(57)【要約】  蓄電池の抵抗上昇が生じ易い使用状況において、抵抗上昇現象を発生し難いようにした蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法を提供する。蓄電システムは、蓄電池を有する蓄電装置と、蓄電装置を充放電させるための電力変換装置、電力変換装置を制御する制御装置とを備え、車両等からの回生エネルギーを蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、充電電流が放電電流よりも大きい場合、夜間等の、力行および回生運転を行う外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となるような電圧値まで蓄電装置を放電した後に電圧保持を行う。
2017217004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池を有する蓄電装置と、
母線と前記蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで前記蓄電装置を放電した後に電圧保持を行う、蓄電システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記蓄電装置を、前記外部負荷の休止時の放電時に前記目標電圧値まで、電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記蓄電装置を、前記外部負荷の休止時の放電時に前記目標電圧値より高い電圧値である補助目標電圧値まで設定電流値または設定電力値にて放電し、更に電流値または電力値を下げながら前記目標電圧値まで放電した後に電圧保持を行う、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記蓄電装置を、前記外部負荷の休止時の放電時に前記目標電圧値まで放電した後に、前記目標電圧値にて電圧保持を行う、請求項１から３までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項５】
それぞれ前記蓄電装置と前記電力変換装置からなる複数の蓄電バンクを構成し、
前記制御装置が、前記休止時の放電時に前記蓄電バンクから他の前記蓄電バンクに対して放電させる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記制御装置が、前記蓄電装置の前記外部負荷の休止時の放電制御を、前記蓄電池の内部抵抗の上昇検知前から行う、請求項１から５までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記外部負荷の休止時の放電の電流値が１Ｃ以上である、請求項１から６までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項８】
蓄電池を有する蓄電装置と母線との間で電力変換を行う電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる蓄電システムにおいて、
外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記蓄電装置を
前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで放電した後に電圧保持を行う、または
前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる前記目標電圧値まで電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う、蓄電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を貯蔵しまた貯蔵した電力を放出する蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵を目的とした蓄電システムは様々な分野で取り入れられ始め、自動車や電車、エレベータ、スマートグリッドなど採用例は多い。特に、ハイブリッド自動車や電車等の回生エネルギーを蓄電システムに吸収し、必要なときに蓄えた電力を用いて力行を行う用途の場合、瞬間的に大きな電力をやりとりするため、蓄電システム内の蓄電池の内部抵抗値が低いことが望まれる。しかし、稼働中、蓄電システムの充放電を繰りかえていると、蓄電池の内部抵抗が徐々に上昇する問題がある。
従来技術においては、例えば、コントローラが高出力による抵抗上昇を監視し、抵抗上昇を確認したときに、ＳＯＣ(State of Charge：充電状態)を調整して抵抗を低減させるように制御する方法が開示されている(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０６４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の上記特許文献１のような蓄電システムにあっては、高出力による抵抗上昇を検知する必要があり、検知してからＳＯＣを制御して、抵抗を下げているが、抵抗上昇を検知してから、抵抗を下げようとしても、下げるまでに時間がかかる等の課題があった。【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、蓄電装置の蓄電池の抵抗上昇が生じ易い使用状況において、抵抗上昇現象を発生し難いようにした蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法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】
【０００６】
この発明は、蓄電池を有する蓄電装置と、母線と前記蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換装置と、前記電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる制御装置と、を備え、前記制御装置が、外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで前記蓄電装置を放電した後に電圧保持を行う、蓄電システム等にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、充放電時に生じる蓄電装置の蓄電池の内部抵抗上昇を抑制することが可能な蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による蓄電システムの構成の概要を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２による蓄電システムの構成の概要を示すブロック図である。
【図３】この発明の特徴を説明するための各実施例、比較例における模擬試験時の電池抵抗の経時変化を示すグラフである。
【図４】この発明による蓄電システムの制御装置のハードウェア構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明に係る蓄電システムは蓄電池を有する蓄電装置と、母線に接続される蓄電装置を充放電させるための電力変換装置と、電力変換装置及び蓄電装置を制御する制御装置とを備える。この蓄電装置は１個以上の蓄電バンクから構成されており、制御装置は、車両等からの回生電力である回生エネルギーを蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、充電電流が放電電流よりも大きい場合、休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となるような放電の目標電圧値である電圧値Ｖ１まで放電した後に電圧保持を行う。
ここで電流値５Ｃの説明をする。完全放電状態(ＳＯＣ０％)の電池を１時間で満充電状態(ＳＯＣ１００％)に充電できる電流値、または満充電状態(ＳＯＣ１００％)の電池を１時間で完全放電状態(ＳＯＣ０％)に放電できる電流値を１Ｃと言う。この値はその電池の電流容量値［Ａｈ］によって変化する。５Ｃとは１Ｃの５倍の電流値で完全放電状態(ＳＯＣ０％)の電池を０．２時間で満充電状態(ＳＯＣ１００％)に充電できる電流値、または満充電状態(ＳＯＣ１００％)の電池を０．２時間で完全放電状態(ＳＯＣ０％)に放電できる電流値となる。
以下、この発明による蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
なお以下の説明では、図は模式的なものであり、機能や構造を概念的に説明するものである。また、以下に示す実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。特記する場合を除いて、蓄電システムの基本構成は全ての実施の形態において共通である。
なお、この発明でいう母線は、例えばハイブリッド自動車や電車等の電気運転に必要な電力を供給するため電力線を意味するが、これらに限られず、電力を貯蔵し放出する蓄電システムと電力をやり取りする電源に接続するための電力線であってもよい。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による蓄電システムの構成の概要を示すブロック図である。図１の蓄電システム１０は、電流遮断器等２、制御装置３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、蓄電装置５、インバータ６を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と蓄電装置５で蓄電バンク１０ａを構成している。図１において、実線は電力ライン、破線は制御ラインを示す。
制御装置３は、符号ＭＯで示すように、母線１に設けられた電圧検出器ＶＤから母線１の電圧値を得て監視する。また制御装置３は、蓄電装置５に設けられた電圧検出器ＶＤ、電流検出器ＩＤから蓄電装置５の電圧値と電流値を得て監視する。そして制御装置３は、各部の状態に従って符号ＣＯで示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ４、インバータ６、電流遮断器２へ充放電指令や電流遮断指令を送って制御を行う。制御装置３は例えばコンピュータで構成され得る。
蓄電装置５は蓄電池５ａを備えている。
【００１１】
以下に鉄道に設置する蓄電システムを例に説明する。
母線１は高電圧直流源(図示省略)に接続された母線を示し、鉄道では直流架線となる。母線１は、電流遮断器等２、及び電力変換装置を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ４、を経由して蓄電装置５に接続されている。制御装置３は、例えば図１に示していないが、鉄道車両の動力から回生電力が母線１に流れて、母線１の電圧値が上限電圧値である予め定められた設定値Ｖｈを超えるとその電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して蓄電装置５に蓄える。また制御装置３は、車両が力行運転して母線１の電力を消費し、母線１の電圧値が下限電圧値である予め定められた設定値Ｖｌ以下になると、蓄電装置５に蓄えた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して母線１に戻す。
【００１２】
図１では母線１は高電圧直流の場合を示しているが、高電圧交流でもよく、その場合にはインバータ２ａで交流を直流に変換した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して直流に変換させる。インバータ２ａは電流遮断器２とＤＣ／ＤＣコンバータ４の間に設けられていてもよい。
また、母線１である直流架線の電圧値が設定値を超えるとその電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して蓄電装置５に蓄えるが、この蓄えた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４と第２の電力変換装置を構成するインバータ６を経由して照明や電気設備などからなる負荷７に送って消費することも可能である。
【００１３】
母線１の電圧値が設定値を超えると蓄電装置５に電力を蓄えようとするが、元が回生電力であるため、短時間に大きい電力量が流れ込むことが多い。
このため、母線１に複数の蓄電システム１０が接続されている場合または蓄電システム１０が複数の蓄電装置５を有する場合には、この電力量に合わせた蓄電装置５を選択することになる。通常は新品状態の装置を前提として室温を基準に設計を行うため、経年変化や温度変化により蓄電装置内部抵抗は変化する。蓄電装置５は充放電を繰り返していくと、様々な原因により、内部抵抗が上昇する傾向がある。この抵抗上昇により、蓄電装置５の充電電圧の上昇または放電時の電圧低下を生じ、設定された上限電圧または下限電圧に早く到達してしまい、それ以上の充放電ができなくなってしまう可能性がある。したがって、蓄電装置内部抵抗はなるべく低めに保つ必要がある。
【００１４】
この内部抵抗の上昇の原因としては、いくつか考えられるが、ここで着目したのは大きい電流での充電による電解液中のイオンの偏在の発生による抵抗上昇である。蓄電装置内の電池内部は正極とセパレータと負極とこれらの空孔内に存在する電解液で構成されている。充電反応では正極内部に存在するリチウムがリチウムイオンとして電解液中に移動し電子を放出する。一方、電解液中に存在するリチウムイオンが負極中で電子を受け取りリチウムとなる。この反応は５Ｃより小さい電流値のときは電極面内でほぼ均等に行われるが、５Ｃ以上の急峻な電流が短時間に流れると、電極面内で主に集電端子に接続されている集電タブに近い部位が集中的に反応すると考えられる。この大電流の大きさに上限はなく、大きければ大きいほどこの反応の偏在化は大きくなる。ただし、使用する蓄電池の仕様により電池への最大電流値は設定されるため、それ以上の電流値は設計上入力しないことになる。
【００１５】
そのとき電解液中のイオンも反応部位に集中するため、イオンも偏在することになる。その後に休止等の時間が十分にあれば、その集中した反応は電極面内において緩和されてほぼ面内に均一化されていく。同様に偏在したイオンも全体的に均一化されていく。このため、電流値が小さかったり、大電流が流れてもその後の休止時間が十分に取られている場合にはこのイオン偏在による抵抗上昇現象は生じ難いと考えられる。
なお、休止時間の休止とは母線１に接続され力行運転、回生運転を行う鉄道車両等からなる外部負荷ＥＬの運転休止を意味する。
制御装置３は充放電制御のために蓄電システム１０の外部から外部情報ＥＩＮＦを入手するが、外部情報ＥＩＮＦには外部負荷ＥＬの運転状態、すなわち外部負荷ＥＬが運転実行状態か運転休止状態かの情報が含まれる。
【００１６】
しかし、毎日のように大電流の充放電が繰り返し行われるような使用状況で、１日のうち６時間程度の休止時間では、休止時間が不足しており、反応やイオンの緩和は十分ではない。このため、毎日少しずつ反応やイオンの偏在が貯蓄されていき、徐々に抵抗が上昇していくこととなる。電極面内で部分的に充電反応が進行するとその部位の充電状態ＳＯＣが高くなり、逆にその他の部分のＳＯＣは低くなる。ＳＯＣが低いままであると抵抗は高めになるため、全体的には抵抗が上昇していくこととなる。
同様にイオンの偏在が生じると、その他の部分のイオン量が低下するため、全体的に電解液の抵抗も上昇することとなる。よって、反応やイオンの偏在が発生すると全体としては抵抗が上昇することとなる。
【００１７】
このような局所反応またはイオンの偏在により抵抗が上昇する現象の場合、一時的な現象のため、時間をかけて局所に集中した反応やイオンの偏在を緩和させることにより、抵抗を下げることが可能である。例えば鉄道用途の場合、早朝から深夜まで運転を行い、深夜から早朝にかけての休止時間に緩和させることが可能であるが、時間が限られているため、単に休止させるだけでは緩和しきることはできない。
【００１８】
このため、休止時間に積極的に緩和が進むように充放電を行うことにより、強制的に緩和を進めることが有効である。強制的に緩和を進める手法としては、例えば鉄道用のように電車からの大きい回生電力を蓄電池５ａに充電するような場合、大きい充電電流で充電を繰り返し、小さい電流値で力行に戻したり、負荷に送電したりするため、反応としては充電側に偏る傾向になる。このため、偏った反応を元に戻すように放電反応をさせることが効果的である。
【００１９】
実際の使用時には充電状態ＳＯＣは定まらないため、稼働後の休止時のＳＯＣから放電側に単電池当たり０．１Ｖ以上放電し、放電状態で維持することが重要となる。０．１Ｖ未満の電圧差では電圧差が小さすぎるため、緩和効果があまり得られないため、０．１Ｖ以上の電圧差以上の放電反応をさせることが必要である。０．１Ｖ以上であれば大きければ大きいほど効果が大きくなるため、特に上限は設けないが、用いる蓄電池の特性上、必ず下限電圧が設定されているため、それ以下になるような電圧差には設定できない。
放電後にすぐ休止時のＳＯＣまたは設定されたＳＯＣに戻してしまうと低電圧状態の時間が短いため、緩和を進行させる効果が薄い。放電状態で維持する時間としては最低３０分、できれば１時間以上が望ましい。休止時から放電するときの電流値としては特に規定はしないが、より大きい電流値の方が緩和促進効果が大きい。例えば、１Ｃ以上の電流値が望ましい。ただし、電流値が大きくなると電気抵抗に係るＩＲロスによる電圧降下が大きくなるため、設定された電圧値まで放電した後の電圧の戻りが大きくなってしまい、効果が薄れる可能性もある。よって、蓄電装置５を、設定した電圧値まで放電した後に設定した電圧で定電圧放電することがより好ましい。
稼働後の休止時から放電する方法は特に限定はしないが、定電流放電でも良いし、定電力放電でも良い。ここで電力とは例えば電流×電圧で求まる値であり、以下同様とする。電流、電圧はそれぞれ電流検出器ＩＤ、電圧検出器ＶＤにより測定可能である。
【００２０】
定電流もしくは定電力等により放電した後に定電圧放電することにより、設定された電圧値により近づけられ、且つ放電状態を維持するため、充電によって生じた電極面内の局所反応部位やイオンの偏在が放電が続くことにより解消し易い。
【００２１】
また、休止時のＳＯＣからの放電は１回のみではなく、複数回行っても良い。ただし、放電の間に充電はせずに休止のみを入れて、放電を繰り返す。このとき、電流値は毎回同値でもよいが、初期は大きくし、その後は徐々に小さくしていくことにより、より設定した電圧値に近づいていくため、より好ましい。例えば、初回は１０Ｃ、次は７Ｃ、５Ｃ、３Ｃ、１Ｃというように下げていくと、１０Ｃという大きい電流値ではＩＲロスによる電圧低下が大きいため、早く設定電圧に到達してしまうため、休止時に電圧上昇が生じる。更にそこから７Ｃで放電を行うと電流値が低下した分だけＩＲロスが低下するため、休止時の電圧がより設定電圧値に近づいていくこととなる。これを電流値を下げながら繰り返すことにより、設定電圧値により近い値になる。放電を繰り返しながら、且つ設定値に近い状態で維持させられるため、充電によって生じた電極面内の局所反応部位やイオンの偏在が解消し易い。ここでは定電流放電を例に挙げたが、定電力放電によって、電力を下げながら放電しても同様の効果が得られる。
【００２２】
この休止時の緩和のための放電操作は毎日の予め定められた設定時間の休止の度に行うことが、局所反応やイオンの偏在を蓄積させずにすむため、有効であるが、状況によっては週に一度や月に一度でも効果は期待できる。この休止時の緩和のための放電操作は蓄電池の内部抵抗の上昇検知前から行うことで局所反応やイオンの偏在を蓄積させずにすむため、有効であるが、予め定められた設定期間経過後に開始しても有効である。内部抵抗の上昇とは厳密性はないが、初期の内部抵抗値から１．３倍以上となると内部抵抗が上昇したと考えられる。また、この休止時の緩和のための放電操作は蓄電池の内部抵抗の上昇検知前から行うことで局所反応やイオンの偏在を蓄積させずにすむため、有効であるが、これを継続して実施して、長期間実施後に内部抵抗が徐々に上昇傾向になった後も継続して実施することで、その後の内部抵抗上昇率を緩やかにする効果はある。
制御装置３は、蓄電装置５に設けられた電圧検出器ＶＤ、電流検出器ＩＤから蓄電装置５ひいては蓄電池５ａの電圧値と電流値を得て、蓄電池５ａの内部抵抗を演算して求めて、内部抵抗の上昇検知等を行う。
【００２３】
なお、鉄道用途とは異なり実際の使用時に放電電流値が大きく、充電電流が小さい場合は、反応としては放電側に偏ってしまうため、逆に休止時に充電反応をさせることが有効となる。
なお、１Ｃとは公称容量値の蓄電装置を定電流放電し１時間で放電終了となる電流値のことである。
【００２４】
以上のようにして、制御装置３が母線１、蓄電装置５の電圧、電流をモニタしながらＤＣ／ＤＣコンバータ４、インバータ６を制御して蓄電装置５に充放電を行わせる。
【００２５】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による蓄電システムの構成の概要を示すブロック図である。図２の蓄電システム１００は、電流遮断器１２、制御装置１３、複数の蓄電バンク２０，３０，４０を有している。各蓄電バンク２０，３０，４０は電力変換装置を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ４、および蓄電装置５を有している。蓄電システム１００内には蓄電バンクを最低２つ、すなわち複数有しており、上限は特にない。
【００２６】
ここでも、実施の形態１と同様に鉄道に設置する蓄電システムを例に説明する。
母線１１は高電圧直流源(図示省略)に接続された母線を示し、鉄道では直流架線となる。母線１１は電流遮断器等１２を経由して各蓄電バンク２０，３０，４０に接続されている。制御装置１３は、例えば、鉄道車両等の動力から回生電力が母線１１に流れて、母線１１の電圧値が上限電圧値である予め定められた設定値Ｖｈを超えるとその電力を各蓄電バンク２０，３０，４０のＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して蓄電装置５に蓄える。また制御装置１３は、車両が力行運転して母線１１の電力を消費し、母線１１の電圧値が下限電圧値である設定値Ｖｌ以下になると、各蓄電バンク２０，３０，４０の蓄電装置５に蓄えた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を経由して母線１１に戻す。各蓄電バンク２０，３０，４０のＤＣ／ＤＣコンバータ４は図１と同様にインバータ６を介して負荷７にそれぞれに接続されており、個々の蓄電装置５に蓄えた電力を母線に戻さずにインバータ６を介して負荷７に送ることも可能である。
【００２７】
母線１１の電圧値が設定値を超えると各蓄電バンクの蓄電装置に電力を蓄えようとするが、元が回生電力であるため、短時間に大きい電力量が流れ込むことが多い。
このため、この電力量に合わせた各蓄電バンク２０，３０，４０の蓄電装置５を選択することになる。通常は新品状態の装置を前提として室温を基準に設計を行うため、経年変化や温度変化により蓄電装置内部抵抗は変化する。蓄電装置５は充放電を繰り返していくと、様々な原因により、内部抵抗が上昇する傾向がある。この抵抗上昇により、蓄電装置５の充電電圧の上昇または放電時の電圧低下を生じ、設定された上限電圧及び下限電圧に早く到達してしまい、それ以上の充放電ができなくなってしまう可能性がある。したがって、蓄電装置内部抵抗はなるべく低めに保つ必要がある。
【００２８】
この内部抵抗の上昇の原因としては、いくつか考えられるが、ここで着目したのは大きい電流での充電による電解液中のイオンの偏在の発生による抵抗上昇である。
【００２９】
毎日のように大電流の充放電が繰り返し行われるような使用状況で、１日のうち６時間程度の休止時間では、休止時間が不足しており、反応やイオンの緩和は十分ではない。このため、毎日少しずつ反応やイオンの偏在が貯蓄されていき、徐々に抵抗が上昇していくこととなる。
【００３０】
このような局所反応またはイオンの偏在により抵抗が上昇する現象の場合、一時的な現象のため、時間をかけて局所に集中した反応やイオンの偏在を緩和させることにより、抵抗を下げることが可能である。例えば鉄道用途の場合、早朝から深夜まで運転を行い、深夜から早朝にかけての休止時間に緩和させることが可能であるが、時間が限られているため、単に休止させるだけでは緩和しきることはできない。
【００３１】
このため、休止時間に積極的に緩和が進むように充放電を行うことにより、強制的に緩和を進めることが有効である。強制的に緩和を進める手法としては、例えば鉄道用のように電車からの大きい回生電力を蓄電池５ａに充電するような場合、大きい充電電流で充電を繰り返し、小さい電流値で力行に戻したり、負荷に送電したりするため、反応としては充電側に偏る傾向になる。このため、偏った反応を元に戻すように放電反応をさせることが効果的である。実際の使用時には充電状態ＳＯＣは定まらないため、稼働後の休止時のＳＯＣから放電側に０．１Ｖ以上放電し、放電状態で維持することが重要となる。
【００３２】
このとき、放電する相手先であるが、例えば鉄道の場合、深夜の休止時間では母線１１である架線の電圧が高くなってしまっており、放電できない場合がある。また、深夜であるため、負荷も稼働できないこともある。このとき、蓄電システム内の各蓄電バンク２０，３０，４０間で充放電のやりとりをする方法がある。蓄電バンク２０，３０，４０はＤＣ／ＤＣコンバータ４と蓄電装置５からなり、最低２セットすなわち複数の蓄電バンクで構成されていれば、お互いに充放電させることが可能となるが、できれば、３セット以上で構成されている方が望ましい。
【００３３】
例えば蓄電バンクを３セット備えた蓄電システムにおいて、稼働後の終了時にＳＯＣ約４０％であったとき、いずれの蓄電バンクともＳＯＣ４０％になっている。このとき、休止時間に放電動作をさせる場合、例えば一つの蓄電バンク２０から放電し、残りの２つの蓄電バンク３０，４０はその電流を受け取って充電されることになる。例えば放電させる蓄電バンク２０はＳＯＣ約１０％となる電圧まで放電して、その状態を約１時間維持させたとき、残りの２つの蓄電バンク３０，４０はＳＯＣ約５５％まで充電された状態になる。１時間後にこの放電させた蓄電バンク２０に他の蓄電バンク３０，４０が放電して電流を返すように充電させ、いずれも元のＳＯＣ約４０％に戻ることになる。これをそれぞれ３つの蓄電バンク２０，３０，４０で繰り返すことにより、全ての蓄電バンク２０，３０，４０においても放電動作を行うことが可能となる。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態１，２と同様に鉄道に設置する蓄電システムを例に説明する。
この実施の形態３では、図１および図２の蓄電システムにおいて、制御装置３，１３は上述の休止時のＳＯＣからの放電を複数回に分けて行う際に、以下のように行う。
例えば、放電の補助目標電圧値である電圧値Ｖ２まで予め設定された電流値または電力値にて放電し、その後、目標電圧値Ｖ１まで電流値または電力値を下げながら放電した後に電圧保持を行う。
これにより、休止時に目標電圧値Ｖ１に近い状態で維持させられるため、充電によって生じた電極面内の局所反応部位やイオンの偏在が解消し易い。
補助目標電圧値Ｖ２は装置稼働終了時の電圧値と目標電圧値Ｖ１の間に設定する。補助目標電圧値Ｖ２から目標電圧値Ｖ１に下げるときの電流値または電力値については特に限定はしないが、補助目標電圧値Ｖ２までの設定電流値または設定電力値により線形的、直線的に低下させても良いし、非線形に低下させても良い。
【００３５】
実施例１．
模擬試験による検証例を以下に示す。
蓄電装置に搭載される以下の蓄電池を使用
種類と形態：６Ａｈ級円筒型リチウムイオン二次電池を単セルで使用
正極材料：マンガン、コバルト、ニッケルを含むリチウム複合酸化物を使用
負極材料：カーボン系を使用
使用電圧範囲：下限電圧２．５Ｖ、上限電圧４．２Ｖ
この模擬試験ではこのリチウムイオン二次電池の電圧値を約３．６Ｖに設定して試験を行った。模擬充放電パターンとしては充電電流１６Ｃを１５秒に充電電流８Ｃを１５秒の後に放電電流１０Ｃを３６秒印加し、その後休止時間を４１４秒とる。この充放電を１日に１３５回連続して繰り返し行い、残りの６時間を夜間休止時間とした。
【００３６】
この６Ａｈ級リチウムイオン二次電池を用いた場合、１Ｃ＝６Ａとなり、１６Ｃ＝９６Ａ、８Ｃ＝４８Ａ、１０Ｃ＝６０Ａとなる。この模擬パターンで試験を行った後もこのリチウムイオン二次電池の電圧値はほぼ３．６Ｖであった。この模擬パターンのような充電電流が５Ｃ以上と大きく、且つ充電電流値が放電電流値より大きい場合、電解液のイオンの偏在が発生し、電池内部抵抗が上昇し易い。このため、夜間休止時間に放電動作を行う。放電条件としては３．０Ｖまで１Ｃで放電を行い、その後休止状態で保持を行う。そのときの電圧は約３．１Ｖであった。３時間保持を行った後に、元の電圧３．６Ｖまで充電を行い、試験再開まで休止とした。この試験を２ヶ月間実施した。このとき、毎日初回の充電時の１秒直流抵抗を測定した。１秒直流抵抗Ｒは充電開始１秒後の電圧値Ｅと充電電流値Ｉ(この場合は１６Ｃ＝９６Ａ)からＲ＝Ｅ／Ｉより求めることができる。
【００３７】
実施例２．
実施例１と同様の模擬試験を行った後、夜間休止時の放電動作として３．０Ｖまで１Ｃにて定電流放電した後に３．０Ｖにて定電圧放電を３時間行った。その後に元の電圧３．６Ｖまで充電を行い、試験再開まで休止とした。この試験を２ヶ月間実施した。
【００３８】
比較例１．
実施例１と同様の模擬試験を行った後、夜間休止時は約３．６Ｖのまま６時間休止状態を維持した。この試験を２ヶ月間実施した。
【００３９】
比較例２．
模擬充放電パターンとしては充電電流４Ｃを６０秒に充電電流２Ｃを６０秒の後に放電電流２Ｃを１８０秒印加し、その後休止時間を１８０秒とる。この充放電を１日に１３５回連続して繰り返し行い、残りの６時間を夜間休止時間とした。
【００４０】
比較例３．
実施例１と同様の模擬試験を行った後、夜間休止時の放電動作として３．５１Ｖまで１Ｃにて定電流放電し、その後休止状態で保持を行う。そのときの電圧は約３．５４Ｖであった。３時間保持を行った後に元の電圧３．６Ｖまで充電を行い、試験再開まで休止とした。この試験を２ヶ月間実施した。
【００４１】
以上、実施例１、２及び比較例１から３で行った模擬試験において測定された電池の抵抗値の経時変化をグラフにした結果を図３に示す。図３においてそれぞれ、
Ｅ１：実施例１の結果
Ｅ２：実施例２の結果
Ｐ１：比較例１の結果
Ｐ２：比較例２の結果
Ｐ３：比較例３の結果
を示す。
【００４２】
比較例１のように充電電流が５Ｃ以上と大きく、且つ充電電流値が放電電流値より大きい場合、図３の(Ｐ１)で示すように抵抗上昇が確認された。一方、(Ｐ２)に示す比較例２のように充電電流値が放電電流値より大きいが、充電電流が５Ｃより小さい場合は電池内部抵抗が大きく上昇するような現象は確認されなかった。
このように充電電流が５Ｃ以上と大きく、且つ充電電流値が放電電流値より大きい場合、電解液のイオンの偏在が発生し、電池内部抵抗が上昇しやすくなるが、(Ｅ１)で示す実施例１のように休止時間に放電動作をさせることにより、抵抗上昇を抑制できることを確認した。また、(Ｅ２)で示す実施例２のように予め定められた設定電圧まで放電した後にその電圧値において定電圧放電を行うことにより、更に抵抗上昇を抑制できることを確認した。
しかし、(Ｐ３)で示す比較例３のように放電電圧の電圧差が０．１Ｖ未満の場合はあまり効果がないことが確認された。
【００４３】
なお、図１、図２の構成において、制御装置３，１３は専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう)であっても構成可能である。
【００４４】
図４の(ａ)は制御装置３，１３の機能をハードウェアで構成した場合、(ｂ)はソフトウェアで構成した場合の、ハードウェア構成を概略的に示す。
制御装置３，１３を図４の(ａ)に示すハードウェアで構成した場合、処理回路１０００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置３，１３の各機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
【００４５】
上記各機能を図４の(ｂ)に示すＣＰＵで構成した場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２１００に格納される。処理回路であるプロセッサ２０００は、メモリ２１００に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。これらのプログラムは、上記各機能の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２１００とは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
【００４６】
なお、上記各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【００４７】
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
また処理に必要な各種情報は、ハードウェア構成の場合は回路に予め設定され、またソフトウェア構成の場合にはメモリに予め記憶させておく。
【００４８】
以上のようにこの発明によれば、蓄電システム１０は、蓄電池５ａを有する蓄電装置５と、母線１と蓄電装置５との間で電力変換を行う電力変換装置４と、電力変換装置を制御して蓄電装置を充放電させる制御装置３と、を備える。制御装置３は、外部負荷ＥＬによる母線からの回生電力を蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、蓄電装置５を、外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値Ｖｄ以上となる目標電圧値Ｖ１まで放電した後に電圧保持を行う。
また、制御装置３は、蓄電装置５を、外部負荷ＥＬの休止時の放電時に目標電圧値Ｖ１まで、電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う。
また、制御装置３が、蓄電装置５を、外部負荷ＥＬの休止時の放電時に目標電圧値Ｖ１より高い電圧値である補助目標電圧値Ｖ２まで設定電流値または設定電力値にて放電し、更に電流値または電力値を下げながら目標電圧値Ｖ１まで放電した後に電圧保持を行う。
また、制御装置３は、蓄電装置５を、外部負荷ＥＬの休止時の放電時に目標電圧値Ｖ１まで放電した後に、目標電圧値Ｖ１にて電圧保持を行う。
【００４９】
また、蓄電システム１００を、それぞれ蓄電装置５と電力変換装置４からなる複数の蓄電バンク２０，３０，４０を備えた構成とし、制御装置１３が、休止時の放電時に蓄電バンクから他の前記蓄電バンクに対して放電させる。
また、制御装置３，１３は、蓄電装置５を外部負荷ＥＬの休止時の放電時に目標電圧値Ｖ１まで放電した後に電圧保持を行う制御を、蓄電池５ａの内部抵抗の上昇検知前から行う。
また、外部負荷ＥＬの休止時の放電の電流値を１Ｃ以上とした。
【００５０】
また、この発明の蓄電システムの制御方法においては、蓄電池を有する蓄電装置５と母線１との間で電力変換を行う電力変換装置４を制御して蓄電装置を充放電させる蓄電システムにおいて、外部負荷による母線からの回生電力を蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、蓄電装置５を、外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値Ｖｄ以上となる目標電圧値Ｖ１まで放電した後に電圧保持を行う。または、外部負荷の休止時の放電時に目標電圧値Ｖ１まで電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う。
これにより、充放電時に生じる蓄電装置の蓄電池の内部抵抗上昇を抑制することができる。
【産業上の利用の可能性】
【００５１】
この発明による蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法は、各種装置さらには各種施設の蓄電システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１１  母線、２，１２  電流遮断器、３  制御装置、３，１３  制御装置、４  ＤＣ／ＤＣ  コンバータ(電力変換装置)、５  蓄電装置、５ａ  蓄電池、６  インバータ(電力変換装置)、７  負荷、１０，１００  蓄電システム、１０ａ、２０，３０，４０  蓄電バンク、１０００  処理回路、２０００  プロセッサ、２１００  メモリ。
【図１】
2017217004.tif 000003
【図２】
2017217004.tif 000004
【図３】
2017217004.tif 000005
【図４】
2017217004.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月29日(2018.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明は、蓄電池を有する蓄電装置と、母線と前記蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換装置と、前記電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる制御装置と、を備え、前記制御装置が、外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで前記蓄電装置を、電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う、蓄電システム等にある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池を有する蓄電装置と、
母線と前記蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで前記蓄電装置を、電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う、蓄電システム。
【請求項２】
蓄電池を有する蓄電装置と、
母線と前記蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで前記蓄電装置を放電する場合に、前記目標電圧値より高い電圧値である補助目標電圧値まで設定電流値または設定電力値にて放電し、更に電流値または電力値を下げながら前記目標電圧値まで前記蓄電装置を放電した後に電圧保持を行う蓄電システム。
【請求項３】
蓄電池を有する蓄電装置と、
母線と前記蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで前記蓄電装置を放電する場合に、前記外部負荷の休止時の放電制御を、前記蓄電池の内部抵抗の上昇検知前から行い、前記蓄電装置を放電した後に電圧保持を行う、蓄電システム。
【請求項４】
それぞれ前記蓄電装置と前記電力変換装置からなる複数の蓄電バンクを構成し、
前記制御装置が、前記休止時の放電時に前記蓄電バンクから他の前記蓄電バンクに対して放電させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記外部負荷の休止時の放電の電流値が１Ｃ以上である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項６】
蓄電池を有する蓄電装置と母線との間で電力変換を行う電力変換装置を制御して前記蓄電装置を充放電させる蓄電システムにおいて、
外部負荷による前記母線からの回生電力を前記蓄電装置に充電する最大充電電流値が５Ｃ以上であり、前記最大充電電流値が最大放電電流値よりも大きい場合に、前記蓄電装置を
前記外部負荷の休止時に休止開始時との電圧差が設定値以上となる目標電圧値まで、電流値または電力値を下げながら複数回放電した後に電圧保持を行う、蓄電システムの制御方法。
【国際調査報告】
2017217004.tif 000007
2017217004.tif 000008