蓄電池ユニット31,32,33,34,35に対して250kWで2時間充電させるために、PCS13は、外部充電電源11の交流電力を、2時間の間、直流電力に変換する。
In this case, the five DC /
図5は、図4から充電処理が進んで、1つの蓄電池ユニット31が蓄電池パック(BP)の特性から規定される充電電圧制限値(降圧出力電圧制限値)に達したときの制御を示す図である。ここでは、PCS13への指令が「DCバスライン14の電圧を460V一定に維持せよ」に変更され、蓄電池ユニット31に対する充電制御がCV充電制御に切り替わる。蓄電池ユニット32,33,34,35に対してはCC充電制御に切り替わる。
FIG. 5 is a diagram showing the control when the charging process proceeds from FIG. 4 and one
図6は、図5から充電処理が更に進み、全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35が蓄電池パック(BP)の特性から規定される充電電圧制限値(降圧出力電圧制限値)に達したときの制御を示す図である。ここでは、全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35に対してCV充電制御が行われる。
In FIG. 6, the charging process further proceeds from FIG. 5, and all the
図7は、図6よりさらに充電処理が進み、1つの蓄電池ユニット31が満充電に達したときの制御を示す図である。蓄電池ユニット充放電状態取得部42はこの状態を取得し、これに基づき、充放電の開始停止指令送信部44は、蓄電池ユニット31を制御するDC/DCコンバータ21に対し、「充電停止」の指令(降圧ユニット27の動作停止指令)を送信する。その他のDC/DCコンバータ22,23,24,25に対してはCV充電制御を継続する。
FIG. 7 is a diagram showing the control when the charging process further proceeds from FIG. 6 and one
図8は、図7よりもさらに充電処理が進み、全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35が満充電に達したときの制御を示す図である。充放電の開始停止指令送信部44の「充電停止」の指令は、全てのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25に送信され、これによって、充電処理は終了する。このように、DCバスライン14を460Vの一定電圧値となるように制御することで、いずれの蓄電池ユニットも安全に充電でき、過電流、過電圧になることもなく、全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35を満充電とすることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the control when the charging process is further advanced than in FIG. 7 and all the
図9から図11は放電のときの状況を示す図で、図9は放電開始のとき、図10は1つの蓄電池ユニット31が放電終止となったとき、図11は全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35が放電終止となったときの状況を示す図である。
FIGS. 9 to 11 are diagrams showing the situation at the time of discharge, FIG. 9 is when discharge is started, FIG. 10 is when one
放電処理が行われる一例として、昼間であって、外部放電負荷12の機械設備がフル運転状態となり、冷房装置をフル運転状態するには電力が不足し、250kWで2h程度の電力を供給する必要があるものとする。
As an example in which the discharge treatment is performed, in the daytime, the mechanical equipment of the
図9は、放電開始のときの状態で、外部状況取得部41により取得された状況は、上記のように、外部放電負荷12に250kWで2h程度の電力供給が必要な状態である。蓄電池ユニット充放電状態取得部42によって取得された状態は、5つの蓄電池ユニット31,32,33,34,35のSOCがいずれも放電可能な範囲にある。放電可能とは、放電がなされても過放電にはならない状態である。充放電指令送信部43によるPCS13への指令は「250kWで2h放電せよ」となる。充放電の開始停止指令送信部44による5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25への指令は、「放電開始せよ」(昇圧ユニット26の動作を開始せよ)というものである。この場合、5つのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25は、DCバスライン14の電圧が昇圧制御電圧範囲になるように放電制御を行う。
FIG. 9 shows a state at the start of discharge, and the state acquired by the external
図10は、図9から放電処理が進んで、1つの蓄電池ユニット31が放電終止となったときの制御を示す図である。蓄電池ユニット充放電状態取得部42はこの状態を取得し、これに基づき、充放電の開始停止指令送信部44は、蓄電池ユニット31を制御するDC/DCコンバータ21に対し、「放電停止」の指令(昇圧ユニット26の動作停止指令)を送信する。他のDC/DCコンバータ22,23,24,25は、蓄電池ユニット32,33,34,35に対し放電制御を継続する。
FIG. 10 is a diagram showing the control when the discharge process proceeds from FIG. 9 and one
このようになると、残りの4つの蓄電池ユニット32,33,34,35で放電を行うことになるので、放電可能な電力量が4/5に減少する。そこで、PCS13への指令が「200kWで2hの残り時間を放電せよ」に変更される。このように、放電可能な蓄電池ユニットの数に応じて放電指令の放電電力量が変更されるので、蓄電池ユニット32,33,34,35からの放電電流が過大になることがない。
If it becomes like this, since it will discharge with the remaining four
図11は、図10よりもさらに放電処理が進み、全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35が放電終止になったときの制御を示す図である。充放電の開始停止指令送信部44の「放電停止」の指令は、全てのDC/DCコンバータ21,22,23,24,25に送信され、これによって、放電処理は終了する。このように、放電停止した蓄電池ユニットがあるときは、残りの放電可能な蓄電池ユニットの数に応じてPCS13に対する放電電力量が変更されるので、いずれの蓄電池ユニットからの放電電流が過大になることもなく、全ての蓄電池ユニット31,32,33,34,35について安全に放電を終止させることができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating the control when the discharge process further proceeds than in FIG. 10 and all the
以上で充電制御と放電制御を説明した。充電も放電も行っていない充放電停止時においては、例えば、停電等で、重要設備等の外部放電負荷12に対し直ちに電力を供給したいことが生じ得る。そこで、充放電停止時でも、PCS13の動作状態をスタンバイ状態とし、DC/DCコンバータ21,22,23,24,25の各昇圧ユニット26の動作状態もスタンバイ状態とする。スタンバイ状態とするための電力は、蓄電池ユニット31,32,33,34,35から供給することができる。あるいはDCバスライン14の側から供給するものとしてもよい。あるいは、外部充電電源11にUPSを介してAC/DCコンバータを接続し、AC/DCコンバータから電力を供給してもよい。UPSを介することで停電時であっても継続してスタンバイ状態を維持するための電力を供給することができる。
The charging control and discharging control have been described above. When charging / discharging is stopped when neither charging nor discharging is performed, for example, it may occur that power is immediately supplied to the
制御装置40は、外部充電電源11と外部充電負荷12の状況を取得する外部状況取得部41の代わりに、例えば、午後2時から午後4時まで、250kWで放電、午前1時から午前4時まで充電といったように、充放電スケジュール設定部を有するものとしてもよい。これにより、蓄電池集合体制御システム10を、設定された充放電スケジュールに従って充放電運転することができる。
For example, instead of the external
1つの蓄電池ユニットがCV充電制御されるときに、PCS13に一定電圧充電指令を送信するものとしたが、充電開始状態からPCS13に一定電圧充電指令を送信するものとしてもよい。
When one storage battery unit is subjected to CV charge control, the constant voltage charge command is transmitted to the
10 蓄電池集合体制御システム、11 外部充電電源、12 外部放電負荷、
13 PCS(電力変換装置)、14 DCバスライン、21,22,23,24,25 DC/DCコンバータ、26 昇圧ユニット、27 降圧ユニット、30 蓄電池集合体、31,32,33,34,35 蓄電池ユニット、40 制御装置、41 外部状況取得部、42 蓄電池ユニット充放電状態取得部、43 充放電指令送信部、44 充放電の開始停止指令送信部。
10 storage battery assembly control system, 11 external charging power source, 12 external discharge load,
13 PCS (power conversion device), 14 DC bus line, 21, 22, 23, 24, 25 DC / DC converter, 26 step-up unit, 27 step-down unit, 30 storage battery assembly, 31, 32, 33, 34, 35 storage battery Unit, 40 control device, 41 external condition acquisition unit, 42 storage battery unit charge / discharge state acquisition unit, 43 charge / discharge command transmission unit, 44 charge / discharge start / stop command transmission unit.
Claims (5)
前記各蓄電池ユニットにそれぞれ接続される複数のDC/DCコンバータと、
前記各DC/DCコンバータを介して前記複数の蓄電池ユニットを並列接続するDCバスラインと、
外部充電電源及び外部放電負荷を含む外部電力ラインと前記DCバスラインとの間に接続配置される電力変換装置と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記各蓄電池ユニットの充放電状態を取得し、
前記電力変換装置に対し充放電指令を送信し、
前記各蓄電池ユニットに対する充放電開始指令または充放電停止指令を送信する、蓄電池集合体制御システム。 A plurality of storage battery units with storage batteries;
A plurality of DC / DC converters connected to each storage battery unit;
A DC bus line connecting the plurality of storage battery units in parallel via the DC / DC converters;
A power converter connected between an external power line including an external charging power source and an external discharge load and the DC bus line; and
A control device;
With
The controller is
Obtaining the charge / discharge state of each storage battery unit,
Sending a charge / discharge command to the power converter,
A storage battery assembly control system for transmitting a charge / discharge start command or a charge / discharge stop command to each of the storage battery units.
前記制御装置は、前記外部充電電源または前記外部放電負荷の少なくとも1つの状況を取得する、蓄電池集合体制御システム。 In the storage battery assembly control system according to claim 1,
The control device is a storage battery assembly control system that acquires at least one status of the external charging power source or the external discharging load.
前記制御装置は、
充電時において、前記充電指令として、前記DCバスラインの電圧が予め定めた一定電圧となるように一定電圧充電指令を前記電力変換装置に送信し、
放電時において、前記放電指令として、放電電力または放電電力量を前記電力変換装置に送信する、蓄電池集合体制御システム。 In the storage battery assembly control system according to claim 1 or 2,
The controller is
At the time of charging, as the charging command, a constant voltage charging command is transmitted to the power converter so that the voltage of the DC bus line becomes a predetermined constant voltage,
A storage battery assembly control system that transmits, as the discharge command, discharge power or a discharge power amount to the power conversion device during discharge.
前記充電時に、
前記各DC/DCコンバータは、
前記制御装置から前記充電開始指令を受信すると、当該DC/DCコンバータに接続される前記蓄電池ユニットに対し予め定められた電流制限の範囲で定電流充電を実行し、
充電が進み、当該蓄電池ユニットの電圧が上がり過ぎないように当該蓄電池ユニットの電圧が予め定めた充電電圧になるように充電電流を制御し、
前記制御装置は、
前記充電指令として、前記DC/DCコンバータの制御電圧範囲の上限電圧値よりも高電圧の前記一定電圧充電指令を前記電力変換装置に送信する、蓄電池集合体制御システム。 In the storage battery assembly control system according to claim 3,
During the charging,
Each of the DC / DC converters
When the charging start command is received from the control device, constant current charging is performed within a predetermined current limit range for the storage battery unit connected to the DC / DC converter,
The charging current is controlled so that the voltage of the storage battery unit becomes a predetermined charging voltage so that charging proceeds and the voltage of the storage battery unit does not increase too much,
The controller is
The storage battery assembly control system, wherein the constant voltage charging command having a voltage higher than an upper limit voltage value of a control voltage range of the DC / DC converter is transmitted to the power conversion device as the charging command.
前記制御装置は、
前記複数の蓄電池ユニットのうち、満充電となった前記蓄電池ユニットについては、当該蓄電池ユニットに接続される前記DC/DCコンバータに当該蓄電池ユニットに対する前記充電停止指令を送信する、蓄電池集合体制御システム。 In the storage battery assembly control system according to claim 4,
The controller is
Among the plurality of storage battery units, for the storage battery unit that is fully charged, a storage battery assembly control system that transmits the charge stop command for the storage battery unit to the DC / DC converter connected to the storage battery unit.
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