(57)【要約】  外部電源の電力を電力情報として演算する系統電力演算器（１８）と、電力情報に基づいて蓄電池の充放電制御を行うとともに、蓄電池の発熱増加量が、冷却風風量に基づいて算出された冷却装置による排熱増加量を超えないように決定した冷却電力しきい値内で冷却装置に電力を分配することで冷却装置の電力制御を行う充放電制御部（２０）とを備える。
2018003203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源に連系され、充放電を行う蓄電池と、
前記蓄電池の冷却を行う冷却装置と、
を備えた蓄電池システムに適用され、充放電状態に応じて前記冷却装置を制御することで前記蓄電池の冷却制御を実行する蓄電池冷却制御装置であって、
前記外部電源の電圧および電流に基づき、前記外部電源の電力を電力情報として演算する系統電力演算器と、
前記冷却装置への入力電力から冷却風風量を特定する冷却風風量特定部と、
内部に前記蓄電池が配置された筐体の冷却風流入口の温度を検出する冷却風流入口温度測定部と、
前記筐体の冷却風排出口の温度を検出する冷却風排出口温度測定部と、
前記系統電力演算器で演算された前記電力情報に基づいて前記蓄電池の充放電制御を行うとともに、前記蓄電池の発熱量と前記冷却装置による排熱量から決定した冷却電力しきい値内で前記冷却装置に電力を分配することで前記冷却装置の電力制御を行う充放電制御部と
を備え、
前記充放電制御部は、
前記冷却装置への前記入力電力および前記系統電力演算器で演算された前記外部電源の電力から前記蓄電池の前記発熱量を算出し、前記冷却風風量特定部で特定された前記冷却風風量、前記冷却風流入口温度測定部で検出された前記冷却風流入口の温度、および冷却風排出口温度測定部で検出された前記冷却風排出口の温度から前記冷却装置による前記排熱量を算出し、発熱増加量が、排熱増加量を超えないように前記冷却電力しきい値を決定し、
前記電力情報に基づいて、前記外部電源の電力余剰分を充電し、前記外部電源の電力不足分を放電することで前記充放電制御を行うとともに、前記冷却電力しきい値を超えない範囲で前記冷却装置に電力を分配することで前記電力制御を行う
蓄電池冷却制御装置。
【請求項２】
蓄電池温度を検出する蓄電池温度測定部をさらに備え、
前記充放電制御部は、前記蓄電池温度があらかじめ設定した温度しきい値よりも高い場合には、前記冷却装置に電力を分配し、前記蓄電池温度が前記温度しきい値以下の場合には、前記冷却装置に電力を分配しないことで前記電力制御を行う
請求項１に記載の蓄電池冷却制御装置。
【請求項３】
前記蓄電池の保護機能および状態監視機能を有し、前記蓄電池の電流値を計測するとともに、前記蓄電池の残存容量を示す充電率を推定するバッテリーマネジメントユニットと、
充電率と蓄電池温度との組み合わせに対応して充電電流しきい値を決定するためのテーブルがあらかじめ記憶された記憶部と
をさらに備え、
前記充放電制御部は、前記蓄電池温度測定部により検出された前記蓄電池温度、および前記バッテリーマネジメントユニットにより推定された前記充電率に対応する充電電流しきい値を前記テーブルから抽出し、前記バッテリーマネジメントユニットで計測された前記蓄電池の電流値が、前記テーブルから抽出した前記充電電流しきい値よりも高い場合には、前記冷却装置に電力を分配し、前記蓄電池の電流値が前記充電電流しきい値以下の場合には、前記冷却装置に電力を分配しないことで前記電力制御を行う
請求項２に記載の蓄電池冷却制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の蓄電池冷却制御装置において前記充放電制御部によって実行される蓄電池冷却制御方法であって、
前記冷却装置への前記入力電力および前記系統電力演算器で演算された前記外部電源の電力から前記蓄電池の前記発熱量を算出する第１ステップと、
前記冷却風風量特定部で特定された前記冷却風風量、前記冷却風流入口温度測定部で検出された前記冷却風流入口の温度、および冷却風排出口温度測定部で検出された前記冷却風排出口の温度から前記冷却装置による前記排熱量を算出する第２ステップと、
発熱増加量が、排熱増加量を超えないように前記冷却電力しきい値を決定する第３ステップと、
前記電力情報に基づいて、前記外部電源の電力余剰分を充電し、前記外部電源の電力不足分を放電することで前記充放電制御を行う第４ステップと、
前記冷却電力しきい値を超えない範囲で前記冷却装置に電力を分配することで前記電力制御を行う第５ステップと
を有する蓄電池冷却制御方法。
【請求項５】
蓄電池温度測定部を介して蓄電池温度を検出する第６ステップをさらに有し、
前記第５ステップは、前記蓄電池温度があらかじめ設定した温度しきい値よりも高い場合には、前記冷却装置に電力を分配し、前記蓄電池温度が前記温度しきい値以下の場合には、前記冷却装置に電力を分配しないことで前記電力制御を行う
請求項４に記載の蓄電池冷却制御方法。
【請求項６】
前記蓄電池の保護機能および状態監視機能を有するバッテリーマネジメントユニットを介して、前記蓄電池の電流値、および前記蓄電池の残存容量を示す充電率を取得する第７ステップと、
前記充電率と前記蓄電池温度との組み合わせに対応して充電電流しきい値を決定するためのテーブルを記憶部にあらかじめ記憶させておく第８ステップと
をさらに有し、
前記第５ステップは、前記第６ステップで検出した前記蓄電池温度および前記第７ステップで取得した前記充電率に対応する充電電流しきい値を前記記憶部に記憶された前記テーブルから抽出し、前記第７ステップで取得した前記蓄電池の電流値が、前記テーブルから抽出した前記充電電流しきい値よりも高い場合には、前記冷却装置に電力を分配し、前記蓄電池の電流値が前記充電電流しきい値以下の場合には、前記冷却装置に電力を分配しないことで前記電力制御を行う
請求項５に記載の蓄電池冷却制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統との間で充放電を行う蓄電池システムに対して冷却制御を適用した蓄電池冷却制御装置および蓄電池冷却制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽光発電、風力発電など、自然エネルギーを用いた発電装置が、電力系統に大量に導入されることが予想される。しかしながら、太陽光発電装置および風力発電装置は、不安定電源である。このため、電力変動を抑制するために、蓄電池が電力系統に接続されてきている。【０００３】
蓄電池は、充放電時に発熱するが、蓄電池温度が上昇すると、寿命が著しく低下する。このため、蓄電池冷却用の冷却ファンを備えた従来技術、あるいは、充放電電流を制限する従来技術がある（例えば、特許文献１、２参照）。【０００４】
冷却ファンを備えた従来技術である特許文献１は、蓄電池温度を測定し、蓄電池温度が第１の所定温度以上であった場合には、温度に対して冷却ファンのファンデューティを変化させる。さらに、特許文献１は、蓄電池温度が第１の所定温度以下で、かつ、第２の所定温度以上だった場合には、蓄電池への充電電流値に対して冷却ファンのファンデューティを変化させている。このような制御を行うことで、特許文献１は、蓄電池温度を所定温度範囲内に維持させている。【０００５】
また、充放電電流を制限する従来技術である特許文献２は、蓄電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）全体を複数の区分に分割している。そして、特許文献２は、分割したＳＯＣ毎に電流値上限を決定し、通電末期の電流値を小さくして、発熱を抑制している。【０００６】
また、特許文献２は、通電初期においては、電流値を大きくして発熱させ、低温時の性能低下を抑制している。さらに、特許文献２は、蓄電池温度が温度上限値以上だった場合には、電流上限値をさらに低下させ、また、蓄電池の温度上昇量が温度上昇量上限値以上だった場合には、電流上限値をさらに低下させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６３６８２号公報
【特許文献２】特開２０１５−２０８０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述した特許文献１は、蓄電池温度が第１の所定温度以上であった場合には、冷却ファンのファンデューティを変化させている。すなわち、特許文献１は、蓄電池温度のみによって冷却ファンのファンデューティを変化させている。このため、蓄電池が外部電源へ大電流を放電中においても、一定の電力を蓄電池から冷却装置に放電している。【０００９】
蓄電池が外部電源へ大電流を放電中において、蓄電池から冷却装置に放電することで、ジュール熱による発熱量がさらに増加し、冷却ファンによる冷却効率が悪化してしまう、もしくは蓄電池温度が上昇してしまうという問題がある。さらに、放電電流値が大きくなることで、高負荷による蓄電池劣化も発生してしまう、という問題もあった。【００１０】
また、上述した特許文献２は、充放電電流値の上限を設けることで、蓄電池の発熱を考慮している。しかしながら、特許文献２は、充放電電流上限値によって系統電力の安定化能力に制限がかかってしまい、通電末期の系統電力安定化能力に問題があった。【００１１】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、冷却装置によって効率よく蓄電池を冷却し、高温および高負荷による蓄電池寿命の低下を抑制しながら、系統電力の安定化能力の高い、蓄電池冷却制御装置および蓄電池冷却制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る蓄電池冷却制御装置は、外部電源に連系され、充放電を行う蓄電池と、蓄電池の冷却を行う冷却装置と、を備えた蓄電池システムに適用され、充放電状態に応じて冷却装置を制御することで蓄電池の冷却制御を実行する蓄電池冷却制御装置であって、外部電源の電圧および電流に基づき、外部電源の電力を電力情報として演算する系統電力演算器と、冷却装置への入力電力から冷却風風量を特定する冷却風風量特定部と、内部に蓄電池が配置された筐体の冷却風流入口の温度を検出する冷却風流入口温度測定部と、筐体の冷却風排出口の温度を検出する冷却風排出口温度測定部と、系統電力演算器で演算された電力情報に基づいて蓄電池の充放電制御を行うとともに、蓄電池の発熱量と冷却装置による排熱量から決定した冷却電力しきい値内で冷却装置に電力を分配することで冷却装置の電力制御を行う充放電制御部とを備え、充放電制御部は、冷却装置への入力電力および系統電力演算器で演算された外部電源の電力から蓄電池の発熱量を算出し、冷却風風量特定部で特定された冷却風風量、冷却風流入口温度測定部で検出された冷却風流入口の温度、および冷却風排出口温度測定部で検出された冷却風排出口の温度から冷却装置による排熱量を算出し、発熱増加量が、排熱増加量を超えないように冷却電力しきい値を決定し、電力情報に基づいて、外部電源の電力余剰分を充電し、外部電源の電力不足分を放電することで充放電制御を行うとともに、冷却電力しきい値を超えない範囲で冷却装置に電力を分配することで電力制御を行うものである。【００１３】
また、本発明に係る蓄電池冷却制御方法は、本発明の蓄電池冷却制御装置において充放電制御部によって実行される蓄電池冷却制御方法であって、冷却装置への入力電力および系統電力演算器で演算された外部電源の電力から蓄電池の発熱量を算出する第１ステップと、冷却風風量特定部で特定された冷却風風量、冷却風流入口温度測定部で検出された冷却風流入口の温度、および冷却風排出口温度測定部で検出された冷却風排出口の温度から冷却装置による排熱量を算出する第２ステップと、発熱増加量が、排熱増加量を超えないように冷却電力しきい値を決定する第３ステップと、電力情報に基づいて、外部電源の電力余剰分を充電し、外部電源の電力不足分を放電することで充放電制御を行う第４ステップと、冷却電力しきい値を超えない範囲で冷却装置に電力を分配することで電力制御を行う第５ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷却電力しきい値を設けることで、蓄電池が外部電源へ大電流を放電中において、冷却装置への放電を制限する構成を備えている。そのため、ジュール熱による蓄電池発熱を抑制し、高効率に蓄電池を冷却することが可能となり、高負荷による蓄電池劣化も抑制できる。さらに、冷却装置の電力を制御することによって、外部電源への充放電電流を制限することなく、蓄電池の冷却を行う構成を備えている。そのため、高い系統電力安定化能力を得ることが可能となる。【００１５】
この結果、冷却装置によって効率よく蓄電池を冷却し、高温および高負荷による蓄電池寿命の低下を抑制しながら、系統電力の安定化能力の高い、蓄電池冷却制御装置および蓄電池冷却制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蓄電池冷却制御装置を含む蓄電池システムの全体構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１の蓄電システムを用いた蓄電池冷却制御装置の充放電パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による蓄電池ラックの構造を概略的に示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１における冷却ファンのＰ−Ｑカーブおよび風路抵抗の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における冷却装置電力変換器とモーターの総合効率の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における冷却装置に電力を分配した場合の、電力毎の蓄電池発熱増加量Ｈｇ’と冷却風排熱増加量Ｈｄ’との関係を示す図である。
【図７】従来技術による蓄電システムの充放電電力と、蓄電池の充放電電力および蓄電池１１の温度を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１による蓄電システムの充放電電力と、蓄電池の充放電電力および蓄電池１１の温度を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１における蓄電池冷却制御装置により実行される一連処理を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２における蓄電池冷却制御装置により実行される一連処理を示したフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２および従来技術のそれぞれの充放電制御方法で蓄電池１１を運用した場合における、容量維持率の経年変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２および従来技術のそれぞれの充放電制御方法で蓄電池１１を運用した場合における、冷却電力毎の排熱量・発熱量およびそれらの増加量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る蓄電池冷却制御装置および蓄電池冷却制御方法について、図面を用いて説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池冷却制御装置を含む蓄電池システムの全体構成を示した図である。本実施の形態１では、例えば、発電所、変電所等に設置され、太陽光発電装置２、風力発電装置３、負荷５などで発生した電力系統１の電力変動を抑制するために、充放電を行う蓄電池システムを例に挙げて説明する。
【００１９】
図１において、太陽光発電装置２および風力発電装置３は、電力変換器４を介して、電力系統１と接続されている。なお、この図１に示した形態は、単なる一例であって、他の用途に用いるものであってもよい。
【００２０】
図１に示した蓄電池システムは、蓄電池１１、蓄電池温度測定部１２、冷却風流入口温度測定部１３、冷却装置１４、冷却風排出口温度測定部１５、蓄電池電力変換器１６、冷却装置電力変換器１７、系統電力演算器１８、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）１９、充放電制御部２０、冷却風風量特定部２１、冷却電力しきい値演算部２２を含んで構成されており、電力系統１へと接続される。
【００２１】
蓄電池１１は、蓄電池ラック１００内に配置され、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池からなる、充放電が可能な二次電池などであり、セルもしくはモジュールの構成をとる。なお、１つのラック内には、セル、モジュールを複数個設けてもよい。
【００２２】
蓄電池ラック１００は、直方体の形をしており、内部に空間を有している。そして、蓄電池ラック１００の空間内には、蓄電池１１および蓄電池温度測定部１２が配置される。蓄電池ラック１００の一面には、冷却風流入口が区画され、付近に冷却風流入口温度測定部１３が設置される。蓄電池ラック１００の、冷却風流入口に対向する一面には、冷却風排出口が区画され、付近に冷却装置１４、冷却風風量測定装置（図示せず）および冷却風排出口温度測定部１５が設置される。
【００２３】
蓄電池電力変換器１６は、外部電源である電力系統１に連係され、かつ、蓄電池１１に対応して設けられ、蓄電池１１の入力電力および出力電力の変換を行う。
【００２４】
冷却装置電力変換器１７は、蓄電池電力変換器１６および蓄電池１１に連係され、かつ、冷却装置１４に対応して設けられ、冷却装置１４の入力電力の変換を行う。
【００２５】
系統電力演算器１８は、電力系統１の電圧および電流に基づいて、電力系統１の系統電力を演算する。
【００２６】
蓄電池温度測定部１２は、蓄電池温度Ｔを、冷却風流入口温度測定部１３は、蓄電池ラック１００の冷却風流入口温度Ｔｉｎを、冷却風排出口温度測定部１５は、蓄電池ラック１００の冷却風排出口温度Ｔｏｕｔを、それぞれ測定する。それぞれの温度測定部は、温度を測定できる構成を有するものであれば、いずれのものでもよく、例えば、温度計または温度センサから構成される。
【００２７】
また、温度測定部は、１つのラックにそれぞれ複数個設けてもよく、その場合には、平均値を、蓄電池温度Ｔ、蓄電池ラック１００の冷却風流入口温度Ｔｉｎ、蓄電池ラック１００の冷却風排出口温度Ｔｏｕｔとする。
【００２８】
ＢＭＵ１９は、保護機能および状態監視機能を有した蓄電池管理装置である。具体的には、このＢＭＵ１９は、蓄電池１１において過充電、過放電、過電圧、過電流、温度異常等が発生すれば、保護機能によって、蓄電池１１の動作を休止させる。また、ＢＭＵ１９は、状態監視機能によって、蓄電池１１の電圧計測、電流計測、電力量計測、ＳＯＣ管理（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ：蓄電池の残存容量）等といった蓄電池状態の監視を行う。
【００２９】
冷却風風量特定部２１は、冷却装置電力変換器１７および冷却ファンのモーターの効率、冷却ファンの特性、風路抵抗から事前に対応付けられる冷却風風量のデータマップを記憶している。そして、冷却風風量特定部２１は、冷却装置１４へ分配される電力により、冷却風風量Ｑａｉｒを特定する。
【００３０】
冷却電力しきい値演算部２２は、蓄電池１１の電流値Ｉと蓄電池１１の抵抗値Ｒによって算出される蓄電池１１の発熱量Ｈｇと、空気の密度ρａｉｒ、空気の比熱Ｃａｉｒ、冷却風流入口温度Ｔｉｎ、冷却風排出口温度Ｔｏｕｔ、冷却風風量Ｑａｉｒによって算出される排熱量Ｈｄのそれぞれに基づいて、冷却電力しきい値Ｐｌｉｍを算出する。
【００３１】
充放電制御部２０は、系統電力演算器１８から電力系統１の電力情報を入手する。そして、充放電制御部２０は、電力系統１の電力余剰時には、蓄電システムに充電し、電力系統１の電力不足時には、蓄電システムから放電するように、蓄電池電力変換器１６に指令を出す。
【００３２】
また、充放電制御部２０は、電力系統１から冷却装置１４に電力を分配するように、蓄電池電力変換器１６に指令を出し、蓄電池１１から冷却装置１４に電力を分配するように、冷却装置電力変換器１７に指令を出す。
【００３３】
冷却装置１４は、蓄電池電力変換器１６と蓄電池１１から分配された電力を用いて、蓄電池１１を冷却する。冷却装置１４は、蓄電池１１を冷却できるものであれば、いずれのものでもよく、例えば、冷却ファンから構成される。
【００３４】
冷却ファンは、蓄電池１１が収納されている蓄電池ラック１００の冷却風排出口付近に設けられる。冷却ファンによって、冷却風が冷却風流入口から吸い込まれ、蓄電池１１の周辺を通り、熱を奪った後に、冷却風排出口から放出される。
【００３５】
以下、本実施の形態１における充放電制御に関する一連の動作について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１の蓄電システムを用いた蓄電池冷却制御装置の充放電パターンを示す図である。図２に示した各充放電パターンは、振幅にばらつきがあることが特徴である。そして、例えば、図２に示す充放電パターンによる変動抑制を、蓄電池１１で行った場合には、充放電時による蓄電池１１の発熱で、蓄電池温度Ｔが上昇する。
【００３６】
蓄電池温度抑制のために、冷却装置１４による蓄電池冷却を行う場合には、蓄電システムの充電時における充電電力を冷却装置１４に分配して冷却を行うと効率がよい。ただし、充電電力だけでは冷却が不十分な場合、あるいは放電が連続した場合には、放電時にも冷却が必要である。
【００３７】
放電時に一定の電力を冷却に分配し続けた場合には、電力系統１への大電流放電時に、冷却装置１４への電力分配も加わり、放電電流がさらに大きくなってしまう。従って、大電流によるジュール発熱が、非常に大きくなる。
【００３８】
この結果、冷却効率の悪化、もしくは蓄電池１１の温度上昇が発生するおそれがあり、また、高負荷による蓄電池劣化も発生するおそれがある。
【００３９】
このため、本実施の形態１の蓄電池冷却制御装置は、冷却電力しきい値Ｐｌｉｍの算出を行い、蓄電池１１の発熱量の増加が、冷却装置１４による排熱量の増加を上回らない範囲で、蓄電池１１から冷却装置１４に電力を分配し、蓄電池冷却の最適化を図れる構成を備えている。
【００４０】
以下、本実施の形態１における冷却電力しきい値Ｐｌｉｍの算出方法について、数式を用いて詳細に説明する。
【００４１】
まず始めに、蓄電池発熱量Ｈｇの算出方法について説明する。蓄電池に電流を流した場合、ジュール熱による発熱が発生する。ジュール熱は、以式（１）で表わされ、充放電電流値Ｉと蓄電池の抵抗Ｒに依存する。
Ｈｇ＝Ｉ2＊Ｒ                                      （１）
Ｈｇ（Ｗ）：蓄電池発熱量
Ｉ（Ａ）：充放電電流値
Ｒ（Ω）：蓄電池抵抗
【００４２】
ジュール熱は、同一の蓄電池ラック１００内に存在するセル毎もしくはモジュール毎に算出され、その総計を蓄電池発熱量Ｈｇとする。蓄電池の抵抗Ｒは、一定値でなくてもよく、蓄電池温度Ｔ、ＳＯＣ、または蓄電池劣化で変化することがある。このため、蓄電池抵抗Ｒは、電圧降下から算出する、もしくは、事前にＢＭＵ１９に記憶させたデータマップから算出するなど、任意の手法を用いてよい。
【００４３】
充放電電流値Ｉは、電力系統１とやりとりする電力量Ｐｃｏと、冷却装置１４に分配する電力Ｐｃｏｏｌとの合計として、下式（２）により算出する。このとき、Ｐｃｏが蓄電池に充電する側を正、放電する側を負とする。
Ｉ＝（−Ｐｃｏ＋Ｐｃｏｏｌ）／Ｖ                    （２）
Ｐｃｏ（Ｗ）：電力系統１と蓄電池１１間の充放電電力
Ｐｃｏｏｌ（Ｗ）：冷却装置１４に分配する電力
Ｖ（Ｖ）：蓄電池電圧
【００４４】
上式（１）、（２）から、蓄電池発熱量は、下式（３）で算出される。
Ｈｇ＝（（−Ｐｃｏ＋Ｐｃｏｏｌ）／Ｖ）2＊Ｒ          （３）
また、蓄電池発熱量ＨｇをＰｃｏｏｌで微分することで蓄電池発熱増加量Ｈｇ'は、下式（４）で算出される。
Ｈｇ'＝２＊Ｒ＊（−Ｐｃｏ+Ｐｃｏｏｌ）／Ｖ2          （４）
【００４５】
次に、冷却風排熱量Ｈｄの算出方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１による蓄電池ラック１００の構造を概略的に示す概念図である。図３に示すように、冷却ファン１４によって、蓄電池ラック１００内に冷却風を流した場合、冷却風は、冷却風流入口から流入し、蓄電池１１周辺を通り、蓄電池１１の熱を奪った後、冷却風排気口から排出される。
【００４６】
このときの排熱量Ｈｄは、以式（５）で算出される。
Ｈｄ＝ρａｉｒ＊Ｃａｉｒ＊（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）＊Ｑａｉｒ  （５）
Ｈｄ（Ｗ）：冷却風排熱量
ρａｉｒ（ｋｇ／ｍ3）：空気密度
Ｃａｉｒ（Ｊ／（ｋｇ＊Ｋ））：空気比熱
Ｔｏｕｔ（Ｋ）：冷却風排気口温度
Ｔｉｎ（Ｋ）：冷却風流入口温度
Ｑａｉｒ（ｍ3／ｓ）：冷却風風量
【００４７】
空気密度ρａｉｒ、空気比熱Ｃａｉｒは、一定値でなくてもよく、事前に記憶させた温度に対応するデータマップから算出するなど、任意の手法を用いてよい。
【００４８】
図４は、本発明の実施の形態１における冷却ファン１４のＰ−Ｑカーブおよび風路抵抗の一例を示す図である。ここで、Ｐ−Ｑカーブとは、横軸を風量、縦軸を風圧として示されるカーブに相当する。
【００４９】
曲線Ｂは、風路抵抗を示しており、蓄電池ラック１００および蓄電池１１の配置によって決定される。曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３は、冷却ファンの回転数が異なる冷却ファンのＰ−Ｑカーブを示しており、冷却ファンの型式によって決定される。回転数は、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３である。これらの曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれと曲線Ｂとの交点が運転する風圧と風量となる。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態１における冷却装置電力変換器１７とモーターの総合効率の一例を示す図である。図５に示した冷却装置電力変換器１７およびモーターの効率と、冷却ファンの特性と、風路抵抗Ｒとから、下式（６）により、冷却装置１４へ分配された電力毎の冷却風風量を特定でき、特定された値は、事前に冷却風風量特定部２１に記憶させる。
Ｑａｉｒ＝Ａｎ＊Ｐｃｏｏｌ                              （６）
Ｑａｉｒ（ｍ3／ｓ）：冷却風風量
Ａｎ（ｍ3／（ｓ＊Ｗ））：電力毎の風量を算出するための係数
Ｐｃｏｏｌ（Ｗ）：冷却装置１４に分配される電力
【００５１】
上式（５）、（６）から冷却風排熱量Ｈｄは、下式（７）で算出される。
Ｈｄ＝ρａｉｒ＊Ｃａｉｒ＊（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）＊Ａｎ＊Ｐｃｏｏｌ                                                              （７）
また、冷却風排熱量ＨｄをＰｃｏｏｌで微分することで冷却風排熱増加量Ｈｄ'は、下式（８）で算出される。
Ｈｄ'＝ρａｉｒ＊Ｃａｉｒ＊（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）
＊（Ａｎ'＊Ｐｃｏｏｌ＋Ａｎ）                （８）
Ａｎ'（ｍ3／（ｓ＊Ｗ2））：電力毎の風量を算出するための係数のＰｃｏｏｌ微分
【００５２】
図６は、本発明の実施の形態１における冷却装置１４に電力を分配した場合の、電力毎の蓄電池発熱増加量Ｈｇ'と冷却風排熱増加量Ｈｄ'との関係を示す図である。分配される電力が小さい間は、冷却風排熱増加量Ｈｄ'が大きいが、次第に蓄電池発熱増加量Ｈｇ'が大きくなり、交点Ｘで冷却風排熱増加量Ｈｄ'と蓄電池発熱増加量Ｈｇ'の大小関係が逆転する。
【００５３】
交点Ｘは、Ｈｇ'＝Ｈｄ'の時である。従って、交点Ｘ時のＰｃｏｏｌは、下式（９）で示される。
Ｐｃｏｏｌ（Ｘ）
＝（（２＊Ｒ＊Ｐｃｏ／Ｖ2）＋ρａｉｒ＊Ｃａｉｒ＊（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）
＊Ａｎ）／（（２＊Ｒ／Ｖ2）−ρａｉｒ＊Ｃａｉｒ＊（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）
＊Ａｎ’）                                            （９）
【００５４】
冷却装置１４に分配する電力をＰｃｏｏｌ（Ｘ）以上に増やすと、冷却風排熱増加量Ｈｄ'よりも蓄電池発熱増加量Ｈｇ'の方が大きくなってしまう。このため、蓄電池１１の冷却効率が悪化してしまう結果となる。
【００５５】
そこで、交点Ｘ時のＰｃｏｏｌ（Ｘ）を冷却装置１４に分配される電力のしきい値Ｐｌｉｍとし、Ｐｌｉｍ以下の電力を冷却装置１４に分配するように、充放電制御部２０から冷却装置電力変換器１７に指令を出す。
【００５６】
図７は、従来技術による蓄電システムの充放電電力と、蓄電池１１の充放電電力および蓄電池１１の温度を示す図である。具体的には、従来の蓄電システムの放電中において、蓄電池１１から一定の電力を冷却装置１４に分配した場合の、蓄電システムの充放電電力と、蓄電池１１の充放電電力および蓄電池１１の温度を図示したものである。
【００５７】
図７に示すように、一定電力を冷却装置１４に分配した場合には、蓄電池が外部電源へ大電流を放電中に、蓄電池１１から冷却装置１４に放電している。この結果、ジュール熱による蓄電池発熱量Ｈｇがさらに増加し、冷却ファンによる冷却効率が悪化してしまっている。
【００５８】
一方、図８は、本発明の実施の形態１による蓄電システムの充放電電力と、蓄電池１１の充放電電力および蓄電池１１の温度を示す図である。具体的には、本実施の形態１の蓄電システムの放電中において、蓄電池１１から一定の電力を冷却装置１４に分配し、一定電力が冷却電力しきい値Ｐｌｉｍ以上だった場合には、冷却電力しきい値Ｐｌｉｍを冷却装置１４に分配した場合の、蓄電システムの充放電電力と、蓄電池１１の充放電電力および蓄電池１１の温度を図示したものである。
【００５９】
図８に示すように、冷却電力しきい値Ｐｌｉｍ以内の電力を冷却装置１４に分配した場合には、大電流放電時には冷却装置１４に電力が分配されない。この結果、蓄電池発熱量Ｈｇを抑制でき、効率的な冷却が可能となっている。
【００６０】
以下では、フローチャートを用いて、本実施の形態１における蓄電池冷却制御装置の一連動作を、さらに詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態１における蓄電池冷却制御装置により実行される一連処理を示したフローチャートである。図９に示した処理は、蓄電システム稼働中に、一定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００６１】
まず始めに、充放電制御部２０は、蓄電池温度測定部１２による蓄電池温度Ｔの測定結果を取得する（ステップＳ０１）。次に、充放電制御部２０は、系統電力演算器１８から得られた電力系統１の電圧および電流に基づいて、電力系統１の系統電力を演算し、さらに、電力系統１と蓄電システム間の充放電電力Ｐｃｏを算出する（ステップＳ０２）。
【００６２】
次に、充放電制御部２０は、蓄電システムが充電するか放電するかを判定する（ステップＳ０３）。蓄電システムが充電すると判定した場合には、充放電制御部２０は、蓄電池温度Ｔと充電設定温度Ｔ１とを比較する（ステップＳ０４）。そして、比較結果がＴ≦Ｔ１であった場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを系統電力から蓄電池１１へ充電するように制御する（ステップＳ１１）。
【００６３】
一方、ステップＳ０４において、比較結果がＴ＞Ｔ１であった場合には、あらかじめ設定された所定の電力Ｐ１を、系統電力から冷却装置１４に分配し（ステップＳ０５）、Ｐｃｏ−Ｐ１を系統電力から蓄電池１１に充電する（ステップＳ０６）。ここで、所定の電力Ｐ１は、冷却装置１４の効率などから任意の一定の電力値として事前に設定される。
【００６４】
先のステップＳ０３において、蓄電システムが放電すると判定した場合には、充放電制御部２０は、蓄電池温度Ｔを放電設定温度Ｔ２と比較する（ステップＳ２１）。比較結果がＴ≦Ｔ２であった場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを蓄電池１１から系統電力へ放電するように制御する（ステップＳ４１）。
【００６５】
一方、ステップＳ２１において、比較結果がＴ＞Ｔ２であった場合には、充放電制御部２０は、蓄電池抵抗Ｒ、蓄電池電圧Ｖ、冷却風排気口温度Ｔｉｎ、冷却風流入口温度Ｔｏｕｔの測定結果を収集する（ステップＳ２２）。
【００６６】
その後、充放電制御部２０は、冷却電力しきい値Ｐｌｉｍを算出する（ステップＳ２３）。次に、充放電制御部２０は、あらかじめ設定された所定の電力Ｐ２とＰｌｉｍとを比較する（ステップＳ２４）。比較結果がＰ２＜Ｐｌｉｍであった場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを蓄電池１１から系統電力へ放電し、Ｐ２を蓄電池１１から冷却装置１４へ放電するように制御する（ステップＳ２５）。
【００６７】
一方、ステップＳ２４において、比較結果がＰ２≧Ｐｌｉｍであった場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを蓄電池１１から系統電力へ放電し、Ｐｌｉｍを蓄電池１１から冷却装置１４へ放電するように制御する（ステップＳ３１）。ここで、所定の電力Ｐ２は、冷却装置１４の効率などから任意の一定の電力値として事前に設定される。
【００６８】
なお、放電設定温度Ｔ２＞充電設定温度Ｔ１としており、充電時の冷却で不十分な場合、あるいは放電が連続して蓄電池温度が上昇してしまった場合には、充放電制御部２０は、放電時でも冷却を行うように制御する。
【００６９】
以上のように、実施の形態１によれば、冷却電力しきい値を設けることで、蓄電池が外部電源へ大電流を放電中において、冷却装置への放電を制限する構成を備えている。さらに、冷却装置の電力を制御することによって、外部電源への充放電電流を制限することなく、蓄電池の冷却を行う構成を備えている。
【００７０】
この結果、冷却ファンによって効率よく蓄電池を冷却し、高温および高負荷による蓄電池寿命の低下を抑制しながら、系統電力の安定化能力の高い、蓄電池冷却制御装置および蓄電池冷却制御方法を実現することができる。
【００７１】
実施の形態２．
本実施の形態２では、充電電流しきい値を考慮して充電制御を行う場合について説明する。さらに、本実施の形態２では、冷却電力しきい値を先の実施の形態１とは異なる方法で考慮し放電制御を行う場合について説明する。
【００７２】
まず始めに、本実施の形態２における充電電流しきい値の決定方法について説明する。はじめに、ＢＭＵ１９は、蓄電池１１のＳＯＣ範囲を決定する。ＳＯＣは、蓄電池１１の残存容量を示す充電率のことであり、０〜１００％の範囲の数値で表わされる。０％が完全放電状態、１００％が満充電状態となる。
【００７３】
ＳＯＣは、一般的に知られている電流積算法、または、ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ：開放電圧またはバッテリ電圧）推定法などから推定される。ただし、推定手法は、これに限られず、任意の手法を用いてよい。
【００７４】
この０〜１００％を複数の範囲で分割したものを、ＳＯＣ範囲とする。ここでは、説明のために、各ＳＯＣ範囲を１０％とするが、ＳＯＣ範囲は、１０％に限定されるものではなく、任意に決定してよい。
【００７５】
次に、ＢＭＵ１９は、蓄電池１１の温度範囲を決定する。蓄電池温度は、蓄電池温度測定部１２によって測定され、いずれかの温度範囲であるかが判定される。ここでは、説明のために、各温度範囲を５℃とするが、温度範囲は、５℃に限定されるものではなく、任意に決定してよい。
【００７６】
次に、充放電制御部２０は、ＳＯＣ範囲および蓄電池温度範囲から充電電流しきい値を算出する。充放電制御部２０は、ＳＯＣ範囲および蓄電池温度範囲の組み合わせに対応する充電電流しきい値をあらかじめ定めたテーブルとして持ち、ＢＭＵ１９からのＳＯＣ情報、蓄電池温度測定部１２からの温度情報によって、充電電流しきい値を決定する。
【００７７】
表１は、本発明の実施の形態２におけるＳＯＣ範囲と蓄電池温度範囲との組み合わせに対応する充電電流しきい値のテーブルの一例を示したものである。
【００７８】
【表１】
2018003203.tif 000003
【００７９】
例えば、蓄電池温度が３２℃、蓄電池ＳＯＣが７５％の場合には、充放電制御部２０は、０．５電流レートを充電電流しきい値として、テーブルから抽出する。充電電流しきい値は、ＳＯＣの値が増加するにつれて減少し、また、蓄電池温度の値が増加するにつれて減少するように設定される。このとき、充電電流しきい値の変化幅は、単調変化でもよいし、変化幅が変動してもよい。
【００８０】
以下では、フローチャートを用いて、本実施の形態２における蓄電池冷却制御装置の一連動作を、さらに詳細に説明する。図１０は、本発明の実施の形態２における蓄電池冷却制御装置により実行される一連処理を示したフローチャートである。図１０に示した処理は、蓄電システム稼働中に、一定の時間間隔で繰り返し実行される。また、先の図９と同一の処理に関しては、同一のステップ番号が付されている。
【００８１】
まず始めに、充放電制御部２０は、蓄電池温度測定部１２による蓄電池温度Ｔの測定結果を取得する（ステップＳ０１）。次に、充放電制御部２０は、系統電力演算器１８から得られた電力系統１の電圧および電流に基づいて、電力系統１の系統電力を演算し、さらに、電力系統１と蓄電システム間の充放電電力Ｐｃｏを算出する（ステップＳ０２）。
【００８２】
次に、充放電制御部２０は、蓄電システムが充電するか放電するか判定する（ステップＳ０３）。蓄電システムが充電すると判定した場合には、充放電制御部２０は、蓄電池ＳＯＣを算出する（ステップＳ５１）。その後、充放電制御部２０は、蓄電池温度Ｔと蓄電池ＳＯＣから、充電電流しきい値Ｉ１を算出する（ステップＳ５２）。
【００８３】
次に、充放電制御部２０は、蓄電池電流値Ｉの測定結果を検出し（ステップＳ５３）、蓄電池電流値Ｉと充電電流しきい値Ｉ１とを比較する（ステップＳ５４）。Ｉ≦Ｉ１であると判定した場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを系統電力から蓄電池１１へ充電するように制御する（ステップＳ１１）。
【００８４】
一方、Ｉ＞Ｉ１であると判定した場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏ−（Ｉ１＊Ｖ）を系統電力から冷却装置１４に分配し（ステップＳ５５）、Ｉ１＊Ｖを系統電力から蓄電池１１に充電するように制御する（ステップＳ５６）。
【００８５】
先のステップＳ０３において、蓄電システムが放電すると判定した場合には、充放電制御部２０は、蓄電池温度Ｔを放電設定温度Ｔ２と比較する（ステップＳ２１）。比較結果がＴ≦Ｔ２であった場合には、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを蓄電池１１から系統電力へ放電するように制御する（ステップＳ４１）。
【００８６】
一方、ステップＳ２１において、比較結果がＴ＞Ｔ２であった場合には、充放電制御部２０は、蓄電池抵抗Ｒ、蓄電池電圧Ｖ、冷却風排気口温度Ｔｉｎ、冷却風流入口温度Ｔｏｕｔの測定結果を収集する（ステップＳ２２）。
【００８７】
その後、充放電制御部２０は、冷却電力しきい値Ｐｌｉｍを算出する（ステップＳ２３）。次に、充放電制御部２０は、Ｐｌｉｍに対してあらかじめ設定した所定の係数、例えば、０．５を掛け、冷却装置１４に分配する電力の指令値Ｐ３とする（ステップＳ６１）。さらに、充放電制御部２０は、Ｐｃｏを蓄電池１１から系統電力へ放電し、Ｐ３を蓄電池１１から冷却装置１４へ放電するように制御する（ステップＳ６２）。
【００８８】
なお、冷却装置１４に分配する電力のしきい値に掛ける所定の係数は、０．５に限定されず、０〜１の間の任意の値としてもよい。
【００８９】
図１１は、本発明の実施の形態２および従来技術のそれぞれの充放電制御方法で蓄電池１１を運用した場合における、容量維持率の経年変化を示す図である。従来技術では、放電時の冷却効率が悪くなることによって、蓄電池１１の劣化が大きくなり、経年変化における容量維持率の低下が大きい。また、放電電流値が大きくなることで、高負荷による劣化も発生していた。
【００９０】
これに対して、本実施の形態２で示した充放電制御方法により蓄電池１１を運用すると、従来技術と比較して効率よく蓄電池温度を抑制することが可能となる。さらに、放電時の電流値も抑制できるため、経年変化における容量維持率の低下が抑制でき、蓄電池１１の長寿命化が見込める。
【００９１】
以上のように、実施の形態２によれば、冷却電力しきい値を設けることで、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２によれば、充電電流しきい値を用いた充電制御、および冷却電力しきい値に所定の係数を掛けて求まる指令値を用いた放電制御を実施できる構成を備えている。この結果、先の実施の形態１よりも、装置状態に応じてきめ細やかに細分化された充放電制御を実現できる。
【００９２】
図１２は、本発明の実施の形態２および従来技術のそれぞれの充放電制御方法で蓄電池１１を運用した場合における、冷却電力毎の排熱量・発熱量およびそれらの増加量を示す図である。発熱量が排熱量と等しくなる交点を交点Ｙとして示している。また、発熱増加量が排熱増加量と等しくなる交点を交点Ｘとして示している。従来技術では、発熱量が排熱量と等しくなる交点Ｙ以下に冷却電力を抑えていた。しかしながら、発熱量が排熱量を超えない範囲でも、冷却装置に電力を回すことで、発電増加量が排熱増加量を超える交点Ｘ以上交点Ｙ未満の範囲が含まれるため、冷却効率が悪化していた。
【００９３】
これに対して、本実施の形態２で示した充放電制御方法により蓄電池１１を運用すると、交点Ｘ時の冷却電力を冷却電力しきい値Ｐｌｉｍとし、Ｐｌｉｍ以下の冷却電力となるように制御を行う。このため、従来技術と比較して、効率よく蓄電池温度を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００９４】
１  電力系統、２  太陽光発電装置、３  風力発電装置、４  電力変換器、５  負荷、１１  蓄電池、１２  蓄電池温度測定部、１３  冷却風流入口温度測定部、１４  冷却装置、１５  冷却風排出口温度測定部、１６  蓄電池電力変換器、１７  冷却装置電力変換器、１８  系統電力演算器、１９  ＢＭＵ、２０  充放電制御部、２１  冷却風風量特定部、２２  冷却電力しきい値演算部、１００  蓄電池ラック。
【図１】
2018003203.tif 000004
【図２】
2018003203.tif 000005
【図３】
2018003203.tif 000006
【図４】
2018003203.tif 000007
【図５】
2018003203.tif 000008
【図６】
2018003203.tif 000009
【図７】
2018003203.tif 000010
【図８】
2018003203.tif 000011
【図９】
2018003203.tif 000012
【図１０】
2018003203.tif 000013
【図１１】
2018003203.tif 000014
【図１２】
2018003203.tif 000015
【国際調査報告】
2018003203.tif 000016
2018003203.tif 000017