(57)【要約】【課題】蓄電池集合体制御システムにおいて、複数の蓄電池制御単位を並列接続する際の電圧差をなくす処理を適切に行うことである。【解決手段】蓄電池集合体制御システムは、マスタコントローラによって制御される８つの電力変換器と、各電力変換器にそれぞれ接続される８つの蓄電池ユニット群を含む。蓄電池ユニット群は５つの蓄電池ユニットを含み、蓄電池ユニットは２０の蓄電池パックを含む。不具合のある蓄電池パックを新しい蓄電池パックに交換するときの電圧差を防ぐために、マスタコントローラは、全体充放電制御指令に相当する放電特性線９０に対し、当該蓄電池ユニット群の放電特性線９２と、その他の蓄電池ユニット群に与えられる放電特性線９４とを異ならせる調整を行う。【選択図】図３
2012205404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電池を含む蓄電池ユニット群と、
互いに並列接続される複数の蓄電池ユニット群に対する１つの全体充放電制御指令を、前記複数の蓄電池ユニット群のそれぞれの状況に合わせて複数の集合体充放電制御指令に分割して、前記複数の蓄電池ユニット群のそれぞれに与えるマスタコントローラと、
を備え、
前記マスタコントローラは、
前記複数の蓄電池ユニット群の内の１つの当該蓄電池ユニット群が、前記与えられた集合体充放電制御指令実行の途中において、当該蓄電池ユニット群の充放電状態を予め定められた所定充放電状態に所定期間の間維持する必要があるときに、
当該蓄電池ユニット群に与えられる前記集合体充放電制御指令を他の前記蓄電池ユニット群に与えられる前記集合体充放電制御指令と異ならせる調整を行うことを特徴とする蓄電池集合体制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池集合体制御システムにおいて、
前記マスタコントローラは、
前記全体充放電制御指令について、前記全体充放電制御指令の充放電開始時間および終了時間と、その全体充放電制御指令によって変化する蓄電池の電圧変化量と、を取得する全体充放電制御指令取得部と、
当該蓄電池ユニット群について、前記所定充放電状態の値と、前記所定期間の開始時間および終了時間とを取得する手段と、
当該蓄電池ユニット群に対する前記集合体充放電制御指令を、前記全体充放電制御指令の前記充放電開始時間から当該蓄電池ユニット群の前記所定期間の前記開始時間までの期間について、前記全体充放電制御指令の前記複数の蓄電池ユニット群の全体に対する平均充放電電力に比べて多い充放電電力で充放電を行い、前記所定期間の間は充放電を停止し、前記所定期間の終了時間から前記全体充放電制御指令の前記充放電終了時間までの期間について、前記全体充放電制御指令についての前記平均充放電電力に比べて多い充放電電力で充放電を行うものとして設定する増加充放電制御指令設定手段と、
当該蓄電池ユニット群以外の前記蓄電池ユニット群に対する前記集合体充放電制御指令を、前記全体充放電制御指令の前記充放電開始時間から当該蓄電池ユニット群の前記所定期間の前記開始時間までの期間について、前記全体充放電制御指令についての前記平均充放電電力に比べて少ない充放電電力で充放電を行い、前記所定期間の間は前記平均充放電電力よりも多い充放電電力で充放電を行い、前記所定期間の終了時間から前記全体充放電制御指令の充放電終了時間までの期間について、前記平均充放電電力に比べて少ない充放電電力で充放電を行うものとして設定する低減充放電制御指令設定手段と、
を有することを特徴とする蓄電池集合体制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄電池集合体制御システムにおいて、
前記蓄電池ユニット群は電力変換器に接続され、
前記マスタコントローラは、前記電力変換器に対し前記集合体充放電制御指令を与えることを特徴とする蓄電池集合体制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄電池集合体制御システムにおいて、
前記蓄電池ユニット群は、互いに並列接続される複数の蓄電池ユニットから構成され、
前記複数の蓄電池ユニットのそれぞれは、互いに並列接続される複数の蓄電池パック列から構成され、
前記複数の蓄電池パック列のそれぞれは、互いに直列接続される複数の蓄電池パックから構成されることを特徴とする蓄電池集合体制御システム。
【請求項５】
請求項１に記載の蓄電池集合体制御システムにおいて、
前記マスタコントローラは、
当該蓄電池ユニット群の充放電状態を前記所定充放電状態に前記所定期間の間維持する必要があるときに、前記全体充放電制御指令を変更しないで、前記集合体充放電制御指令の前記調整を行うことを特徴とする蓄電池集合体制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池集合体制御システムに係り、特に、並列接続された蓄電池制御単位の
間の電圧差をなくす処理が行われる蓄電池集合体制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力管理において、負荷の電力消費に合わせて、発電や送電を効率的に行うことが好ましい。負荷の電力消費が変動する場合、蓄電装置を用いて電力需給を平均化することができる。蓄電装置としては、リチウムイオン電池のような２次電池を用いることができるが、リチウムイオン電池等の２次電池は、単位セルと呼ばれる単位蓄電池の端子間電圧が１Ｖから４Ｖ程度で、その充放電電流容量も小さい。そこで、単位セルを複数個用いる組電池である蓄電池パックが用いられるが、負荷の電力消費によっては、その蓄電池パックの多数を直列接続あるいは並列接続して用いることが必要になる。
【０００３】
ところで、蓄電池パックを互いに並列接続するときに、それぞれの蓄電池パックの電圧が異なっていると、電圧の高いほうから低い方へ電流が流れ、場合によっては過大な電流となることが生じる。
【０００４】
例えば、特許文献１は、電圧均等化回路に関して、従来の鉛蓄電池よりも内部インピーダンスが低いリチウムイオン電池等を直接並列接続すると、製造のばらつきに起因するインピーダンスや接触抵抗の僅かな違いによって、列電池の一方に過大電流が流れる可能性を指摘している。そこで、複数の二次電池が接続される列電池を並列に接続した電力貯蔵装置において、各列電池の列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かが判定され、電圧調整が必要であるとされると、電圧調整手段から電圧調整のためのオフセット指令が出力されて、列電池のそれぞれに接続される電力変換器による充放電制御が行われることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４１９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蓄電池を並列接続するときの電圧差を解消するには、電圧均等化回路を用いればよいが、システム構成が複雑になる。複数の蓄電池を組み合わせるときに、複数の蓄電池を単純に並列接続すれば、それによって電圧の高い蓄電池と電圧の低い蓄電池との間で充放電電流が流れるので、電圧均等化が行われる。その場合に、あまり電圧差があるとその電圧差を補償するための充放電電流が過大になるので、別の手段を用いて、予めある程度電圧差を小さくし、その段階で、蓄電池相互を接続することが好ましい。
【０００７】
このようにして、複数の蓄電池を組み合わせるときに電圧均等化が行われて蓄電池集合体になると、その後に通常の充放電を行っても、蓄電池の間の電圧差はほとんど生じない。ところで、蓄電池集合体になった後に、これを構成する蓄電池に故障、劣化、あるいは寿命等の不具合が生じると、他の蓄電池との間に電圧差が生じる。
【０００８】
その不具合が生じた蓄電池が他の蓄電池と直列接続されていると、その直列接続の間では充放電電流は同じであるので、充放電電流の制御だけでは、この電圧差を解消することができない。不具合が生じた蓄電池を新しい蓄電池と交換することが考えられる。しかし、その新しい蓄電池が他の蓄電池と電圧差があると、やはり、その電圧差が解消されない。
【０００９】
また、不具合が生じた蓄電池のみならず、直列接続されている全部の蓄電池をまとめて蓄電池列ごと、新しい蓄電池列と交換することが考えられる。この場合には、一の蓄電池列における蓄電池間の電圧差は問題とならない。しかし蓄電池列が他の蓄電池列と並列接続されて用いられるときは、新しい蓄電池列の電圧が他の蓄電池列の電圧と異なると、蓄電池列の並列接続の際に、電圧差を解消するために充放電電流が流れる。この充放電電流が過大にならないようにするには、新しい蓄電池列の電圧を、他の蓄電池列の電圧に予め近づけておく必要がある。
【００１０】
このように、一旦蓄電池集合体になった後でも、蓄電池間の電圧差を解消する処理が必要になる。
【００１１】
本発明の目的は、蓄電池集合体になった後でも電圧均等化処理を適切に実行することができる蓄電池集合体制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る蓄電池集合体制御システムは、複数の蓄電池を含む蓄電池ユニット群と、互いに並列接続される複数の蓄電池ユニット群に対する１つの全体充放電制御指令を、複数の蓄電池ユニット群のそれぞれの状況に合わせて複数の集合体充放電制御指令に分割して、複数の蓄電池ユニット群のそれぞれに与えるマスタコントローラと、を備え、マスタコントローラは、複数の蓄電池ユニット群の内の１つの当該蓄電池ユニット群が、与えられた集合体充放電制御指令実行の途中において、当該蓄電池ユニット群の充放電状態を予め定められた所定充放電状態に所定期間の間維持する必要があるときに、当該蓄電池ユニット群に与えられる集合体充放電制御指令を他の蓄電池ユニット群に与えられる集合体充放電制御指令と異ならせる調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、複数の蓄電池ユニット群の内の１つの当該蓄電池ユニット群が、与えられた集合体充放電制御指令実行の途中において、当該蓄電池ユニット群の充放電状態を予め定められた所定充放電状態に所定期間の間維持する必要があるときに、当該蓄電池ユニット群に与えられる集合体充放電制御指令を他の蓄電池ユニット群に与えられる集合体充放電制御指令と異ならせる調整を行う。
【００１４】
例えば、蓄電池ユニット群の内の１つの蓄電池を交換するときは、蓄電池ユニット群の充放電状態を新しい蓄電池の充放電状態に予め合わせておくと、その蓄電池ユニットの中で新しい蓄電池と他の蓄電池との間に充放電状態の差がないようにできる。このようにすると、蓄電池交換を行っても、それによる電圧差の発生を抑制することができる。そのためには、新しい蓄電池の充放電状態を所定の充放電状態として、蓄電池交換を行う蓄電池ユニット群をその所定の充放電状態にし、その状態で所定期間維持し、その所定期間内で蓄電池交換を行うようにすればよい。
【００１５】
このことを、蓄電池集合体全体の充放電運転をしながら行うには、蓄電池集合体全体に対する全体充放電制御指令の内容を変更しないように、各蓄電池ユニット群のそれぞれに対する集合体充放電制御指令を工夫する。例えば、蓄電池交換を行う蓄電池ユニット群は、所定期間の間充放電を行わないので、その所定期間の間は他の蓄電池ユニット群で、全体充放電制御指令の内容を実行する。このようにして、蓄電池集合体になった後でも電圧均等化処理を適切に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施の形態の蓄電池集合体制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の蓄電池集合体制御システムにおいて、蓄電池交換を行うときに、交換する蓄電池を含む蓄電池ユニット群が接続される電力変換器と他の電力変換器とを区別する様子を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の蓄電池集合体制御システムにおいて、蓄電池交換を行うときに、各電力変換器についての充放電制御指令の設定の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、マスタコントローラからの集合体充放電制御指令が電力変換器に与えられ、これに従って電力変換器に接続される蓄電池ユニット群の充放電が行われるとして説明するが、これは説明のための例示であって、蓄電池ユニット群の充放電がマスタコントローラから与えられるものとしても構わない。また、蓄電池集合体の階層構造を、蓄電池集合体−蓄電池ユニット群−蓄電池ユニット−蓄電池パック列−蓄電池パック−単位蓄電池として述べるが、これは説明のための例示であって、複数の蓄電池を含む蓄電池集合体であればよい。
【００１８】
また、以下では、蓄電池交換のため、蓄電池ユニット群を所定の充放電状態として所定期間維持するとして述べるが、蓄電池交換以外のためでも構わない。例えば、メンテナンスのため、あるいは検査のため等であってもよい。
【００１９】
以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の２次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電池集合体とするのは、負荷の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためであるので、蓄電池集合体を構成する単位蓄電池の数、単位蓄電池を組み合わせた蓄電池パックの数、蓄電池パックを組み合わせた蓄電池ユニットの数等は、蓄電池集合体制御システムの仕様に応じ適宜なものとできる。
【００２０】
また、以下で、蓄電池集合体と接続される電力源として、太陽光発電電力と外部商用電力を説明するが、これ以外の電力源、例えば風力発電電力等であってもよい。また、以下で述べる抵抗値、電圧値等は、説明のための例示であり、蓄電池集合体制御システムの電力仕様等に応じ適宜変更が可能である。
【００２１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２２】
図１は、蓄電池集合体制御システム１０の構成を示す図である。蓄電池集合体制御システム１０は、複数の蓄電池を組み合わせた蓄電池集合体と、電力源と、負荷との間の電力管理を通して、蓄電池集合体の最適な充放電制御を行うシステムである。
【００２３】
電力源として、外部商用電源１２と、太陽光発電システム１４を含む。外部商用電源１２は、単相または三相の交流電力源であり、電力需給の変動に合わせて、水力発電、原子力発電、火力発電等の様々な発電方式で発電された電力を組み合わせて、外部の電力会社から供給される。太陽光発電システム１４は、例えば、数ＭＷの大規模なシステムである。負荷１６は、ここでは工場の負荷が図示されている。工場の負荷としては、機械設備の他、一般照明、一般空調、厨房器具、サーバやＰＣ等の事務機器、工場内空調等を含む。
【００２４】
蓄電池集合体制御システム１０において、蓄電池集合体の最適な充放電制御を行うため、図示されていないシステムコントローラによって、電力源側の供給電力情報データと、負荷側の負荷電力情報データと、蓄電池集合体側の蓄電池電力情報データとに基づいて、これらの電力管理全体に対する１つの充放電制御指令である全体充放電制御指令が生成される。全体充放電制御指令は、例えば「ＸＸｋＷでＹＹ秒間充電すること」、「電圧がＺＺＶになるまでＸＸｋＷ充電すること」等の指令である。
【００２５】
マスタコントローラ２０は、図示されていないシステムコントローラから受け取った１つの全体充放電制御指令に基づいて、ＨＵＢ２２を介して、電力変換器管理部２４に集合体充放電制御指令を送信する機能を有する制御装置である。
【００２６】
電力変換器管理部２４は、８つの電力変換器２６の動作状態を管理する管理装置である。電力変換器２６は、外部商用電源１２の交流電力と蓄電池の直流電力との間の電力変換、あるいは太陽光発電システム１４の電圧と蓄電池の電圧との間の電圧変換、あるいは蓄電池の電圧と負荷１６の電圧との間の電圧変換を行う機能を有し、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ等のコンバータである。具体的には、実際に行われる変換の内容に応じて、用いられるコンバータの種類が選択される。
【００２７】
電力変換器管理部２４は、マスタコントローラ２０からの集合体充放電制御指令に合わせるように、蓄電池集合体の全体を８つに分けて、その８つのそれぞれに１つの電力変換器２６を割り当てて電力管理を行う管理装置である。図１では、蓄電池集合体の全体の内で、１つの電力変換器２６に接続される蓄電池集合体が図示されている。１つの電力変換器２６には、５つの蓄電池ユニット４０が接続される。
【００２８】
１つの電力変換器２６について、この５つの蓄電池ユニット４０が接続されるが、この他に、各蓄電池ユニット４０ごとに、スイッチ基板５０とサブコントローラ３０が設けられる。そこで、１つの電力変換器２６について設けられる５つの蓄電池ユニット４０、５つのスイッチ基板５０、５つのサブコントローラ３０の集合体を、図１では便宜上まとめて、蓄電池ユニット群２９として示した。マスタコントローラ２０からの集合体充放電制御指令は、１つの電力変換器２６とそれに関係する蓄電池ユニット群２９に対する指令である。
【００２９】
充放電メインバス２８は、１つの電力変換器２６と５つの蓄電池ユニット４０を接続する電力バスで、５つの蓄電池ユニット４０は、この充放電メインバス２８に互いに並列接続される。具体的には、各蓄電池ユニット４０は、スイッチ基板５０を介して充放電メインバス２８に接続される。ここで、スイッチ基板５０は、サブコントローラ３０によって制御される。このように、１つの蓄電池ユニット４０には、スイッチ基板５０とサブコントローラ３０が付属するので、これらは、１つのラックにまとめられる。
【００３０】
蓄電池ユニット４０は、予め定められた個数の蓄電池パック４２を直列接続した蓄電池パック列４４を、予め定めた列数で並列に接続して構成される。図１の例では、５つの蓄電池パック４２を直列接続して１つの蓄電池パック列４４を形成し、その蓄電池パック列４４を４列並列接続して、１つの蓄電池ユニット４０が構成される。すなわち、１つの蓄電池ユニット４０は、２０の蓄電池パック４２から構成されることになる。なお、１つの蓄電池パック４２は、例えば、約３００のセルと呼ばれる単位蓄電池から構成される。各単位蓄電池は、端子電圧が１Ｖから４Ｖのリチウムイオン電池である。
【００３１】
蓄電池パック列４４を構成する５つの蓄電池パック４２のそれぞれの端子間電圧はセル電圧として、図示されていない電圧検出器によって検出される。また、蓄電池パック４２の温度はパック温度として図示されていない温度検出器によって検出される。また、各蓄電池パック列４４に流れる電流はパック列電流として、図示されていない電流検出器によって検出される、これらのデータは、その蓄電池ユニット４０を管理するサブコントローラ３０に伝送される。
【００３２】
スイッチ基板５０は、蓄電池ユニット４０と、充放電メインバス２８との間に配置される回路基板で、図１では図示されていないが複数の保護抵抗と、複数のスイッチ５６を含む。ここで、保護抵抗は、蓄電池ユニット４０において４つ並列接続される蓄電池パック列４４の間の電圧差を揃えるときに過大な電流が流れないようにするために設けられる抵抗素子である。
【００３３】
スイッチ５６は、蓄電池パック列４４の間の電圧差が予め定めた閾値電圧差以下になったときに、その蓄電池パック列４４を充放電メインバス２８に接続するための素子である。スイッチ５６は、各蓄電池パック列４４の充放電端子と充放電メインバス２８との間にそれぞれ１ずつ設けられる。場合によっては、充電と放電とを区別して、１つの蓄電池パック列４４に対して２つずつスイッチを設けるものとしてもよい。ここでは上記の目標電圧差である。例えば、標準的な値として、閾値電圧差を±１Ｖとすることができる。
【００３４】
このように、蓄電池ユニット４０においては、各蓄電池パック列４４を単位として、保護抵抗の機能を用いてそれぞれの蓄電池パック列４４の充放電端子の電圧を揃え、閾値電圧差に収まったところでその蓄電池パック列４４についてのスイッチ５６をオンする制御が行われる。この観点から、各蓄電池パック列４４を、蓄電池ユニット４０における蓄電池制御単位と呼ぶことができる。
【００３５】
サブコントローラ３０は、蓄電池ユニット４０を構成する４つの蓄電池パック列４４のパック列電流データと、各蓄電池パック列４４を構成する５つの蓄電池パック４２のセル電圧とパック温度データを取得し、適当な伝送タイミングでマスタコントローラ２０に伝送する機能を有する。また、各蓄電池パック列４４を構成する５つの蓄電池パック４２のセル電圧から、各蓄電池パック列４４の電圧を算出して監視する機能を有する。
【００３６】
サブコントローラ３０は、さらに、スイッチ５６の動作を制御する機能を有する。すなわち、上記のように、保護抵抗の作用によって、各蓄電池パック列４４の間の電圧差が少なくなって、予め定められた閾値電圧差以下となるときに、電圧の高い蓄電池パック列４４から順に、該当するスイッチ５６をオンさせる。閾値電圧差は、標準的な値として、上記のように、±１Ｖとすることができる。
【００３７】
サブコントローラ３０によるスイッチ５６のオンによって、該当する蓄電池パック列４４は、保護抵抗を介さずに、直接充放電メインバス２８に接続され、充放電メインバス２８の電圧に一気になる。つまり、その蓄電池パック列４４の充放電端子と、充放電メインバス２８との間の電圧差はなくなる。これによって、その蓄電池パック列４４は、充放電メインバス２８を介して、電力変換器２６の充放電に寄与することができるようになる。
【００３８】
上記のように、蓄電池集合体は、５つの蓄電池パック４２が直列接続された蓄電池パック列４４を蓄電池制御単位として、４つの蓄電池パック列４４を並列接続した蓄電池ユニット４０をスイッチ基板５０とサブコントローラ３０を用いて、電圧均等化を含めて管理している。通常、１つの蓄電池パック列４４を構成する５つの蓄電池パック４２の電圧は全て揃っていて、電圧が不揃いになることはない。しかし、何かの原因で一度不揃いになると、１つの蓄電池パック列４４において直列接続されている各蓄電池パック４２に流れる電流は同じであるので、充放電制御のみではその不揃いを解消することができない。
【００３９】
一方で、１つの蓄電池ユニット４０を構成する蓄電池パック４２の寿命が近づいたら、一斉に交換することを想定しているが、何かの不都合の事情によっては、１つの蓄電池パック４２のみを交換することも考えられる。そのような場合に交換した１つの蓄電池パック４２が、他の蓄電池パック４２と電圧が異なっていると、上記のように電圧不揃いがそのままでは解消されない。そこで、交換する際には、１つの蓄電池ユニット４０を構成する２０の全部の蓄電池パック４２について、新しい蓄電池パック４２の電圧と同じ電圧になるように予め調整してから交換する必要がある。
【００４０】
また、２０の蓄電池パック４２を一斉に交換する場合にも、蓄電池パック４２の交換後に、他の蓄電池ユニット４０の蓄電池パック列４４の電圧との間に電圧差があると、その電圧差を解消するために充放電電流が流れる。この電圧均一化のために流れる充放電電流は、電圧の高い蓄電池パック列４４から電圧の低い蓄電池パック列４４に流れるもので、蓄電池集合体を運転するときの充放電電流とは別のものである。
【００４１】
なお、電圧均一化のためにスイッチ５６をオフして、蓄電池ユニット４０の間を保護抵抗で接続する場合には、電圧均一化のための過大な電流は抑制される。その場合には、保護抵抗を介して流れる小さい電流によって電圧が揃うには相当の時間を要する。その間は充放電に寄与しなくなる。このような無駄を少なくするためにも、予め電圧を揃えることが望ましい。
【００４２】
このように、電圧均一化のための充放電電流が流れるのを防ぐため、また保護抵抗を介しての電流による電圧均一化による無駄を少なくするためには、１つの蓄電池ユニット４０を構成する各蓄電池パック４２の電圧を、新しい蓄電池パック４２と同じ電圧となるように予め調整してから、不具合のある蓄電池パック４２を取り外すことが望ましい。
【００４３】
新しい蓄電池パック４２は、工場出荷の段階で、標準的な充放電状態となるように予め充放電が行われている。一例をあげると、蓄電池パック４２の仕様上の満充電状態と完全放電状態との中間の半充電状態を標準的な充放電状態とすることができる。充放電状態は、満充電状態を１００％、完全放電状態を０％とする充放電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）または、蓄電池パック４２の開放電圧で表すことができる。具体的な数字の１例をあげると、ある蓄電池パック４２では、標準的な充放電状態は、ＳＯＣ５０％、開放電圧で４８．３Ｖと定められ、この状態で工場出荷される。これらの数値は説明のための例示であって、勿論蓄電池パック４２の仕様によって、これとは異なる数値であってもよい。
【００４４】
図１では、１つの電力変換器２６に接続される蓄電池ユニット群２９について、５つの蓄電池ユニット４０が示されるが、その５つの蓄電池ユニット４０の内の１つに、不具合が生じた蓄電池パック８０があることが示されている。
【００４５】
図２は、不具合が生じた蓄電池パック８０を交換するために、その蓄電池パック８０が含まれる蓄電池ユニット群８２を他の７つの蓄電池ユニット群８４と区別する様子が示される。また、その蓄電池パック８０が含まれる蓄電池ユニット群８２が接続される１つの電力変換器８６が、他の７つの電力変換器８８と区別されることが示される。この区別は、蓄電池集合体全体を運転しながら、不具合のある蓄電池パック８０を交換するために、蓄電池集合体制御システム１０によって、充放電制御を行うためである。
【００４６】
上記のように、不具合のある蓄電池パック４２の交換は、蓄電池ユニット４０を構成する２０の蓄電池パック４２の電圧を新しい蓄電池パック４２の電圧に予め揃えておくことが必要である。したがって、不具合のある蓄電池パック４２を交換する前段階として、その不具合のある蓄電池パック４２が含まれる蓄電池ユニット群２９の全体を、新しい蓄電池パック４２の電圧に揃えておく処理が行われる。
【００４７】
そのために、不具合のある蓄電池パック４２を含む蓄電池ユニット群８２が他の７つの蓄電池ユニット群８４と区別された処理が行われる。そして、そのために、蓄電池ユニット群８２が接続される電力変換器８６に対するマスタコントローラ２０からの集合体充放電制御指令が、他の蓄電池ユニット群８４が接続される他の電力変換器８８に対する集合体充放電制御指令と異なる処理が行われる。
【００４８】
蓄電池集合体全体を運転しながら、不具合のある蓄電池パック８０を交換するための手順は、具体的には次のようにして行われる。まず、不具合のある蓄電池パック４２が含まれる蓄電池ユニット群８２を特定し、その蓄電池ユニット群８２が接続される電力変換器８６を特定する（電力変換器の特定工程）。この工程は、蓄電池パック４２の識別情報を入力することで、蓄電池集合体制御システム１０の蓄電池電力情報データ蓄電池情報から特定することができる。
【００４９】
次に、新しい蓄電池パック４２に交換するために、特定された蓄電池ユニット群８２に対する充放電状態の目標値として、所定充放電状態の値を取得する。具体的には、新しい蓄電池パック４２の電圧を目標電圧とする（目標電圧取得工程）。上記の例では、目標ＳＯＣ＝５０％に対応する目標電圧＝４８．３Ｖを取得する。
【００５０】
次に、蓄電池パック８０を交換するための期間を設定する。蓄電池パック交換の間は、蓄電池ユニット群８２を上記所定充放電状態の値に維持することになる。そこで、その所定充放電状態に維持する期間を所定期間として、その所定期間の開始時間および終了時間とを取得する（所定条件取得工程）。例えば、蓄電池パック８０の交換に４０分を要するとすると、所定期間が４０分で、所定充放電状態は、蓄電池パック４２の電圧で４８．３Ｖである。開始時間と終了時間の具体的な値は、後述の全体充放電制御指令の内容をみて定めることができる。
【００５１】
これらの条件を取得すると、現在の全体充放電制御指令について、全体充放電制御指令の充放電開始時間および終了時間と、その全体充放電制御指令によって変化する蓄電池の電圧変化量を取得する（全体充放電制御指令取得工程）。全体充放電制御指令は、一般的には、「ＸＸｋＷでＹＹ秒間充電すること」、「電圧がＺＺＶになるまでＸＸｋＷ充電すること」のように、電力値と時間、電力値と目標電圧の内容が多い。ここでは、説明のために、例えば、「午前１０時から正午までに、電圧が５１．３Ｖから４６．３Ｖとなるように放電する」との全体充放電制御指令であるとする。ここでは、電圧変化量が蓄電池パック４２の電圧変化量で示されている。この場合には、放電開始時間が午前１０時、終了時間が１２時、蓄電池パック４２の電圧変化量が５．０Ｖであるので、これを全体充放電制御指令の内容として取得する。なお、一定電流で放電しても、電圧は直線的に低下するわけではないが、簡単のため、電圧は放電時間に応じて直線的に変化するものとして説明する。
【００５２】
そして、全体充放電制御指令をそのままとして、蓄電池ユニット群８２に与えられる集合体充放電制御指令を他の蓄電池ユニット群８４に与えられる集合体充放電制御指令と異ならせる調整を行う（充放電調整工程）。通常の場合の充放電制御では、８つの蓄電池ユニット群２９が同じような状態であるときには、各電力変換器２６にそれぞれ与えられる集合体充放電制御指令は、全体充放電制御指令を８つに均等に分けたものになる。上記の例の場合は、電圧変化量で指示されているので、全ての電力変換器２６に、「午前１０時から正午までに、電圧が５１．３Ｖから４６．３Ｖとなるように放電する」の内容の集合体充放電制御指令が与えられる。もっとも、場合によって、全体充放電制御指令を修正し、その修正後の内容に基づいて集合体充放電制御指令の調整を行うものとできる。
【００５３】
充放電調整工程では、この内容を変更せずに、蓄電池ユニット群８２の充放電についての経時変化を、他の蓄電池ユニット群８４の充放電についての経時変化と異ならせる処理が行われる。
【００５４】
図３は、その様子を説明する図である。ここでは、横軸に時間、縦軸に蓄電池パック４２の充放電状態としての電圧が取られている。横軸の時間について、時間ｔ1は、放電開始時間で、ｔ4が放電終了時間で、上記の例では、ｔ1が１０時、ｔ4が１２時である。ｔ2からｔ3の期間が、蓄電池パック８０の交換のための所定期間である。縦軸の時間について、Ｖ1とＶ2が集合体充放電制御指令に含まれる電圧変化量に関するもので、上記の例ではＶ1が５１．３Ｖ、Ｖ2が４６．３Ｖである。Ｖ0は、所定充放電状態の値で、上記の例でＶ0＝４８．３Ｖである。
【００５５】
全体充放電制御指令を実行する最も一般的な例は、上記の例で、（Ｖ1＝５１．３Ｖ，ｔ1＝１０時）の点と、（Ｖ1＝４６．３Ｖ，ｔ4＝１２時）の点を結ぶ放電特性線９０に沿って充放電を実行することである。この放電特性線９０が所定充放電状態の電圧を横切る時間を中心にして、ｔ2からｔ3の所定期間が設定される。上記の例で計算すると、放電特性線９０が所定充放電状態の電圧Ｖ0＝４８．３Ｖを横切る時間は１１時１２分である。そこで、所定期間の開始時間ｔ2＝１０時５２分、終了時間ｔ3＝１１時３２分と設定される。これらの設定は、マスタコントローラ２０によって実行される。
【００５６】
このように、放電特性線９０が所定充放電状態の電圧を横切る時間を中心にして所定時間を設定することが望ましいが、事情によって作業開始時間と作業終了時間を少しずらす必要があることがある。その場合には、所定期間の前後の放電レートを調整することで、所望の作業開始時間、作業終了時間に合わせる。具体的には、作業開始時間を入力すると、放電曲線を自動計算する。所定期間から作業開始時間、作業終了時間をずらすことができないときは、アラームを出力する等で対応する。これらの処理もマスタコントローラ２０によって実行される。
【００５７】
そして、不具合のある蓄電池パック８０を含む蓄電池ユニット群８２が接続される電力変換器８６に対する集合体充放電制御指令は、図３の放電特性線９２のように与えられる。すなわち、全体充放電制御指令の放電開始時間ｔ1から所定期間の開始時間ｔ2までの期間については、全体充放電制御指令に相当する放電特性線９０で示される放電電力に比べて多い放電電力で放電を行う。このことを示すために、図３では、放電特性線９２の傾斜が放電特性線９０の傾斜よりも大きくなっている。
【００５８】
そして、所定期間の間であるｔ2からｔ3の間は充放電を停止する。図３では、放電特性線９２が、ｔ2からｔ3の間でＶ0に維持されていることが示されている。次に、所定期間の終了時間ｔ3から全体充放電制御指令の放電終了時間ｔ4までの期間については、全体充放電制御指令に相当する放電特性線９０で示される放電電力に比べて多い放電電力で放電を行う。図３では、この期間において、放電特性線９２の傾斜が放電特性線９０の傾斜よりも大きいことが示されている。
【００５９】
そして、不具合のある蓄電池パック８０を含む蓄電池ユニット群８２が接続される電力変換器８６以外の７つの電力変換器８８に対する集合体充放電制御指令は、図３の放電特性線９４のように与えられる。すなわち、全体充放電制御指令の放電開始時間ｔ1から所定期間の開始時間ｔ2までの期間について、全体充放電制御指令に相当する放電特性線９０で示される放電電力に比べて少ない放電電力で充放電を行う。このことを示すために、図３では、放電特性線９４の傾斜が放電特性線９０の傾斜よりも小さくなっている。
【００６０】
放電電力の低減量は、放電特性線９２と放電特性線９０との差によって増加した放電電力の増加量にちょうど見合う量である。具体的には、放電特性線９２によって増加される放電電力の１／７だけ、７つの電力変換器８８のそれぞれの放電電力が低減される。
【００６１】
そして、所定期間であるｔ2からｔ3の間は、全体充放電制御指令に相当する放電特性線９０で示される放電電力に比べて多い放電電力で放電を行う。図３では、この期間において、放電特性線９４の傾斜が放電特性線９０の傾斜よりも大きいことが示されている。
【００６２】
この期間の放電量は、７つの電力変換器８８で、全体充放電制御指令で与えられる全放電電力をまかなうように設定される。すなわち、放電特性線９０で示される放電電力の８／７倍の大きさに設定される。
【００６３】
次に所定期間の終了時間ｔ3から全体充放電制御指令の放電終了時間ｔ4までの期間について、全体充放電制御指令に相当する放電特性線９０で示される放電電力に比べて少ない放電電力で充放電を行う。このことを示すために、図３では、放電特性線９４の傾斜が放電特性線９０の傾斜よりも小さくなっている。放電電力の低減量は、ｔ1からｔ2で説明した内容と同じで、放電特性線９２によって増加される放電電力の１／７だけ、７つの電力変換器８８のそれぞれの放電電力が低減される。
【００６４】
このようにして、全体充放電制御指令の内容を変更せずに、ｔ2からｔ3の間の所定期間について、蓄電池ユニット群８２の放電を停止できる。この所定期間を利用して、蓄電池ユニット群８２の内で、不具合のある蓄電池パック８０を含む蓄電池ユニット４０を取り外し、その蓄電池ユニット４０の内の不具合のある蓄電池パック８０を新しい蓄電池パック４２と交換する。
【００６５】
この交換の前後で、蓄電池パック８０を含んでいる蓄電池ユニット４０については、他の蓄電池パック４２、および新しい蓄電池パック４２の電圧は、全て所定充放電状態に対応する４８．３Ｖである。したがって、交換後の蓄電池ユニット４０の中では、蓄電池パック４２の電圧が揃っている。そして、蓄電池パック４２を交換した後の蓄電池ユニット４０は、再び蓄電池ユニット群８２に戻されるが、そのときに、この蓄電池パック４２を交換した蓄電池ユニット４０と、他の蓄電池ユニット４０との間では、充放電状態が同じであるので、電圧差による充放電電流が流れない。
【００６６】
そして、時間ｔ3になれば、上記のように、蓄電池ユニット群８２については放電電流が増加され、蓄電池ユニット群８４については放電電流が低減されて、放電制御が続けられる。このようにして、時間ｔ4になれば、全体充放電制御指令通りとして、蓄電池集合体を構成する８つの蓄電池ユニット群２９による放電が完了する。
【００６７】
上記では、Ｖ1とＶ2のほぼ中間にＶ0がある場合について説明したが、Ｖ1とＶ0が近づいている場合には、全体充放電制御指令の放電開始時間ｔ1のすぐあとに所定期間を設定することになる。この場合には、ｔ3からｔ4の期間の放電調整が主となる。逆に、Ｖ0とＶ4が近づいている場合には、全体充放電制御指令の放電終了時間ｔ4の手前に所定期間を設定することになる。開始時間からすぐ蓄電池ユニット群８２がＶ0となる。この場合には、ｔ1からｔ2の期間の放電調整が主となる。
【００６８】
また、上記では、全体充放電制御指令が放電に関するものであるとして説明したが、全体充放電制御指令が充電に関する場合でも同様に充電調整を行えばよい。具体的には、図３における各放電特性線を、それぞれ充電特性線に置き換えればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る蓄電池集合体制御システムは、複数の蓄電池を並列接続する蓄電池集合体の充放電制御に利用できる。また、蓄電池交換を行う際の蓄電池集合体の充放電制御に利用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  蓄電池集合体制御システム、１２  外部商用電源、１４  太陽光発電システム、１６  負荷、２０  マスタコントローラ、２２  ＨＵＢ、２４  電力変換器管理部、２６  電力変換器、２８  充放電メインバス、２９  蓄電池ユニット群、３０  サブコントローラ、４０  蓄電池ユニット、４２  蓄電池パック、４４  蓄電池パック列、５０  スイッチ基板、５６  スイッチ、８０  （不具合のある）蓄電池パック、８２  （不具合のある蓄電池パックを含む）蓄電池ユニット群、８４  （８２の蓄電池ユニット群以外の）蓄電池ユニット群、８６  （蓄電池ユニット群８２に対応する）電力変換器、８８  （蓄電池ユニット群８４に対応する）電力変換器、９０，９２，９４  放電特性線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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