JP2012175864A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を含むバッテリーシステムに保護制御手段を備えているだけでなく、別途独立した保護制御手段を備えた、２重安全を確保した蓄電システムを提供する。
【解決手段】本発明の蓄電システム１０は、蓄電池１３を含むバッテリーシステムと、電力変換装置１５に接続された制御回路２０と、を備えており、制御回路２０は、バッテリーシステム１４から送信される蓄電池１３の電圧情報、電流情報及び充電深度情報のいずれか１つに基いて蓄電池１３の過充電の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び蓄電池の過放電の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕの少なくとも一方を求め、バッテリーシステム１４からの電圧情報に基づく電圧Ｖが、第１の電圧値Ｖｏを上回った場合又は第２の電圧値Ｖｕを下回った場合に、バッテリーシステム１４の充放電を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電システムに関し、詳しくは、バッテリーシステムの蓄電池に過充電状態、過放電状態ないし過電流状態が生じたことを検知したバッテリーシステムの充放電を停止する保護機能を強化した蓄電システムに関するものである。

従来から、商用電源（系統）と各負荷との間の配線に蓄電システムを接続し、この蓄電システムを通信システムやコンピュータシステム等の停電時のバックアップ電源として使用することが行われていた。近年に至り、大型の太陽電池、風力発電機、波力発電機等、発電量の変動する電源から得られる発電電力を蓄電システムに貯蔵し、必要に応じて配線へ放電することが行われるようになってきている。

さらに、各家庭に設置された太陽電池やマイクロ風力発電機によって発電された電力を一時的に蓄電システムに貯蔵し、家庭内でエアコンや電子レンジ等の使用で大電力の消費が予想されるときの補助電力として使用したり、余った電力を系統に供給したりすることも考えられるようになってきている。このようなシステムを採用すると、商用電源からから供給される電力が一時的に増加することを抑制し、商用電源の電力の使用量の平準化が図れるようになると共に、余剰の電力を系統に逆潮流させることができるようになり、しかも、商用電源が停電を起こした場合には、蓄電システムに貯蔵した電力を家庭内の使用機器の電力として用いる非常用電源ないし無停電電源装置として使用することもできるようになる。

このような蓄電システムは、例えば下記特許文献１及び２にも示唆されているように、電力変換装置（パワーコンディショナとも称される）及び制御回路を用いて蓄電池の充放電が制御されている。従来の蓄電システム５０は、図５に示したように、複数の直並列された蓄電池５１を備えるバッテリーシステム（バッテリーパックとも称される）５２と、電力変換装置５３（パワーコンディショナとも称される）とを備えている。電力変換装置５３は、商用電力の系統５４に接続され、さらに、家庭内の一般負荷５５にも接続されている。また、バッテリーシステムには、適宜太陽電池等の直流電源がＰＶ用電力変換装置（いずれも図示省略）を介して接続されていてもよいものである。

そして、このような蓄電システム５０で用いられるバッテリーシステム５２には、多数の蓄電池が直列ないし直並列に接続されて数ｋＷｈ程度もの大電力の充放電が可能となされているものもあるため、例えば下記特許文献２にも示されているように、過充電状態、過放電状態ないし過電流状態が生じた場合に、蓄電池５１の充放電を停止するための保護制御手段５６が組み込まれている。保護制御手段５６は、例えば下記特許文献２にも示されているように、制御回路５７、放電遮断用スイッチング素子５８及び充電遮断用スイッチング素子５９を備えている。制御回路５７は、蓄電池５１の充電電流、放電電流、電圧等を検知し、これらの検知信号に基いて過充電状態、過放電状態ないし過電流状態が検知されると、適宜放電遮断用スイッチング素子５８ないし充電遮断用スイッチング素子５９を制御して蓄電池５１の充放電を停止すると共に、電力変換装置５３に対して蓄電池５１の充放電の制御状態を示す信号を送信する。そして、電力変換装置５３は、制御回路５７から過充電状態、過放電状態ないし過電流状態を表す信号が送信されると、電力変換装置５３の動作を停止するようにしている。

特開２０１０−１８７５３２号公報 特開２０１０−１０４１７５号公報

上述した従来の蓄電システム５０によれば、制御回路５７によって蓄電池５１に過充電状態、過放電状態ないし過電流状態が生じたことが検知されると、放電遮断用スイッチング素子５８ないし充電遮断用スイッチング素子５９が駆動されて蓄電池５１への充放電が停止されると共に、電力変換装置５３の動作が停止されるので、蓄電池５１への充放電は実質的に完全に停止されるため、蓄電池５１の劣化の進行を抑制するという効果を奏する。

しかしながら、従来の蓄電システム５０によれば、蓄電池５１に生じた過充電状態、過放電状態ないし過電流状態の検知は、バッテリーシステム５２に内蔵された制御回路５７によって行われているため、この制御回路５７に不都合が生じて過充電状態、過放電状態ないし過電流状態を検知できなくなると、蓄電池５１に対する保護制御が働かなくなるという課題が存在する。バッテリーシステム５２は、大電力用途に使用するため、複数個が並列に接続されて使用されることも多いことから、いずれかのバッテリーシステム５２における制御回路５７に不都合が生じる可能性は大きくなる。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものである。すなわち、本発明は、従来の蓄電システムの構成を見直し、蓄電池を含むバッテリーシステムに過充電状態、過放電状態ないし過電流状態が生じたことを検知した場合に充放電を停止する保護制御手段を備えているだけでなく、別途独立した保護制御手段を備え、２重安全を確保した蓄電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の蓄電システムは、
蓄電池を含むバッテリーシステムと系統からの電力を用いる前記蓄電池の充電動作及び前記蓄電池から放電される電力を変換して前記系統及び負荷に供給する放電動作を有する電力変換装置と、を備える蓄電システムにおいて、
前記蓄電池の電圧情報、電流情報及び充電深度情報等に基いて前記蓄電池の過充電の判定に用いる第１の電圧値（Ｖｏ）及び前記蓄電池の過放電の判定に用いる第２の電圧値（Ｖｕ）の少なくとも一方を算出し、
前記電圧情報に基づく電圧（Ｖ）が、前記第１の電圧値（Ｖｏ）を上回った場合又は前記第２の電圧値（Ｖｕ）を下回った場合には前記バッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止させる制御回路を備えていることを特徴とする。

本発明の蓄電システムにおいては、バッテリーシステムに対する充電動作及び放電動作を制御する制御回路が設けられ、この制御回路にバッテリーシステムに過充電状態、過放電状態ないし過電流状態が生じたことが検出された場合に充放電を停止する機能が設けられている。そのため、本発明の蓄電システムによれば、バッテリーシステムに不都合が生じてバッテリーシステム自体が蓄電池の充放電を停止することができない場合でも、電力変換装置の制御回路が独自に過充電状態、過放電状態ないし過電流状態を検知してバッテリーシステムの充放電を停止することができるから、いわゆる２重の安全を確保した蓄電システムを提供することができる。

また、蓄電池は充放電サイクルを繰り返すと充放電特性が初期状態から変化する。本発明の蓄電システムにおいては、制御回路によって、このような蓄電池の経時変化によらずに正確にバッテリーシステムに過充電状態や過放電状態が生じたことを検知することができるようにするため、バッテリーシステムからの電圧情報、電流情報及び充電深度ＳＯＣ（State of Charge）情報等に基いて、過充電の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び過放電の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕの少なくとも一方を求めている。この第１の電圧値Ｖｏ及び第２の電圧値Ｖｕは、それぞれ測定時のバッテリーシステムにおける過充電状態に至る直前の状態及び過放電状態に至る直前の状態と判定するための基準電圧であり、過去の充放電時の電位変化あるいは充電深度情報ＳＯＣに基いて定めることができる。なお、充電深度情報ＳＯＣとは、満充電状態に対する充電割合を表すものであり、充放電時の電力量に基いて容易に求めることができる。

すなわち、蓄電池の充電動作時及び放電動作時には、充電動作及び放電動作の進行に伴い電池電圧が変化するが、過去の充電動作時及び放電動作時の電池電圧の変化を記憶しておくことにより、過充電状態に至る直前の状態の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び過放電状態に至る直前の状態の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕを求めることができる。また、予め充電深度情報ＳＯＣを求めておけば、充電時ないし放電時の電池電圧から充電深度情報ＳＯＣが分かるので、充電深度情報ＳＯＣから過充電状態に至る直前の状態の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び過放電状態に至る直前の状態の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕを求めることができる。なお、これらの第１の電圧値Ｖｏないし第２の電圧値Ｖｕを求めるための過去の充電動作時及び放電動作時の電池電圧ないし充電深度情報ＳＯＣとしては、蓄電池の充放電特性は必ずしも急激に劣化するものではないから、直前の充放電に基づくものでなくてもよく、過去の適宜期間における測定値や平均値であってもよい。

そして、本発明の蓄電システムによれば、バッテリーシステムからの電圧情報に基づく電圧Ｖが、第１の電圧値Ｖｏを上回った場合には過充電状態に至る直前の状態であると判断され、また、第２の電圧値Ｖｕを下回った場合には過放電状態に至る直前の状態であると判断されるので、バッテリーシステムに蓄電池の劣化をもたらす現象が生じる直前の状態を制御回路が容易に検出することができ、信頼性の高い蓄電システムが得られる。なお、バッテリーシステムからの電流情報が予め定めた過電流値を超えた場合には、直ちに蓄電池の充電動作ないし放電動作を停止すればよい。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記制御回路は、前記バッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られた場合には、前記バッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止させる機能を備えていることが好ましい。

バッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られた場合には、バッテリーシステム内の蓄電池に劣化をもたらす現象が生じていることを示すものである。本発明の蓄電システムにおいては、バッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られた場合、たとえ制御回路が独自に過充電状態、過放電状態又は過電流状態であることを検知していなくても、制御回路が独自にバッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止させることができるので、安全性がより向上する。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記制御回路は、前記バッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られていない場合には、前記バッテリーシステムに接続されている直流母線の電圧値を検出して前記蓄電池が過充電状態であるか過放電状態であるかを判定すると共に、前記直流母線に流れる電流値を検出して前記蓄電池が過電流状態であるか否かを判定し、過充電状態、過放電状態又は過電流状態であると判定された際には、前記バッテリーシステム充電動作もしくは放電動作を停止させる機能を備えているものとすることが好ましい。

本発明の蓄電システムによれば、バッテリーシステムに何らかの不都合が生じてバッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られていなくても、制御回路が独自にバッテリーシステムに接続されている直流母線の電気的状態を検知することによって、蓄電池が過充電状態、過放電状態又は過電流状態にあると判定された場合には、バッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止することができるので、さらに安全性が確保された蓄電システムが得られる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記制御回路は、前記電力変換装置内に備えられていることが好ましい。

電力変換装置は、系統からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池を充電する充電動作及び蓄電池から放電される電力を変換して系統及び負荷に供給する放電動作を切り替える機能を備えている。本発明の蓄電システムによれば、制御回路の電圧値又は電流値を検出する検出装置が電力変換装置内に備えられているので、外部に露出される配線が少なくなると共に、蓄電池の充電動作もしくは放電動作に伴う電圧低下の少ない状態での測定値が得られるから、信頼性が高い蓄電システムが得られる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記制御回路は、前記バッテリーシステムと前記電力変換装置とを接続する直流母線に配置されたシステムコントローラに備えられているものとすることができる。

制御システムを電力変換装置とは別のシステムコントローラ内に備えられているものとすれば、既設のバッテリーシステムと電力変換装置に対して、本発明の適用が容易となり、容易に２重の安全を確保した蓄電システムを提供することができるようになる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記制御回路は、前記バッテリーシステムと前記電力変換装置とを接続する直流母線に配置されたシステムコントローラに備えられて前記制御回路での判定を前記電力変換装置に送信する機能を備え、前記電力変換装置は、前記制御装置から過充電状態、過放電状態又は過電流状態であることを示す判断が得られない場合には、前記バッテリーシステムに接続されている直流母線の電圧値を検出して過充電状態であるか過放電状態であるかを判定すると共に、前記バッテリーシステムに接続されている直流母線に流れる電流値を検出して過電流状態であるか否かを判定し、過充電状態、過放電状態又は過電流状態であると判定された際には、前記バッテリーシステムに対する充電動作もしくは放電動作を停止するものとすることができる。

本発明の蓄電システムによれば、システムコントローラに何らかの不都合が生じてシステムコントローラから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られていなくても、電力変換装置が独自にバッテリーシステムに接続されている直流母線の電気的状態を検知することによって、過充電状態、過放電状態又は過電流状態であると判定された場合に、バッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止することができるので、さらに安全性が確保された蓄電システムが得られる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、
前記電力変換装置は、昇降圧部及び交流／直流の双方向変換部を備え、
前記昇降圧部は、前記蓄電池から出力される直流電力を所定の電圧に昇圧して前記交流／直流の双方向変換部に出力する機能と、前記交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して前記蓄電池を充電する機能とを備え、
前記交流／直流の双方向変換部は、前記系統からの交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧部に出力する機能と、前記昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して前記系統に供給する機能とを備えているものとすることができる。

本発明の電力変換装置によれば、容易に系統の交流高電圧を蓄電池の充電用直流電力に変換することができるとともに、蓄電池の直流電力を系統と同じ交流高電圧に変換できるいわゆる双方向電力変換装置（双方向パワーコンディショナ）として作動させることができるようになる。

第１実施形態に係る蓄電システムの概略回路図である。 図１の電力変換装置の回路図である。 図１の制御回路の動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態に係る蓄電システムの概略回路図である。 従来例の蓄電システムの概略回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について、各実施形態及び図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための蓄電システムの一例を説明するものであって、本発明をこれらの実施形態に記載された蓄電システムに特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

［第１実施形態］
最初に図１を参照して、第１実施形態の蓄電システム１０の構成について説明する。第１実施形態の蓄電システム１０は、商用電力の系統１１に家庭内の一般負荷１２が接続されており、複数の蓄電池１３を含むバッテリーシステム１４から電力変換装置１５を経由して出力された交流電力が一般負荷１２の消費量を超えないようになされて、系統１１側にこの出力が逆潮流しないようになされている。また、複数の蓄電池１３は、夜間などの予め定めた時間帯に充電するため、系統１１から電力変換装置１５を介して充電電力がバッテリーシステ１４へ供給されるようになっている。すなわち、電力変換装置１５は、蓄電池１３から系統１１に供給し得る交流電力を生成できるだけでなく、逆に系統１１から蓄電池１３の充電用の直流電力を生成することができるものであり、双方向電力変換装置ないし双方向パワーコンディショナとも称されている。

バッテリーシステム１４は、複数個の蓄電池１３とバッテリーコントローラー１６とを備えている。複数個の蓄電池１３は所定の電圧及び容量となるように直列接続ないし直平列接続されている。また、バッテリーコントローラー１６は、制御回路１７とこの制御回路１７によって制御され、蓄電池１３への充放電を遮断するための放電遮断用スイッチング素子１８及び充電遮断用スイッチング素子１９を備えている。

バッテリーコントローラー１６の制御回路１７は、たとえば複数個の蓄電池１３のそれぞれの電圧値や複数個が直列接続された電池モジュール毎の電圧値ないし充放電電流値を測定して、電圧情報、電流情報及び充電深度情報ＳＯＣを検出し、適宜これらの情報に対応する信号を電力変換装置１５に接続されている制御回路２０に送信する。また、制御回路１７は、たとえば複数個の蓄電池１３のそれぞれの電圧値や複数個が直列接続された電池モジュール毎の電圧値ないし充放電電流値を測定して過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であるか否かを判定し、過充電状態、過放電状態ないし過電流状態ではないと判定された際には放電遮断用スイッチング素子１８又は充電遮断用スイッチング素子１９をＯＮ状態として適時充放電が行われるように制御し、また、過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であると判定された際には放電遮断用スイッチング素子１８及び充電遮断用スイッチング素子１９をＯＦＦ状態として蓄電池１３の充放電が停止されるように制御すると共に、電力変換装置１５に接続されている制御回路２０に対して蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態にあることを示す信号も送信する。

また、蓄電池１３と電力変換装置１５との間には一対の直流電力供給母線の少なくとも一方に第１開閉部２１が配置され、電力変換装置１５と系統１１との間には交流配線に開閉切片２２が配置されている。この第１開閉部２１としてはリレーの切片又は電力用半導体素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を用いることができ、開閉切片２２としてはリレーの切片が用いられる。第１開閉部２１及び開閉切片２２は、いずれも制御回路２０によってＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。ここでは、蓄電池１３が充電モード、放電モード及び待機モードである場合には、両者ともＯＮ状態となされ、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であるときは両者ともＯＦＦ状態とされるようになっている。第１開閉部２１及び開閉切片２２は少なくとも一方が設けられていれば、蓄電池１３の充放電を停止する際に、確実に充放電を停止することができる。なお、蓄電池１３の充放電の停止条件については後述する。

なお、系統１１の停電時には系統１１への接続を遮断し、電力変換装置１５を蓄電池１３に充電されていた電力を利用していわゆる無停電電源装置として作動させることもできる。また、電力変換装置１５に接続されている制御回路２０は、適宜外部からの指令によって、夜間には系統１１から蓄電池１３への充電制御を行い、昼間には蓄電池１３に蓄電された電力を適宜に放電制御することによって系統１１から負荷への入力電力のピークカット機能を有することができる。

次に、図２を用いて電力変換装置１５の概略構成を説明する。電力変換装置１５は、昇降圧部３１及び双方向コンバータ部３２を備えている。昇降圧部３１は、蓄電池１３側に接続されたコンデンサＣ１及びインダクタＬ１とからなるＬＣ回路３４と、このＬＣ回路３４に接続されたスイッチング素子３５ａ及びスイッチング素子３５ａに並列に逆方向に接続されたダイオード３５ｂを２組備えたハーフブリッジ回路３５を備えている。この昇降圧部３１は、双方向コンバータ部３２から得られた高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に変換して蓄電池１３の充電用に供することができるほか、蓄電池１３からの低電圧の直流電圧を高電圧の直流電圧に変換して双方向コンバータ部３２に供給することができる。そのため、電力変換装置１５の昇降圧部３１は、蓄電池１３の充電時には充電電圧制御回路及び充電電流制御回路として作動し、放電時には直流電圧昇圧回路として作動する。

また、双方向コンバータ部３２は、昇降圧部３１との間に並列に接続されたコンデンサＣ２と、スイッチング素子３６ａ及びスイッチング素子３６ａに並列に逆方向に接続されたダイオード３６ｂを４組備えたフルブリッジ回路３６と、このフルブリッジ回路３６と系統１１との間に接続されたインダクタＬ２、Ｌ３とを備えている。この双方向コンバータ部３２は、系統１１から供給された高電圧の交流電力を高電圧の直流電力に変換して昇降圧部３１に供給することができるほか、昇降圧部３１から供給された高電圧の直流電力を系統１１と略同一周波数で略同一位相の高電圧の交流電圧に変換することができる。そのため、電力変換装置１５の双方向コンバータ部３２は、蓄電池１３の充電時には整流回路として作動し、放電時には系統連携インバータとして作動することもできる。

それ故、電力変換装置１５は双方向電力変換装置として作動する。なお、昇降圧部３１の２つのスイッチング素子３５ａ及び双方向コンバータ部３２の４つのスイッチング素子３６ａは、それぞれ電力変換装置１５内にある制御回路によって制御される。なお、これらのスイッチング素子３５ａ及び３６ａの具体的制御方式は、既に周知であるので、その詳細な説明は省略する。

このような構成の蓄電システム１０によれば、バッテリーシステム１４の制御回路１７によって、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であると判定された際には、放電遮断用スイッチング素子１８ないし充電遮断用スイッチング素子１９がＯＦＦ状態とされ、さらに電力変換装置１５に接続されている制御回路２０によって第１開閉部２１及び開閉切片２２がＯＦＦ状態とされるため、蓄電池１３の充放電は停止される。しかしながら、バッテリーシステム１４に何らかの異常が生じて、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であるにもかかわらず、バッテリーシステム１４の制御回路１７が蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることを検出することができない場合がある。このような場合には、放電遮断用スイッチング素子１８ないし充電遮断用スイッチング素子１９はＯＮ状態のままであり、しかも、電力変換装置１５に接続されている制御回路２０には蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることの信号が送信されないため、第１開閉部２１及び開閉切片２２が共にＯＮ状態のままとなり、蓄電池１３に対して充放電が継続されてしまうこととなる。

そのため、第１実施形態の蓄電システム１０では電力変換装置１５に接続されている制御回路２０において、直流母線２３の電圧値ないし電流値を測定することにより、バッテリーシステム１４の蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であるか否かを検知している。この検知方法を図３に示すフローチャートを用いて説明する。

最初に、ステップＳ１において、バッテリーシステム１４が、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることを検知しているかが判断される。この判断は、電力変換装置１５に接続されている制御回路２０がバッテリーシステム１４の制御回路１７から蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることを示す信号を受信しているかいないかによって判断される。電力変換装置１５に接続されている制御回路２０が、バッテリーシステム１４の制御回路１７から蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることを示す信号を受信している場合（ＹＥＳ）、バッテリーシステム１４の放電遮断用スイッチング素子１８及び充電遮断用スイッチング素子１９の状態の如何にかかわらず、ステップＳ２において、第１開閉部２１及び開閉切片２２の少なくとも一方がＯＦＦ状態とされて蓄電池１３の充放電が強制的に停止される。本実施形態では第１開閉部２１及び開閉切片２２のいずれかの動作不良を考慮して、これら両方も全てＯＦＦ状態としている。

電力変換装置１５に接続されている制御回路２０が、バッテリーシステム１４の制御回路１７から蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることを示す信号を受信していない場合（ＮＯ）、ステップＳ３において、バッテリーシステム１４からの電圧情報、電流情報及び充電深度情報ＳＯＣ等に基いて、過充電の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び過放電の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕの少なくとも一方が算出される。この第１の電圧値Ｖｏ及び第２の電圧値Ｖｕは、それぞれ測定時のバッテリーシステムにおける過充電状態に至る直前の状態及び過放電状態に至る直前の状態と判定するための基準電圧であり、過去の充放電時の電位変化あるいは充電深度情報ＳＯＣに基いて定めることができる。また、ステップＳ３の演算は、その都度行われるものではなく、第１の電圧値Ｖｏ及び第２の電圧値Ｖｕが一度算出されていれば、周期的に実行されていればよい。

すなわち、蓄電池１３の充放電時には、充放電の進行に伴い電池電圧が変化するが、過去の充放電時の電池電圧の変化を充電深度情報ＳＯＣに対応して制御回路２０に記憶しておくことにより、過充電状態に至る直前の状態の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び過放電状態に至る直前の状態の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕを充電深度情報ＳＯＣに応じて求めることができる。第１の電圧値Ｖｏは充電深度情報ＳＯＣが過充電状態を示す値の数％手前の値に対応する電圧であり、同様に第２の電圧値Ｖｕも求めることができる。また、充電電流、放電電流の演算と充電深度情報ＳＯＣとの対応から、過放電、過充電の電流積算値を得て、この積算値で判断してもよい。

次いで、電力変換装置１５において、電力変換装置１５が検出した電圧Ｖと第１の電圧値Ｖｏ及び第２の電圧値Ｖｕとの大小を比較する。電圧Ｖが第１の電圧値Ｖｏよりも大であれば過充電状態ないし直ぐに過充電状態となることを示し、電圧Ｖが第２の電圧値Ｖｕよりも小さければ過放電状態ないし直ぐ過放電状態となることを示すものである。そのため、ステップＳ４においてＶ>Ｖｏ又はＶ<Ｖｕであると判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２において、充放電を停止する。また、充放電が停止されたことは、電力変換装置１５から制御回路２０に伝わり、制御回路２０は第１開閉部２１及び開閉切片２２の少なくとも一方（両方でもよい）をＯＦＦにする。

また、Ｖ<Ｖｏ又はＶ>Ｖｕであると判定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ５において、電力変換装置１５が検出した電流Ｉが予め定められた過電流値Ｉ_０よりも大きいか小さいかが判定される。電流情報Ｉが蓄電池１３に対応して予め定められた過電流値Ｉ_０よりも大きい場合（ＹＥＳ）は、蓄電池３は過充電状態又は過放電状態であるから、ステップＳ２において充放電を停止する。また、充放電が停止されたことは電力変換装置１５から制御回路２０に伝わり、制御回路２０は第１開閉部２１及び開閉切片２２の少なく共一方をＯＦＦにする。また、電流情報Ｉが予め定められた過電流値Ｉ_０よりも小さい場合（ＮＯ）は、そのままの蓄電池１３の充放電が行われる状態が継続される。

第１実施形態の蓄電システム１０によれば、電力変換装置１５によって、蓄電池１３に過充電状態や過放電状態が生じたこと、さらには過電流状態が生じたことを検知することができるので、バッテリーシステム１４に蓄電池の劣化をもたらす現象が生じる直前の状態を電力変換装置１５が容易に検出することができるようになるので、信頼性の高い蓄電システムが得られる。この際、電力変換装置１５で算出される過充電の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び過放電の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕについて、過放電ないし過充電となるまでにある程度の余裕を持たせた値を選択すれば、より蓄電池の劣化を抑制することができるようになる。

なお、上記の電力変換装置１５に接続されている制御回路２０による制御は、バッテリーシステム１４から蓄電池の電圧情報、電流情報及び充電深度情報のいずれかが正常に送信されてきている場合の処理である。しかしながら、バッテリーシステム１４に何らかの不都合が生じている場合は、バッテリーシステム１４の制御回路１７から何らの信号も電力変換装置１５に接続されている制御回路２０に送信されてこない場合がある。このような場合は、電力変換装置１５は、直流母線２３から直接電圧値ないし電流値を検出し、この電圧値ないし電流値に基いて、直流母線２３に流れている電力が過充電状態であるか、過放電状態であるか、或いは過電流状態であるかを判定する。なお、電力変換装置１５も過去の充放電時の電圧値や電流値を適宜記憶して、蓄電池１３の経時変化を補正するようにすれば、より正確に過充電状態であるか、過放電状態であるか、或いは過電流状態であるかを検出することができる。

このような構成を採用すれば、たとえバッテリーシステム１４に何らかの不都合が生じている場合は、バッテリーシステム１４の制御回路１７から何らの信号も電力変換装置１５に接続されている制御回路２０に送信されてこなくても、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態にあることを検知することができるから、蓄電池１３をより安全に保護することができるようになる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、電力変換装置１５によってバッテリーシステム１４から制御回路２０を経由して送信される蓄電池１３の電圧情報、電流情報及び充電深度情報のいずれか１つに基いて蓄電池１３の過充電の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び蓄電池の過放電の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕの少なくとも一方を求め、電力変換装置１５が検出した電圧Ｖが、第１の電圧値Ｖｏを上回った場合又は第２の電圧値Ｖｕを下回った場合にはバッテリーシステム１４の充放電を停止するものとした例を示した。このような構成であると、電力変換装置１５に上述のような特殊な処理を実現できる機能を備えているものを用いる必要がある。

そのため、現在、既に多くの蓄電システムが作動しているが、上記のような電力変換装置１５では、そのまま既設のシステムに用いることはできない。そこで、第２実施形態の蓄電システム１０Ａでは、バッテリーシステム１４と電力変換装置１５との間にシステムコントローラ２５を設け、システムコントローラ２５に実施形態１における電力変換装置１５の特殊な処理を実現できる機能を備えさせた。この第２実施形態の蓄電システム１０Ａを図４を用いて説明する。ただし、実施形態１の蓄電システム１０と同一構成の部分には同一の参照符号を付与して、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態の蓄電システム１０Ａのシステムコントローラ２５は、バッテリーシステム１４と電力変換装置１５との間の直流母線に配置され、制御回路２６及び一対の直流母線２３の少なくとも一方に配置された第２開閉部２７とを備えている。制御回路２６は、バッテリーシステム１４の制御回路１７と電力変換装置１５に接続されている制御回路２０との間で各種信号の通信を行うようになされていると共に、第２開閉部２７のＯＮ／ＯＦＦを制御する機能を備えている。加えて、制御回路２６は、第１実施形態の蓄電システム１０の電力変換装置１５と同様に、バッテリーシステム１４から送信される蓄電池１３の電圧情報、電流情報及び充電深度情報のいずれか１つに基いて蓄電池１３の過充電の判定に用いる第１の電圧値Ｖｏ及び蓄電池の過放電の判定に用いる第２の電圧値Ｖｕの少なくとも一方を求め、バッテリーシステム１４からの電圧情報に基づく電圧Ｖが、第１の電圧値Ｖｏを上回った場合又は第２の電圧値Ｖｕを下回った場合にはバッテリーシステム１４の充電動作もしくは放電動作を停止する機能を備えている。

この制御回路２６のバッテリーシステム１４の充電動作もしくは放電動作を停止する操作は第２開閉部２７をＯＦＦ状態とすることにより行われるが、第１の電圧値Ｖｏの算出及び第２の電圧値Ｖｕの算出方法は、第１実施形態の蓄電システム１０の電力変換装置１５の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、制御回路２６は、第１実施形態の蓄電システム１０の電力変換装置１５の場合と同様に、直流母線２８の電圧値ないし電流値を検出し、この電圧値ない電流値に基いて、直流母線２８に流れている電力が過充電状態であるか、過放電状態であるか、或いは過電流状態であるかを判定する機能も備えている。

このような第２実施形態の蓄電システム１０Ａによれば、バッテリーシステム１４の制御回路１７によって、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であると判定された際には、放電遮断用スイッチング素子１８ないし充電遮断用スイッチング素子１９がＯＦＦ状態とされ、さらにシステムコントローラ２５の制御回路２６によって第２開閉部２７がＯＦＦ状態とされるため、蓄電池１３の充電動作もしくは放電動作は停止される。しかも、バッテリーシステム１４に何らかの異常が生じて、蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であるにもかかわらず、バッテリーシステム１４の制御回路１７が蓄電池１３の充電動作もしくは放電動作を停止できず、しかも、システムコントローラ２５の制御回路２６に蓄電池１３が過充電状態、過放電状態ないし過電流状態であることの信号が得られなくても、システムコントローラ２５の制御回路２６自体が単独で直流母線２８に流れている電力が過充電状態であるか、過放電状態であるか、或いは過電流状態であるかを判定する機能をそなえているから、蓄電池１３の充電動作もしくは放電動作を停止することができる。

なお、第２実施形態の蓄電システム１０Ａにおいては、電力変換装置１５は単に電力変換装置１５の機能を備えているものであってもよい。しかしながら、電力変換装置１５が、第１実施形態の蓄電システム１０の場合と同様に、システムコントローラ２５の制御回路２６から過充電状態、過放電状態又は過電流状態であることを示す信号が得られていない場合に、バッテリーシステム１４に接続されている直流母線２３の電圧値を検出して過充電状態であるか過放電状態であるかを判定すると共に、バッテリーシステムに接続されている直流母線に流れる電流値を検出して過電流状態であるか否かを判定し、過充電状態、過放電状態又は過電流状態であると判定された際には、充放電機能を停止し、また、充放電が停止されたことは電力変換装置１５から制御回路２０に伝わり、制御回路２０は第１開閉部２１及び開閉切片２２の少なくとも一方をＯＦＦする。このような構成を採用すれば、より安全性に優れた蓄電システム１０Ａが得られる。

なお、第１実施形態の蓄電システム１０及び第２実施形態の蓄電システム１０Ａでは、電力変換装置１５に接続されている制御回路２０として電力変換装置１５とは別体に配置されているものを示したが、電力変換装置１５の内部に備えられているものとしてもよい。このような構成を採用すれば、制御回路２０の電圧値又は電流値を検出する検出装置が電力変換装置１５内に収容されていることになるので、外部に露出される配線が少なくなると共に、蓄電池１３の充電動作もしくは放電動作に伴う電圧低下の少ない状態での測定値が得られるから、信頼性が高い蓄電システムが得られる。

１０、１０Ａ…蓄電システム １１…系統 １２…一般負荷 １２ａ…特定負荷 １３…蓄電池 １４…バッテリーシステム １５…電力変換装置 １６…バッテリーコントローラー １７…（バッテリーコントローラーの）制御回路 １８…放電遮断用スイッチング素子 １９…充電遮断用スイッチング素子 ２０…（電力変換装置に接続されている）制御回路 ２１…第１開閉部 ２２…開閉切片 ２３…直流母線 ２５…システムコントローラ ２６…（システムコントローラの）制御回路 ２７…第２開閉部 ２８…直流母線 ３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ部 ３２…ＡＣ／ＤＣコンバータ部 ３４…ローパスフィルタ回路 ３５…ハーフブリッジ回路 ３５ａ…スイッチング素子 ３５ｂ…ダイオード ３６…フルブリッジ回路 ３６ａ…スイッチング素子 ３６ｂ…ダイオード

Claims (7)

1. 蓄電池を含むバッテリーシステムと系統からの電力を用いる前記蓄電池の充電動作及び前記蓄電池から放電される電力を変換して前記系統及び負荷に供給する放電動作を有する電力変換装置と、を備える蓄電システムにおいて、
   前記蓄電池の電圧情報、電流情報及び充電深度情報等に基いて前記蓄電池の過充電の判定に用いる第１の電圧値（Ｖｏ）及び前記蓄電池の過放電の判定に用いる第２の電圧値（Ｖｕ）の少なくとも一方を算出し、
   前記電圧情報に基づく電圧（Ｖ）が、前記第１の電圧値（Ｖｏ）を上回った場合又は前記第２の電圧値（Ｖｕ）を下回った場合には前記バッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止させる制御回路を備えていることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記制御回路は、前記バッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られた場合には、前記バッテリーシステムの充電動作もしくは放電動作を停止させる機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記制御回路は、前記バッテリーシステムから過充電信号、過放電信号又は過電流信号が得られていない場合には、前記バッテリーシステムに接続されている直流母線の電圧値を検出して前記蓄電池が過充電状態であるか過放電状態であるかを判定すると共に、前記直流母線に流れる電流値を検出して前記蓄電池が過電流状態であるか否かを判定し、過充電状態、過放電状態又は過電流状態であると判定された際には、前記バッテリーシステム充電動作もしくは放電動作を停止させる機能を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記制御回路は、前記電力変換装置内に備えられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電力変換装置。
5. 前記制御回路は、前記バッテリーシステムと前記電力変換装置とを接続する直流母線に配置されたシステムコントローラに備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
6. 前記制御回路は、前記バッテリーシステムと前記電力変換装置とを接続する直流母線に配置されたシステムコントローラに備えられて前記制御回路での判定を前記電力変換装置に送信する機能を備え、
   前記電力変換装置は、前記制御装置から過充電状態、過放電状態又は過電流状態であることを示す判断が得られない場合には、前記バッテリーシステムに接続されている直流母線の電圧値を検出して過充電状態であるか過放電状態であるかを判定すると共に、前記バッテリーシステムに接続されている直流母線に流れる電流値を検出して過電流状態であるか否かを判定し、過充電状態、過放電状態又は過電流状態であると判定された際には、前記バッテリーシステムに対する充電動作もしくは放電動作を停止することを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
7. 前記電力変換装置は、昇降圧部及び交流／直流の双方向変換部を備え、
   前記昇降圧部は、前記蓄電池から出力される直流電力を所定の電圧に昇圧して前記交流／直流の双方向変換部に出力する機能と、前記交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して前記蓄電池を充電する機能とを備え、
   前記交流／直流の双方向変換部は、前記系統からの交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧部に出力する機能と、前記昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して前記系統に供給する機能とを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の蓄電システム。

Images