蓄电池系统

摘要

有关本发明的蓄电池系统(1)具备n台交直变换装置(11、12、13、…、1n)。各交直变换装置(11)与对应的蓄电池模块组(21)连接。各蓄电池模块组将1个以上的蓄电池模块(211、212、213)并联连接而成。构成至少1个蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量与构成其他蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量不同。并且，本发明的蓄电池系统(1)的控制装置(4)基于来自远方的能量管理系统(3)的充放电请求(Preq)、蓄电池模块数(Bnumi)和蓄电池容量比(Cratioi)，决定各交直变换装置的充放电量(Pi)。

权利要求

1.一种蓄电池系统，是在电力系统上连接N台交直变换装置、在上述N台交直变换装置各自上连接着蓄电池模块组的蓄电池系统，其中N≥2，上述蓄电池模块组是将1个以上的蓄电池模块并联连接而成的，上述蓄电池系统基于来自管理上述电力系统的电力供需的能量管理系统的充放电请求而动作，其特征在于，具备：

蓄电池监视装置，监视上述蓄电池模块组的状态；以及控制装置，接收上述充放电请求和从上述蓄电池监视装置供给的蓄电池信息，基于上述充放电请求和上述蓄电池信息来控制上述N台交直变换装置，上述交直变换装置具有将上述电力系统的交流电力变换为直流电力并向上述蓄电池模块组充电的功能、和将上述蓄电池模块组的直流电力变换为交流电力并向上述电力系统放电的功能，构成至少1个上述蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量与构成其他上述蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量不同，上述控制装置具备决定上述N台交直变换装置各自的充放电量以满足以下的关系式(1)的充放电指令部，这里，

Pi是第i台交直变换装置的充放电量，其中1≤i≤N，Preq是上述充放电请求的充放电量，

Bnumi是连接在第i台交直变换装置上的蓄电池模块数，Cratioi是连接在第i台交直变换装置上的蓄电池模块的最大蓄电容量相对于基准蓄电容量的容量比。

说明书

蓄电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及与电力系统连接的蓄电池系统。

背景技术

[0002] 电力系统通过将发电设备与负载设备用送配电设备连接而构建。在电力系统中，从将多个大规模发电站与许多工厂、商业施设及家庭连接的大规模的系统到特定的施设内所构建的小规模的系统，存在各种各样的规模的电力系统。在怎样的规模的电力系统中，都具备管理电力系统整体的电力供需的能量管理系统(EMS)，由EMS进行使发电设备的电力的供给与负载设备的电力的需求平衡的操作。

[0003] 蓄电池系统连接在上述那样的电力系统中，被作为用来使电力供需平衡的1个手段使用。并且，大量的电力的储存是困难的，但通过实用化锂离子电池及钠硫电池那样的大容量的蓄电池，能够实现大量的电力的储存。通过将具备这样的蓄电池的蓄电池系统连接到电力系统，能够采取如下的运用，即：在供给相对于电力的需求过大时将过剩的电力向蓄电池充电，在供给相对于电力的需求不足时借助从蓄电池的放电将电力的不足填补。

[0004] 这样的蓄电池系统的适当的用途的一例是与利用了太阳光或风力等的自然能的发电设备的组合。利用自然能的发电设备受到近来的对于能源问题或环境问题的意识的提高之影响而正在被广泛地导入。但是，在利用自然能的发电设备中，因为发电电力容易受季节或天气等的自然因素左右，所以有不能进行稳定的电力供给的缺点。蓄电池系统是能够弥补该缺点的系统，通过将蓄电池系统与利用自然能的发电设备组合，能够进行稳定的电力供给。

[0005] 在将蓄电池系统与电力系统连接的情况下，蓄电池系统的动作被上述的EMS管理。蓄电池系统具备连接在蓄电池上的交直变换装置(PCS)。PCS具有将电力系统的交流电力变换为直流电力并向蓄电池充电的功能、和将蓄电池的直流电力变换为交流电力而向电力系统放电的功能。从EMS对于PCS供给充放电请求，通过PCS按照充放电请求而动作，实现从电力系统向蓄电池的受电、或者从蓄电池向电力系统的放电。另外，决定从EMS向PCS供给的充放电请求，以在电力系统整体中使电力的供需平衡。

[0006] 另外，申请人作为与本发明关联的技术而理解了以下记载的文献。在日本特开2014－124063号公报的图1中，描述了具备与电力系统连接的多个PCS的蓄电池系统的一例。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本特开2014－124063号公报

发明内容

[0010] 发明要解决的课题

[0011] 蓄电池根据保持的SOC(State Of Charge)而寿命变化。为了使多个蓄电池的劣化状况变得均匀，在蓄电池系统中，需要各蓄电池的SOC保持为均匀而运用。以往，在具备多台PCS的蓄电池系统中，在与各PCS连接的蓄电池是同一厂商的同一种类的蓄电池的情况下，将与充放电请求对应的总充放电量以多台PCS按比例分配来执行充放电控制。

[0012] 但是，因为蓄电池系统的大规模化、多样化，也有将连接着不同厂商的蓄电池而成的PCS进行组合而构成蓄电池系统的情况。在这样的蓄电池系统中，在PCS间，蓄电池的最大蓄电容量不同。在这样的蓄电池系统中，如上述那样将与充放电请求对应的总充放电量单纯地以多台PCS按比例分配时，由充放电带来的对于SOC的影响在最大蓄电容量较小的蓄电池中较大，所以在PCS间在蓄电池的SOC上发生不均匀。

[0013] 本发明是为了解决上述那样的问题而做出的，目的是提供一种在PCS间蓄电池的最大蓄电容量不同的蓄电池系统中、能够进行控制以使得在PCS间蓄电池的SOC变均匀的蓄电池系统。

[0014] 用于解决课题的手段

[0015] 为了达到上述目的，有关本发明的蓄电池系统如以下这样构成。

[0016] 有关本发明的蓄电池系统连接在电力系统上，构成为，基于来自管理电力系统的电力供需的EMS的充放电请求而动作。对于连接着本发明的蓄电池系统的电力系统的规模及结构没有限定。

[0017] 本发明的蓄电池系统具备多个蓄电池模块组、多个蓄电池监视装置、多个PCS及至少1个控制装置。

[0018] 有关本发明的蓄电池系统具备N台(N≥2)PCS。N台PCS分别连接在独立的蓄电池模块组上。蓄电池模块组将1个以上的蓄电池模块并联连接而成。构成至少1个蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量与构成其他蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量不同。

[0019] 蓄电池模块既可以由单一的蓄电池单元构成，也可以作为多个蓄电池单元的集合体构成。作为蓄电池的种类，优选的是锂离子电池、钠硫电池或镍氢电池等的大容量的蓄电池。

[0020] 蓄电池监视装置是监视蓄电池模块组的状态的装置。蓄电池监视装置既可以对于蓄电池模块组设置1个，也可以在各蓄电池模块中分别设置。作为蓄电池监视装置的监视项目，例如可以举出电流、电压、温度等的状态量。蓄电池监视装置将作为监视项目的状态量用传感器总是或以规定的周期计测，将得到的数据的一部分或全部作为蓄电池信息向外部输出。在蓄电池信息中，包括蓄电池模块的最大蓄电容量、蓄电池模块数、后述的蓄电池容量比。

[0021] PCS是在电力系统上连接蓄电池的装置，具有将电力系统的交流电力变换为直流电力并向蓄电池模块组充电的功能、和将蓄电池模块组的直流电力变换为交流电力并向电力系统放电的功能。PCS也被称作电力调节器，由PCS调整向蓄电池模块组的充电电力量及从蓄电池模块组的放电电力量。

[0022] 控制装置是夹在EMS与N台PCS之间的装置。该控制装置接收从EMS向蓄电池系统供给的充放电请求。控制装置构成为，将从蓄电池监视装置供给的蓄电池信息与充放电请求一起接收，基于充放电请求和蓄电池信息控制N台PCS。

[0023] 控制装置具备充放电指令部。充放电指令部决定N台PCS各自的充放电量，以满足以下的关系式(1)。

[0024] [数学式1]

[0025]

[0026] 这里，

[0027] Pi是第iPCS(1≤i≤N)的充放电量，

[0028] Preq是充放电请求，

[0029] Bnumi是连接在第iPCS上的蓄电池模块数，

[0030] Cratioi是蓄电池容量比。蓄电池容量比是指连接在第iPCS上的蓄电池模块的最大蓄电容量相对于基准蓄电容量的容量比。基准蓄电容量例如为规定的蓄电池模块的最大蓄电容量。

[0031] 发明效果

[0032] 根据本发明，在PCS间蓄电池的最大蓄电容量不同的蓄电池系统中，能够进行控制以使得在PCS间蓄电池的SOC变均匀。

附图说明

[0033] 图1是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的概念结构图。

[0034] 图2是有关本发明的实施方式1的系统的块图。

[0035] 图3是用来说明在本发明的实施方式1中由充放电指令部7进行的具体的计算例的图。

[0036] 图4是为了实现基于来自EMS3的充放电请求的充放电控制而由蓄电池系统1执行的控制例程的流程图。

[0037] 图5是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的变形例的概念结构图。

具体实施方式

[0038] 以下，参照附图对本发明的实施方式详细地说明。另外，对于在各图中共同的要素赋予相同的标号而省略重复的说明。

[0039] 实施方式1

[0040] [实施方式1的系统结构]

[0041] 图1是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的概念结构图。图1所示的蓄电池系统1被连接在电力系统的送电设备2上。在电力系统上，也可以除了送电设备2以外，还在送电设备2上连接发电设备(省略图示)或负载设备(省略图示)。蓄电池系统1通过计算机网络51连接在远方的能量管理系统(以下称作EMS)3上。EMS3管理发电设备的发电量、蓄电池系统1的充放电量、负载设备的受电量等、电力系统的电力供需。

[0042] 蓄电池系统1具备多个交直变换装置(以下为PCS)11～1n、多个蓄电池模块组21～2n、多个蓄电池监视装置(以下为BMU：Battery Management Unit)31～3n及控制装置4。

[0043] 蓄电池系统1具备第1～第N台(N≥2)PCS。以下为了容易说明，将由1个PCS和连接在该PCS上的蓄电池模块组及BMU构成的组称作“PCS组”。各PCS组的基本结构是同样的，所以这里例示第1PCS组而进行说明。

[0044] 第1PCS组具备PCS11。PCS11与蓄电池模块组21连接。蓄电池模块组21将蓄电池模块211～213并联连接而成。在图1中，蓄电池模块是3列，但这是单纯的一例。蓄电池模块的并联数可以基于PCS11的规格决定。由此，也有蓄电池模块的并联数成为1列的情况。

[0045] 各蓄电池模块211～213是串联连接有多个单元而成的模块。各单元是锂离子电池(LiB)。另外，在1个蓄电池模块组21内，蓄电池模块211～213的最大蓄电容量是相同的。

[0046] 蓄电池模块211～213通过信号线与BMU31连接。BMU31通过计算机网络53与控制装置4连接。在图1中，对于1个蓄电池模块连接着1个BMU，但这是单纯的一例。也可以对于蓄电池模块组21连接1个BMU。

[0047] BMU31监视蓄电池模块组21的状态。具体而言，BMU31作为计测蓄电池模块211～213的状态量的机构而具备电流传感器、电压传感器及温度传感器。由电流传感器计测在蓄电池模块211～213中流过的电流。由电压传感器计测蓄电池模块211～213的电压。并且，由温度传感器计测蓄电池模块211～213的温度。总是进行由BMU31进行的蓄电池模块211～
213的监视。但是，本实施方式中所述的总是监视，是不仅包括从传感器将没有间断的连续的信号取入的动作、还包括以规定的较短的周期将传感器的信号取入的动作的概念。BMU31将包含通过各传感器的计测得到的信息在内的蓄电池信息向控制装置4发送。此外，在蓄电池信息中，还可以包括蓄电池模块的最大蓄电容量、蓄电池模块数、蓄电池容量比。另外，这些信息也可以被预先存储在控制装置4中。

[0048] 以上，对连接在PCS11上的蓄电池模块组21及BMU31进行了说明，但上述基本结构关于连接在PCS12～1n上的蓄电池模块组22～2n及BMU32～3n也是同样的。重要的差异点是，构成蓄电池模块组21～2n中的至少1个蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量与构成其他蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量不同。例如，蓄电池模块211～213各自的最大蓄电容量是100[kWh]，蓄电池模块221～223各自的最大蓄电容量是50[kWh]。

[0049] 控制装置4具备包括例如ROM、RAM等在内的存储器、将各种信息输入输出的输入输出接口、能够基于各种信息执行各种运算处理的处理器。控制装置4通过计算机网络51与EMS3连接，通过计算机网络53与BMU31～3n连接，通过计算机网络52与PCS11～1n连接。

[0050] 控制装置4承担对于PCS11～1n发出充放电指令的司令塔的作用。作为一例，控制装置4接收从EMS3发送的充放电请求和从BMU31～3n发送的蓄电池信息。充放电请求包含关于使PCS11～1n充放电的有效电力和无效电力的请求。控制装置4基于充放电请求和蓄电池信息决定对于PCS11～1n的充放电指令(相当于充放电量[kW])，向PCS11～1n发送。此外，控制装置4还具备对PCS11～1n输出开路(trip)指令的功能等。

[0051] PCS11经由变压器通过送电线与送电设备2连接。PCS11具备将电力系统的交流电力变换为直流电力而向蓄电池模块组21充电的充电功能、和将蓄电池模块组21的直流电力变换为交流电力而向电力系统放电的放电功能。由PCS11调整向蓄电池模块组21的充电电力量及从蓄电池模块组21的放电电力量。由PCS11进行的充放电电力量的调整按照从控制装置4供给的充放电指示进行。PCS12～1n也具有与PCS11同样的功能。

[0052] [实施方式1的特征性结构]

[0053] 图2是有关本发明的实施方式1的系统的块图。在图2中的表示控制装置4的块内，用块表示了控制装置4所具备的各种各样的功能中的一部分。对块分配运算资源。在控制装置4中准备与块对应的程序，通过由处理器执行这些而在控制装置4中实现块的功能。

[0054] (充放电指令功能)

[0055] 控制装置4具有充放电指令功能，该功能由充放电指令部7承担。控制装置4从EMS3接收充放电请求，从BMU31～3n接收蓄电池信息。充放电指令部7基于充放电请求和蓄电池信息决定充放电指令，将充放电指令向PCS11～1n发送。

[0056] 具体而言，充放电指令部7根据蓄电池信息中包含的各蓄电池模块组的电压计算可充放电电力。在本实施方式中所述的电压，是指施加在蓄电池模块的两端的电压。此外，SOC是指相对于满充电的充电率。锂离子电池具有被充电的越满则电压越高、越接近于空则电压越低的特性。通过利用该电压－SOC特性，根据电压的计测值计算SOC，能够根据SOC计算可充放电电力。另外，SOC也可以根据蓄电池信息中包含的电流的累计值来计算。另外，充放电指令部7计算的可充放电电力，是指连接在蓄电池模块组上的全部蓄电池模块的可放电电力之和。这可以根据蓄电池模块的电压和并联数计算。充放电指令部7以可充放电电力为制约条件，基于来自EMS3的充放电请求，决定对于PCS11～1n的充放电指令。但是，作为制约条件的可充放电电力是在充放电指令的决定中优选满足的条件，但并不是不能偏离的条件。

[0057] 如上述那样，蓄电池系统1具备N台(N≥2)PCS。N台PCS分别与独立的蓄电池模块组连接。蓄电池模块组将1以上的蓄电池模块并联连接而成。构成至少1个蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量与构成其他蓄电池模块组的蓄电池模块的最大蓄电容量不同。在这样的结构中，充放电指令部7决定N台PCS各自的充放电量，以满足以下的关系式(1)。

[0058] [数学式2]

[0059]

[0060] 这里，

[0061] Pi是第iPCS(1≤i≤N)的充放电量，

[0062] Preq是充放电请求，

[0063] Bnumi是连接在第iPCS上的蓄电池模块数，

[0064] Cratioi是蓄电池容量比。蓄电池容量比是指连接在第iPCS上的蓄电池模块的最大蓄电容量相对于基准蓄电容量的容量比。基准蓄电容量例如为规定的蓄电池模块的最大蓄电容量。

[0065] 使用图3，对由充放电指令部7进行的具体的计算的一例进行说明。

[0066] 图3是用来说明在本发明的实施方式1中由充放电指令部7进行的具体的计算例的图。图3所示的蓄电池系统具备2台PCS。PCS11的最大输出是100[kW]，PCS12的最大输出是100[kW]。连接在PCS11上的蓄电池模块的并联数是2，连接在PCS12上的蓄电池模块的并联数是2。蓄电池模块211及212各自的最大蓄电容量是100[kWh]，蓄电池模块221及222各自的最大蓄电容量是50[kWh]。即，每1并联的最大蓄电容量中，PCS11是PCS12的2倍。因此，蓄电池容量比(式(1)的Cratio)在PCS11侧是1.0，在PCS12侧是0.5。

[0067] 在以上的结构中，在作为充放电请求而有120kW的放电请求的情况下，充放电指令部7向关系式(1)输入上述条件，如以下这样计算各PCS的输出。

[0068] PCS11的输出＝120[kW]×2×1.0/(2×1.0+2×0.5)

[0069]            ＝80[kW]

[0070] PCS12的输出＝120[kW]×2×0.5/(2×1.0+2×0.5)

[0071]            ＝40[kW]

[0072] 充放电指令部7决定表示放电量80[kW]的向PCS11的充放电指令、和表示放电量40[kW]的向PCS12的充放电指令。

[0073] (流程图)

[0074] 图4是为了实现基于来自EMS3的充放电请求的充放电控制而由蓄电池系统1执行的控制例程的流程图。该流程图所示的控制装置4的处理是由充放电指令部7的功能实现的处理。在控制装置4的存储器中，存储有执行图4所示的流程图的处理的程序，通过控制装置4的处理器将程序读出、执行，实现图4所示的处理。

[0075] 在图4所示的例程中，首先，EMS3决定对于蓄电池系统1的充放电请求，以使电力系统中的电力的需求与供给平衡(步骤S101)。EMS3将所决定的充放电请求向控制装置4发送(步骤S102)。

[0076] 在第1PCS组中，BMU31使用各种传感器总是取得蓄电池信息(步骤S301)。然后，BMU31将所取得的蓄电池信息向控制装置4发送(步骤S302)。

[0077] 关于第2～第n PCS组也执行与步骤S301、S302同样的处理。例如，在第n PCS组中，BMU3n使用各种传感器总是取得蓄电池信息(步骤S401)。第nPCS组是包括PCS1n、蓄电池模块组2n、BMU3n的组。然后，BMU3n将所取得的蓄电池信息向控制装置4发送(步骤S402)。

[0078] 控制装置4接收从EMS3发送的充放电请求(步骤S201)。此外，控制装置4接收从第1PCS组的BMU31发送的蓄电池信息(步骤S202)。同样，控制装置4接收从第2～第nPCS组的BMU32～3n发送的蓄电池信息(步骤S203)。

[0079] 控制装置4基于在步骤S204中接收到的充放电请求和在步骤S202、S203中接收到的蓄电池信息，计算PCS11～1n的充放电量，决定表示这些充放电量的充放电指令(步骤S204)。在步骤S204中执行的充放电指令的决定的方法是在充放电指令功能的说明中叙述的那样。然后，控制装置4向PCS11发送对于第1PCS组的充放电指令(步骤S205)。同样，控制装置4将对于第2～第nPCS组的充放电指令向PCS12～1n发送(步骤S206)。

[0080] 在第1PCS组中，PCS11接收从控制装置4发送的充放电指令(步骤S303)。PCS11按照充放电指令执行充放电操作(步骤S304)。

[0081] 同样，在第2～第nPCS组中，PCS12～1n接收从控制装置4发送的充放电指令(步骤S403)。PCS12～1n按照充放电指令执行充放电操作(步骤S404)。

[0082] 如以上说明，根据本实施方式的蓄电池系统1，在PCS间蓄电池的最大蓄电容量不同的蓄电池系统中，也能够进行控制以使得在PCS间蓄电池的SOC变得均匀。

[0083] (变形例)

[0084] 另外，在图1的系统结构中，将控制装置4在蓄电池系统中配置1个，但该配置并不限定于此。图5是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的变形例的概念结构图。如图5所示，也可以在1个PCS组中配置1个控制装置。图5所示的主控制装置41从EMS3接收充放电请求，从BMU31接收蓄电池信息，从副控制装置4n接收BMU3n发送的蓄电池信息。主控制装置41计算各PCS的充放电量，决定表示它们的充放电量的充放电指令。充放电指令的决定的方法是在充放电指令功能的说明中叙述的那样。主控制装置41向PCS11发送对于PCS11的充放电指令，并向副控制装置4n发送对于PCS1n的充放电指令。副控制装置4n将对于PCS1n的充放电指令向PCS1n输出。

[0085] 标号说明

[0086] 1 蓄电池系统

[0087] 2 送电设备

[0088] 3 能量管理系统(EMS)

[0089] 4 控制装置

[0090] 7 充放电指令部

[0091] 11、12、13、1n 交直变换装置(PCS)

[0092] 21、22、23、2n 蓄电池模块组

[0093] 31、32、33、3n 蓄电池监视装置(BMU)

[0094] 211－213、221－223、231－233、2n1－2n3 蓄电池模块

[0095] 41 主控制装置

[0096] 4n 副控制装置

[0097] 51、52、53、531、53n 计算机网络