JP7616184B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本開示は、蓄電システムに関する。

特開２０１４－１０３８０４号公報（特許文献１）には、複数の組電池が並列に接続された電池システムが開示されている。

特開２０１４－１０３８０４号公報 特開２０１３－１６９０５１号公報 特開２０１２－８５４８７号公報 特開２０１１－１８８７００号公報 特開２０１０－１４２０４０号公報

特許文献１に開示されるようなシステムにおいて、複数の組電池の種類が互いに異なる場合がある。このような場合、組電池を効率よく充電することが望まれる。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することにある。

本開示のある局面に従うと、蓄電システムは、外部システムから電力が供給される電力変換装置と、電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備える。電力変換装置には、互いに種類が異なる第１および第２の組電池が互いに並列接続されている。制御装置は、第１の組電池用の第１の充電プロファイルと、第２の組電池用の第２の充電プロファイルとを記憶している。制御装置は、第１の充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第１の組電池を充電する。制御装置は、第２の充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第２の組電池を充電する。

上記の構成によれば、第１の組電池用の第１の充電プロファイルを用いて第１の組電池が充電され、かつ、第２の組電池用の第２の充電プロファイルを用いて第２の組電池が充電される。したがって、種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することができる。

好ましくは、電力変換装置は、第１の端子と、第２の端子とを有する。第１の端子には、第１および第２の組電池の一方が接続されている。第２の端子には、第１および第２の組電池の他方が接続されている。制御装置は、第１の端子と第２の端子との各々に接続された組電池の種類を識別する識別情報を取得する。制御装置は、識別情報に基づいて、第１および第２の充電プロファイルから、第１の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルと、第２の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルとを選択する。制御装置は、選択された各充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第１の端子に接続された組電池と、第２の端子に接続された組電池とを充電する。

上記の構成によれば、制御装置は、第１の端子と第２の端子とに接続された組電池の種類を識別することができるため、適切な充電プロファイルに基づいて各組電池を充電することが可能となる。

好ましくは、第１の組電池は、三元系のリチウムイオン電池である。第２の組電池は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池である。

上記の構成によれば、三元系電池およびＬＦＰ電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することができる。

上記の開示によれば、種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することが可能となる。

蓄電システムと外部システムとの構成を説明するための図である。 電池ユニットにおける充電処理を説明するためのブロック図である。 蓄電システムで実行される処理の流れを説明するフロー図である。

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、蓄電システムと外部システムとの構成を説明するための図である。図１に示されるように、蓄電システム１は、外部システム９００と電力線にて接続されている。蓄電システム１は、外部システム９００から給電可能であり、かつ外部システム９００に対して放電可能である。

蓄電システム１は、複数の電池ユニット１０Ａ，１０Ｂ，…と、上位コントローラ２０とを備える。なお、以下では、複数の電池ユニット１０Ａ，１０Ｂ，…の任意の１つを、「電池ユニット１０」とも称する。

電池ユニット１０Ａは、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１と、三元系のリチウムイオン電池（以下、「三元系電池」と称する）１２Ａと、２つのリン酸鉄系のリチウムイオン電池（以下、「ＬＦＰ電池」と称する）１２Ｂと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３とを含む。ＰＣＵ１１は、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含む電力変換装置である。電池ユニット１０Ａでは、１つの三元系電池１２Ａと、２つのＬＦＰ電池１２Ｂとが、ＰＣＵ１１に並列接続されている。

詳しくは、ＰＣＵ１１の外部接続用の３つの端子１１１，１１２，１１３を有する。３つの端子のうちの端子１１１，１１２にＬＦＰ電池１２Ｂが接続され、かつ、端子１１３に三元系電池１２Ａが接続されている。

電池ユニット１０Ｂは、ＰＣＵ１１と、２つの三元系電池１２Ａと、１つのＬＦＰ電池１２Ｂと、ＥＣＵ１３とを含む。電池ユニット１０Ｂでは、２つの三元系電池１２Ａと、１つのＬＦＰ電池１２Ｂとが、ＰＣＵ１１に並列接続されている。端子１１１，１１３に三元系電池１２Ａが接続され、かつ、端子１１２にＬＦＰ電池１２Ｂが接続されている。電池ユニット１０Ｂは、ＰＣＵ１１に接続される組電池の組み合わせが、電池ユニット１０Ａとは異なる。

三元系電池１２ＡおよびＬＦＰ電池１２Ｂの各々は、同じ種類の単電池を複数個パックした組電池（「電池パック」とも称される）の一例である。電池ユニット１０は、ＰＣＵ１１に互いに並列接続された３つの組電池を含む。蓄電システム１は、三元系電池１２Ａのみを３つ含む電池ユニット１０、またはＬＦＰ電池１２Ｂのみを３つ含む電池ユニット１０を含んでいてもよい。

本例では、ＰＣＵ１１およびＥＣＵ１３として、それぞれ、車両に搭載されていたＰＣＵとＥＣＵとを転用している。同様に、三元系電池１２ＡおよびＬＦＰ電池１２Ｂとして、車両に搭載されていた組電池を転用している。このように、不要となった車両の部品を利用して、蓄電システム１を構築している。詳しくは、車両のＰＣＵに接続された三相交流モータを取外し、３つの組電池（Ｕ層、Ｖ層、Ｗ層に各々１つ）を接続している。なお、端子１１１，１１２，１１３は、それぞれ、Ｕ層用の端子、Ｖ層用の端子、Ｗ層用の端子である。

外部システム９００は、ＰＣＳ（Power Conditioning System）９１０と、太陽光発電装置９２０と、負荷９３０と、電力系統９４０とを備える。各電池ユニット１０（詳しくは、各ＰＣＵ１１）は、ＰＣＳ９１０に対して互いに並列に接続されている。

ＰＣＳ９１０は、ＡＣ／ＤＣ変換（交流から直流への変換）およびＤＣ／ＡＣ変換（直流から交流への変換）の両方が可能な電力変換装置である。ＰＣＳ９１０は、たとえば太陽光発電装置９２０から直流電力を受電する。ＰＣＳ９１０は、負荷９３０に交流電力を供給する。なお、負荷９３０は、家庭で使用される電気製品（たとえばエアコンおよび照明器具等）を含む。ＰＣＳ９１０は、電力系統９４０との間において交流電力の授受を行っている。

各ＥＣＵ１３は、プロセッサおよびメモリ（図２参照）を含み、電池ユニット１０を制御する。各ＥＣＵ１３は、上位コントローラ２０に通信可能に接続されている。

上位コントローラ２０は、プロセッサおよびメモリ（いずれも図示せず）を含み、各ＥＣＵ１３に指令を送る。上位コントローラ２０は、ネットワークＮＷを介して、サーバ（図示せず）に通信可能に接続されている。

蓄電システム１においては、各電池ユニット１０は、少なくとも深夜の時間帯に外部システム９００によって充電され、かつ、少なくとも昼間の時間帯に外部システム９００に放電する。詳しくは、各電池ユニット１０は、３つの組電池の各々が、少なくとも深夜の時間帯に外部システム９００から給電され、かつ、少なくとも昼間の時間帯に外部システム９００に放電する。

ところで、三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとでは、電池特性が互いに異なる。たとえば、三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとでは、電池特性の１つであるＳＯＣ－ＯＣＶ特性が互いに異なる。三元系電池１２ＡのＯＣＶ（Ｖ）は、ＳＯＣ（％）の全領域にわたって、ＬＦＰ電池１２ＢのＯＣＶ（Ｖ）よりも大きい。なお、ＳＯＣ（State Of Charge）は、電池の充電状態（充電率）を表している。ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は、電池の開放電圧（開回路電圧）を表している。

このような電池特性の差があるため、三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとを同じ充電プロファイルを用いて充電するよりも、三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとを電池の種別に応じた充電プロファイルで充電する方が充電効率は高い。そこで、蓄電システム１では、三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとを、互いに異なる充電プロファイルを用いて充電する。

図２は、電池ユニット１０Ａにおける充電処理を説明するためのブロック図である。図２に示されるように、ＥＣＵ１３は、プロセッサ１３１と、メモリ１３２とを備える。

電池ユニット１０Ａは、上位コントローラ２０から、三元系電池用の充電プロファイルＰ１と、ＬＦＰ電池用の充電プロファイルＰ２と、電池ユニット１０Ａにおける電池種別を示す識別情報ＤＡを取得する。充電プロファイルＰ１，Ｐ２と、識別情報ＤＡとは、メモリ１３２に格納される。

メモリ１３２には、プログラムＲが予めインストールされている。プログラムＲは、上位コントローラ２０からＥＣＵ１３に送信される構成であってもよい。なお、充電プロファイルＰ１，Ｐ２および識別情報ＤＡは、上位コントローラ２０を介さずに、メモリ１３２に予め記憶されていてもよい。

充電プロファイルＰ１，Ｐ２は、充電時の各種設定が書き込まれたデータ（ファイル）である。充電プロファイルＰ１は、三元系電池の充電に適したように構成されている。充電プロファイルＰ２は、ＬＦＰ電池の充電に適したように構成されている。

充電プロファイルＰ１は、本例では、電圧と電流とを管理する定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ：Constant Current Constant Voltage）を実行するためのプロファイルである。充電プロファイルＰ１では、電圧と電流との関係が規定されている。詳しくは、充電プロファイルＰ１では、放電状態からの充電の場合、当初は電圧が低いため組電池が定電流状態で充電され、かつ、充電量が次第に増加してセル電圧が所定電圧に達すると定電圧充電に切り替えられる。充電プロファイルＰ１では、定電圧充電に切り替えた後は、当該所定電圧を超えないよう電流量が絞られる。なお、満充電は充電時間や充電電流の減少状態から判断される。

充電プロファイルＰ２は、本例では、電圧を管理する方式のプロファイルである。詳しくは、充電プロファイルＰ２は、電圧に加えて充電容量を管理する方式のプロファイルである。

プログラムＲは、充電プロファイルＰ１，Ｐ２に従った充電制御を実行するように構成されている。プログラムＲは、プロセッサ１３１によって実行されることにより、充電プロファイルＰ１，Ｐ２に基づき制御指令を生成し、かつ当該制御指令をＰＣＵ１１に指令を送る。

プロセッサ１３１は、識別情報ＤＡを参照して、電池ユニット１０Ａ内の各組電池に対して、組電池の種類に応じた制御指令を送る。詳しくは、識別情報ＤＡは、電池ユニット１０Ａの３つの各端子１１１～１１３に接続された組電池の種類を識別するための情報である。本例では、識別情報ＤＡは、端子１１１を示す第１端子と端子１１２を示す第２端子とにＬＦＰ電池１２Ｂが接続され、かつ、端子１１３を示す第３端子に三元系電池１２Ａが接続されていることを示している。

プロセッサ１３１は、識別情報ＤＡにより、３つの各端子１１１～１１３に接続された組電池の種類を判断する。これにより、プロセッサ１３１は、充電プロファイルＰ１および充電プロファイルＰ２のうちから、端子１１１に接続された組電池用の充電プロファイル（本例では、充電プロファイルＰ２）と、端子１１２に接続された組電池用の充電プロファイル（本例では、充電プロファイルＰ２）と、端子１１３に接続された組電池用の充電プロファイル（本例では、充電プロファイルＰ１）とを選択する。

電池ユニット１０ＡのＥＣＵ１３は、選択された充電プロファイルに基づきＰＣＵ１１を動作させることにより、１つの三元系電池１２Ａと、２つのＬＦＰ電池１２Ｂとを充電する。詳しくは、上述したように、ＥＣＵ１３は、充電プロファイルＰ２に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、端子１１１（第１端子）に接続されたＬＦＰ電池１２Ｂと、端子１１２（第２端子）に接続されたＬＦＰ電池１２Ｂとを充電する。ＥＣＵ１３は、充電プロファイルＰ１に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、端子１１３（第３端子）に接続された三元系電池１２Ａを充電する。

電池ユニット１０Ｂにおいても、電池ユニット１０Ａと同様の処理が実行される。この場合、上位コントローラ２０は、識別情報ＤＡの代わりに、識別情報ＤＢを電池ユニット１０Ｂに送る。識別情報ＤＢは、端子１１１を示す第１端子と端子１１３を示す第３端子とのそれぞれに三元系電池１２Ａが接続され、かつ、端子１１２を示す第２端子にＬＦＰ電池１２Ｂが接続されていることを示している。

電池ユニット１０ＢのＥＣＵ１３は、識別情報ＤＢに基づきＰＣＵ１１を動作させることにより、２つの三元系電池１２Ａと、１つのＬＦＰ電池１２Ｂとを充電する（図１参照）。詳しくは、電池ユニット１０ＢのＥＣＵ１３は、充電プロファイルＰ１に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、端子１１１に接続された三元系電池１２Ａと、端子１１３に接続された三元系電池１２Ａとを充電する。電池ユニット１０ＢのＥＣＵ１３は、充電プロファイルＰ２に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、端子１１２に接続されたＬＦＰ電池１２Ｂを充電する。

たとえば電池ユニット１０Ａ内おける組電池の交換により、電池ユニット１０Ａの各端子１１１～１１３のいずれかに接続される組電池の種類が変わった場合には、上位コントローラ２０が、ネットワークＮＷを介して、新たな識別情報ＤＡ’を取得する。なお、識別情報ＤＡ’は、たとえば、図示しないサーバ装置に対してユーザがデータを入力することにより生成される。

上位コントローラ２０は、電池ユニット１０ＡのＥＣＵ１３に、識別情報ＤＡ’を識別情報の更新指令とともに送る。電池ユニット１０ＡのＥＣＵ１３は、識別情報ＤＡを識別情報ＤＡ’で更新する。その後、電池ユニット１０ＡのＥＣＵ１３は、識別情報ＤＡ’に基づき、各端子１１１～１１３に、どの種別の組電池が接続されているかを判断し、種別に応じた充電プロファイルＰ１，Ｐ２で各組電池を充電する。

図３は、蓄電システム１で実行される処理の流れを説明するフロー図である。詳しくは、図３は、電池ユニット１０Ａで実行される処理の流れを説明するフロー図である。電池ユニット１０Ａ以外の電池ユニット１０においても、同様の処理が実行される。

図３に示されるように、ステップＳ１において、電池ユニット１０ＡのＥＣＵ１３は、識別情報ＤＡに基づき、３つの端子１１１～１１３の各々に接続されている組電池の種類を判断する。具体的には、ＥＣＵ１３は、３つの端子１１１～１１３の各々に接続されている組電池が、三元系電池１２ＡかＬＦＰ電池１２Ｂであるかを端子１１１～１１３毎に判断する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ１３は、充電開始時時刻になったか否かを判断する。詳しくは、ＥＣＵ１３は、時計（図示せず）を有しており、当該時計に基づき充電開始時刻になったか否かを判断する。充電開始時刻の一例として、１８時が挙げられる。

ＥＣＵ１３は、充電開始時刻になったと判断すると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３において、充電プロファイルＰ１に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより１つの三元系電池１２Ａの充電を開始するとともに、充電プロファイルＰ２に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより２つのＬＦＰ電池１２Ｂの充電を開始する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ１３は、３つの組電池の各々が満充電になったか否かを判断する。ＥＣＵ１３は、３つの組電池の各々が満充電になったと判断した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、一連の処理を終了する。ＥＣＵ１３は、３つの組電池の各々が満充電になっていないと判断した場合（ステップＳ４においてＮＯ）、３つの組電池の各々が満充電になるまで各組電池の充電を継続する。

＜小括＞
蓄電システム１を小括すると、以下のとおりである。

（１）蓄電システム１は、外部システム９００から電力が供給されるＰＣＵ１１と、ＰＣＵ１１の動作を制御するＥＣＵ１３とを備える。ＰＣＵ１１には、互いに種類が異なる三元系電池およびＬＦＰ電池が互いに並列接続されている。ＥＣＵ１３は、三元系電池用の充電プロファイルＰ１と、ＬＦＰ電池用の充電プロファイルＰ２とを記憶している。ＥＣＵ１３は、充電プロファイルＰ１に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、三元系電池１２Ａを充電する。ＥＣＵ１３は、充電プロファイルＰ２に基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、ＬＦＰ電池１２Ｂを充電する。

上記の構成によれば、三元系電池用の充電プロファイルＰ１を用いて三元系電池１２Ａが充電され、かつ、ＬＦＰ電池用の充電プロファイルＰ２を用いてＬＦＰ電池１２Ｂが充電される。したがって、種類が異なる組電池（三元系電池１２ＡおよびＬＦＰ電池１２Ｂ）が並列接続された蓄電システム１において各組電池を効率よく充電することができる。たとえば三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとを同じ充電プロファイルを用いて充電する構成に比べて、上記の構成によれば、三元系電池１２ＡとＬＦＰ電池１２Ｂとを効率よく充電することができる。

（２）ＰＣＵ１１は、少なくとも、端子１１１と、端子１１２とを有する。端子１１１には、三元系電池１２ＡおよびＬＦＰ電池１２Ｂの一方が接続されており、端子１１２には、三元系電池１２ＡおよびＬＦＰ電池１２Ｂの他方が接続されている。ＥＣＵ１３は、端子１１１と端子１１２との各々に接続された組電池の種類を識別する識別情報を取得する。

ＥＣＵ１３は、識別情報に基づいて、充電プロファイルＰ１および充電プロファイルＰ２から、端子１１１に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルと、端子１１２に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルとを選択する。ＥＣＵ１３は、選択された各充電プロファイルに基づいてＰＣＵ１１を動作させることにより、端子１１１に接続された組電池と、端子１１２に接続された組電池とを充電する。

上記の構成によれば、ＥＣＵ１３は、端子１１１と端子１１２とに接続された組電池の種類を識別することができるため、適切な充電プロファイルに基づいて各組電池を充電することが可能となる。

＜変形例＞
（１）上記においては、種類の異なる組電池として、三元系電池とＬＦＰ電池とを例に挙げて説明したが、これに限定されない。２種以上の組電池に対して、各々の組電池に適した充電プロファイルで上述した充電処理を行うこともできる。

（２）上記においては電力変換装置（本例ではＰＣＵ１１）に３つの組電池が接続される構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。たとえば、２つまたは４つ以上の組電池が電力変換装置に接続される構成であってもよい。

＜付記＞
（１）外部システムによって蓄電される蓄電システムにおける充電制御方法であって、
前記蓄電システムは、外部システムから電力が供給される電力変換装置を有し、前記電力変換装置には、互いに種類が異なる第１および第２の組電池が互いに並列接続され、
前記充電制御方法は、
前記蓄電システムの制御装置が、前記第１の組電池用の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第１の組電池を充電するステップと、
前記制御装置が、前記第２の組電池用の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第２の組電池を充電するステップとを備える、充電制御方法。

（２）上述した充電制御方法の各ステップをプロセッサ１３１に実行させるプログラムＲ。

（３）プログラムＲを記憶した、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

（４）さらに上述した第１および第２のプロファイルとを記憶した、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 蓄電システム、１０Ａ，１０Ｂ 電池ユニット、１２Ａ 三元系電池、１２Ｂ ＬＦＰ電池、２０ 上位コントローラ、１１１，１１２，１１３ 端子、１３１ プロセッサ、１３２ メモリ、９００ 外部システム、９１０ ＰＣＳ、９２０ 太陽光発電装置、９３０ 負荷、９４０ 電力系統。

Claims (3)

1. 外部システムから電力が供給される電力変換装置と、
   前記電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備え、
   前記電力変換装置には、互いに種類が異なる第１および第２の組電池が互いに並列接続され、
   前記制御装置は、
   前記第１の組電池用の第１の充電プロファイルと、前記第２の組電池用の第２の充電プロファイルとを記憶しており、
   前記第１の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第１の組電池を充電し、
   前記第２の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第２の組電池を充電し、
   前記第１の組電池は、三元系のリチウムイオン電池であり、
   前記第２の組電池は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池であり、
   前記第１の充電プロファイルは、電圧と電流とを管理する定電流定電圧充電を実行するためのプロファイルであって、前記電圧と前記電流との関係を規定しており、
   前記第２の充電プロファイルは、電圧と充電容量とを管理する方式のプロファイルである、蓄電システム。
2. 前記電力変換装置は、第１の端子と、第２の端子とを有し、
   前記第１の端子には、前記第１および第２の組電池の一方が接続されており、前記第２の端子には、前記第１および第２の組電池の他方が接続されており、
   前記制御装置は、
   前記第１の端子と前記第２の端子との各々に接続された組電池の種類を識別する識別情報を取得し、
   前記識別情報に基づいて、前記第１および第２の充電プロファイルから、前記第１の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルと、前記第２の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルとを選択し、
   選択された各前記充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第１の端子に接続された組電池と、前記第２の端子に接続された組電池とを充電する、請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記制御装置は、
   前記第１および第２の組電池のうちの一方が、他方と同じ種別の第３の組電池に交換されると、前記交換後における前記識別情報をさらに取得し、
   前記交換後に取得した前記識別情報に基づき、各前記充電プロファイルの選択を再度行い、
   再度選択された各前記充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第１の端子に接続された組電池と、前記第２の端子に接続された組電池とを充電する、請求項２に記載の蓄電システム。

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