电力分配装置制造方法
【专利摘要】有对锂离子电池进行尽可能减少劣化的充放电的需求。如现有技术那样在只有二值的操作中，在使用电池的充电状态下向加速电池劣化的方向使用的可能性高。当在多个蓄电池和多个客户之间通过分配电力的电力分配装置将蓄电池的电力分配到客户的负载时，至少基于该蓄电池的劣化信息、充电状态、蓄电池温度的数据，来实现该蓄电池的劣化为最小限度的蓄电池的放电功能。
【专利说明】电力分配装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用蓄电池从全停恢复电力的技术和针对使用了蓄电池的负载均衡化的技术。
【背景技术】
[0002]作为本【技术领域】的【背景技术】有日本特开2009-183086号公报(专利文献I)。该公报公开了涉及如下电力供给系统的技术:当从PHEV等向电力体系进行电力供给时，集中管理多个蓄电池的所有权来排除蓄电池所有者的恣意判断，能够稳定地进行电力供给来确保可靠性。这里公开了如下技术:当从多个蓄电池(电动汽车搭载的蓄电池)向电力体系进行放电时，利用电力匹配单元，根据电力的多或少来决定电动汽车搭载的蓄电池，指示停止对电力体系的电力供给，由此使供给电力稳定化。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2009-183086号公报
【发明内容】
[0005]但是，在专利文献I中想到的是使用所决定的蓄电池或者不使用蓄电池这样的只有二值的状态。即，通过上述的二值进行控制是指100%的放电或0%的放电(没有放电)，但是这样极端的放电控制例如会使锂离子电池这样的电池劣化。
[0006]用于解决课题的手段
[0007]本申请包含多个解决上述课题的手段，而如果列举其中一个示例的话，可通过与蓄电池的蓄电量对应地调节放出的电量来解决上述课题。
[0008]发明效果
[0009]通过使用本发明，能够在抑制蓄电池的劣化的同时从蓄电池向系统供给电力。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是电力分配装置的第一实施例。
[0011]图2是利用了电力分配装置的第一实施例的一个示例。
[0012]图3是电力分配装置中的蓄电池侧的连接结构的一个示例。
[0013]图4是电力分配装置中的客户侧的设备结构的一个示例。
[0014]图5是二次存储装置的结构的一个示例。
[0015]图6是二次存储装置中的安全确认程序的流程图的一个示例。
[0016]图7是从蓄电池取得的数据的一个示例。
[0017]图8是二次存储装置中的矩阵开关程序的处理的一个示例。
[0018]图9是需要变动的一个示例。
[0019]图10是拉格朗日(Lagrange)待定系数法的说明图的一个示例。
[0020]图1lA是风险矩阵(Risk Matrix)的一个不例。[0021]图1lB是表不负载的优先顺序的表的一个不例。
[0022]图12是风险矩阵的一个示例。
[0023]图13是二次存储装置的结构的一个示例。
[0024]图14A是环保电力指标算出方法的一个示例。
[0025]图14B是图14A中使用的公式(I)。
[0026]图14C是图14A中使用的公式(2)。
[0027]图15是算出环保电力指标的流程图的一个示例。
[0028]图16A是用于算出环保电力指标的输入数据和输出数据的一个示例。
[0029]图16B是用于算出环保电力指标的输入数据和输出数据的一个示例。
[0030]图16C是用于算出环保电力指标的输入数据和输出数据的一个示例。
[0031]图17是在客户的电力买卖时所需的数据的一个示例。
[0032]图18是电力分配装置的第二实施例。
[0033]图19是实际应用了电力分配装置的第二实施例时的实施例。
[0034]图20是电力分配装置的第二实施例中的处理的流程图的一个示例。
[0035]图21是电力分配装置的第三实施例。
[0036]图22是实际应用了电力分配装置的第三实施例时的实施例。
[0037]图23是电力分配装置的第三实施例中的二次存储装置的结构的一个示例。
[0038]图24是二次存储装置中的安全确认程序的流程的一个示例。
[0039]图25是二次存储装置中的矩阵开关程序的处理的一个示例。
[0040]图26是费用处理的一个示例。
[0041]图27是电力分配装置的第四实施例。
[0042]图28是实际应用了电力分配装置的第四实施例时的实施例。
[0043]图29是二次存储装置中的安全确认程序的流程的一个示例。
[0044]图30是二次存储装置中的矩阵开关程序的处理的一个示例。
[0045]图31是二次存储装置中的矩阵开关程序的处理的一个示例。
[0046]图32是电力分配装置的第四实施例的一个。
[0047]图33是二次存储装置中的矩阵开关程序的处理的一个示例。
【具体实施方式】
[0048]以下，使用附图来说明实施例。
[0049]实施例1
[0050]图1是用于实现本发明的电力分配装置的第一结构。第一实施例是这样的系统结构:将多个相连的搭载蓄电池的机器和多个电力客户连接到电力分配装置，并追随客户时时刻刻的需求变化以使电池的劣化为最小的方式来实时控制蓄电池的输出。本实施例的电力分配装置11由以下部分构成:I/F132，其用于与蓄电池连接；开关131，其在与蓄电池连接时设置在所述I/F与电力分配装置的模块之间；电力控制模块102，其有效地将从蓄电池放出的电力分配到负载侧；DC/AC变换模块103，当从蓄电池输出的电力为直流电力时，该DC/AC变换模块103将其变换为作为一般负载使用的交流电力；启动用蓄电池104，其用于在全停的情况下还能启动电力分配装置；CPU&存储器105，其用于驱动电力分配装置；二次存储装置106，其存储有用于驱动电力分配装置的程序和数据库；I/F122，其用于与负载侧的设备连接；以及开关121，其配置于负载侧设备的I/F和电力分配装置内的模块之间。另夕卜，二次存储装置106、CPU&存储器105、启动用蓄电池104、电力控制模块102、DC/AC变换模块103、蓄电池侧开关131、以及客户侧开关121分别通过通信线连接。
[0051]图2表示了使用电力分配装置来连接蓄电池和客户的示例。在本实施例中作为蓄电池虽然以能够移动的电动汽车、插电式混合动力车为例进行了描述，但是当然也可以是安置在固定场所型的蓄电池。电力分配装置的蓄电池侧I/F132的某一个与蓄电池151-a?蓄电池151-c的某一个通过电缆连接。另一方面，客户侧I/F122的某一个与客户152-a?152-e的某一个连接。关于这里的连接顺序，蓄电池侧、客户侧都可以是任意的。
[0052]如图3所示，当蓄电池是电动汽车时，最好在蓄电池151-a?151-c与电力分配装置11的蓄电池侧I/F132之间设置控制箱(control box) 133，该控制箱133具有漏电阻断135和过电流阻断的断路器136。
[0053]如图4所示，客户152为了将电力分配装置和客户连接起来，使用电缆来连接客户侧的I/F122和客户的电度表(watt-hour meter) 156。在本例中，在电度表156的后段(从系统来看为后侧)具备分电盘155，该分电盘155由合同电力断路器157、漏电断路器158、以及子开关159构成，在子开关159的后段连接了各负载并消耗通常电力。
[0054]使用图5来对图1中的二次存储装置106的详情进行说明。二次存储装置106具有:数据库111、矩阵开关程序108、实时优先级决定程序109、安全确认程序107、以及费用计算程序115。在数据库111中存储有如后述那样从蓄电池取得的信息、或者蓄电池固有的信息等。关于矩阵开关功能，当从蓄电池放电时，使用来自蓄电池的实时信息来进行使电池劣化为最小限度的蓄电池的组合。在实时优先级决定程序109中根据客户的负载种类来决定对客户的分配优先级。
[0055]接下来，对本实施例中的电力分配装置的动作进行说明。在电力分配装置中，在安全确认程序107中，首先对是否正确地进行了蓄电池的连接以及与客户的连接进行判断。
[0056]使用图6的流程图来对是否正确地进行了蓄电池的连接以及与客户的连接的判定过程进行说明。首先，在处理341检测出在电力分配装置完成了蓄电池的连接以及客户的连接。在处理342检查是否是所有的连接都已结束。这例如以预先决定应当连接的蓄电池以及客户并将其信息预先存储在存储器内、或者电力分配装置的连接I/F全部都为使用中这样的检测方法为代表，可以从各种方法中进行选用。当连接没有结束时，在处理341中一直等到应该连接的蓄电池以及客户连接到电力分配装置11，当连接结束时移动到下一处理。另外，在追加起初没有连接的蓄电池或客户的情况下，在后述的矩阵开关程序的处理中进行对应。在所述的蓄电池以及客户的连接结束之后，首先在处理343将蓄电池侧的开关131接通(0N)。然后，在处理344取得是否接通了该开关的ACK信号。在处理345若从开关131返回正确地进行了开关接通的ACK，则向后段的处理348移动。如果没有正确地返回来自所述开关的ACK信号，则进行如下处理:在处理346中做出切断对应的开关131的指令，在处理347中排除与存在异常的开关131的末端连接的机器。当在处理345中判断为没有异常时，从输出I/F132取得各蓄电池的SOH (State Of Health:健康状态)值、SOC(State Of Charge:充电状态)值、蓄电池的制约上下限度(最大充电电量、最低充电电量)等数据(处理348)。SOH值使用从省略附图的蓄电池的控制器输出的值。当没有从蓄电池的控制器直接输出值时，可以根据蓄电池的容量以及充满电时的电量简单地求出。另外，与SOC值相关的也可同样地使用从蓄电池的控制器输出的值。在取得数据之后，在处理349中从CPU向电力控制模块102发送试送电的指令、并实施试送电。通过来自CPU的指示将开关121从断开状态设为接通状态，由此来实施该试送电。在试送电时，通过开关121中附带的传感器来测量面向各客户的通过电流值和电压值，经通信线将该值存储到二次存储装置106中的数据库111中。在试送电结束之后，通过来自上述的传感器、以及图3中的漏电断路器135、过电流传感器136的测量值来判定是否发生了漏电以及过电流。当在处理351中通过该值判断为没有发生漏电以及过电流从而安全有保障时，通过在处理354中执行二次存储装置106中的程序，来实施电力的供求控制。当在处理354中安全没有保障时，在处理352中请求在蓄电池侧、客户侧实施设备检查。在处理353中，对是否继续设备检查中的状态进行判断，在设备检查结束时返回到处理350，继续之后的处理。
[0057]图7中将从蓄电池取得的数据库的一个示例表示为140。从蓄电池取得的数据展示了由以下部分构成的示例:蓄电池的识别号码141、蓄电池的电池温度142、取得数据的日期时间143、表不蓄电量的S0C144、表不SOH的电池的劣化度145、表不蓄电池能够蓄电的最大电力的能够充放电电力146、以及额定容量147。这些数据如上所述从蓄电池的控制器输出。另外，在这些值中可以从能够充放电电力146、额定容量147求出电池劣化度145。另外，数据库140所示以外的与电池相关的物理指标也可存储在数据库中。
[0058]使用图8的流程图来对本实施例的特征性的矩阵开关功能进行说明。作为通过图2所示的那样的结构来连接蓄电池和客户时的蓄电池输出的控制的课题，如在用于解决课题的手段中所述那样，课题在于对由最近的各种家电产品普及导致的客户侧急剧的负载变动的随动。
[0059]首先，在进行本处理的说明之前，对客户侧的急剧的负载变动进行说明。图9中的图表横轴表示经过时间，纵轴表示客户的负载量。对于图中的401、403的区间，负载微小地变动并缓慢地上升，因此，作为控制虽然没有产生大问题，但是当如区间402所示产生较大的负载变动时需要电池的输出迅速地追随该变动。在这样的情况下，实时地要求从哪个电池进行多大的输出、以及实际是否进行了输出，这些在技术上很重要。特别是在供给源的电源是电池的情况下，当考虑到电池的成本时，优选以尽量不加剧劣化的方式进行充放电。特别是对于锂离子电池的劣化，如通常所说那样存在如下倾向:以充满电的方式来保存的话会加剧劣化，另外，越是温度高的状态下的充放电越是加速劣化。因此，为了抑制劣化需要尽量缩短充满电状态的时间，并将温度降低到某种程度来进行充放电。需要进行考虑了这样的劣化因素的充放电。以这样的想法为基础，回到图8来对矩阵开关程序108的动作(电池的输出分配计算处理的一个例子)进行说明，即使有急剧的负载侧的电力请求，该矩阵开关程序108也能进行使蓄电池侧劣化降低的蓄电池的选择或组合。
[0060]首先，在处理321中，通过数据库111取得与连接了连接器的蓄电池对应的数据库140所表示的SOH值、SOC值、以及制约条件值等数据。接下来，在处理322中，与计算的前一时间点相比较，检查伴随时间经过的蓄电池数有无增减。当与电力分配装置11连接的蓄电池数没有增减时，在处理323中通过开关121的位于客户侧的输出I/F122，从连接的客户取得所请求的电力需要量。当蓄电池数有增减时，在重新读入由处理321更新的数据之后执行处理323。接下来，在处理324中以先从数据库111取得了连接的蓄电池的SOC值、以及额定容量而得到的值为基础算出最大供给量。在处理325中以该值为基础，检查在连接到电力分配装置的蓄电池与来自客户的负载之间是否取得供求平衡。当在处理325中没有不足时，在处理327中使时刻复位并向处理328移动。当在处理325中电力供求不足时，在处理326中向连接的客户进行节电请求。在进行了节电请求之后向处理327移动。接下来，在处理328中检查需求的变化量是否存在大的变动。在启动电力分配装置之前预先决定参数ε，该参数表示在处理328中出来的需求的较大变动。当变化量为ε以下时，即并非是急剧的负载变动时，在处理329中以各蓄电池的SOH值为基础算出各蓄电池的劣化系数，并以通常利用时的电池的劣化为基础算出用于决定输出的参数。这里的蓄电池的劣化系数是将后面所示的蓄电池视为发电机，一般在用于决定多个发电机的输出的经济负载分配方式中所使用的参数，使用参数值越大蓄电池的输出越小的函数来设定该参数。当在处理328中需求的变化量有比ε大的巨变时，从先存储了蓄电池的温度的数据库111中取得数据140，为了选择出温度低且蓄电的容量比较大的蓄电池以便降低蓄电池的劣化，根据蓄电池的温度算出各电池的电池劣化系数。这里的电池劣化系数也如上所述是将蓄电池视为发电机在一般所说的经济负载分配方法中为了决定蓄电池的放电量而使用的参数，使用电池的温度越高来自蓄电池的输出越低的函数来设定该系数。以根据这些需求变动的大小而变化的参数为基础，看做与发电机的经济负载分配同等的问题，在处理331中使用拉格朗日待定系数法来实施各地电池的输出计算。以下表示本实施例的拉格朗日待定系数法的计算来自蓄电池的输出的示例。这里将蓄电池视为发电机，如上所述将蓄电池的劣化程度、蓄电池的温度作为参数来应用经济负载分配法。使用这样的方法的目的是以保持供求平衡的同时使蓄电池的劣化整体最小的方式决定输出。
[0061]当将客户请求的总负载设为PL，将来自蓄电池的输出设为P1、P2、…PN时，供求平衡为
[0062][公式I]
[0063]【公式I】Pl=PJP2+"*Pn(N:蓄电池的个数)
[0064]因此，当将各蓄电池的劣化程度(劣化系数)设为F时，总电池劣化系数f为
[0065][公式2]
[0066]【公式2 Jf=F1 (P1)+F2 (P2)+…+Fn (Pn)
[0067]由于成为求出使f为最小的各蓄电池输出的问题，因此当使用拉格朗日待定系数法来对其进行求解时，通过下述的公式就成为了决定最佳的蓄电池的输出分配。(图10)。
[0068][公式3]
【权利要求】
1.一种电力分配装置，其与多个蓄电池和消耗电力的负载装置连接，从该蓄电池向该负载装置分配电力，其特征在于， 所述电力分配装置具有: 取得部，其从所述多个蓄电池取得表示所述蓄电池的劣化程度的劣化度信息； 决定部，其根据所述取得的劣化度信息，决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电；以及 发送部，其指示所述决定的蓄电池放电。
2.根据权利要求1所述的电力分配装置，其特征在于， 所述电力分配装置还具有:第二取得部，其与所述负载装置之间进行信息通信， 所述第二取得部取得所述负载装置的负载量， 所述决定部判定所述取得的负载量的变化量，当该变化量没有超过预定值时，根据所述取得的劣化度信息决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电。
3.根据权利要求2所述的电力分配装置，其特征在于， 所述取得部还取得所述蓄电池的温度信息， 当所述取得的负载量的变化量超过预定值时，所述决定部根据所述取得的温度信息决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电。
4.根据权利要求3所述的电力分配装置，其特征在于， 所述决定部以所述多个蓄电池的劣化在所述多个蓄电池整体中为最小的方式来决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力分配装置，其特征在于， 有多个所述负载装置， 按所述负载装置来确定表示向该负载装置进行供给的优先程度的优先级， 所述决定部根据所述优先级来决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池向哪一个负载装置进行放电。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电力分配装置，其特征在于， 所述电力分配装置还具有:算出部，其算出对具有所述蓄电池的所有者的奖励， 所述决定部根据所述算出部的结果决定向哪一个负载装置进行放电。
7.一种电力分配方法，与多个蓄电池和消耗电力的负载装置连接，从该蓄电池向该负载装置分配电力，其特征在于， 所述电力分配方法具有以下步骤: 从所述多个蓄电池取得表示所述蓄电池的劣化程度的劣化度信息； 根据所述取得的劣化度信息，决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电；以及 指示所述决定的蓄电池放电。
8.根据权利要求7所述的电力分配方法，其特征在于， 所述电力分配方法还具有:从所述负载装置取得所述负载装置的负载量的步骤， 在所述决定从哪一个蓄电池进行放电的步骤中，判定所述取得的负载量的变化量，当该变化量没有超过预定值时，根据所述取得的劣化度信息决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电。
9.根据权利要求8所述的电力分配方法，其特征在于， 所述电力分配方法还具有:取得所述蓄电池的温度信息的步骤， 在所述决定从哪一个蓄电池进行放电的步骤中，当所述取得的负载量的变化量超过预定值时，根据所述取得的温度信息决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电。
10.根据权利要求9所述的电力分配方法，其特征在于， 在所述决定从哪一个蓄电池进行放电的步骤中，以所述多个蓄电池的劣化在所述多个蓄电池整体中为最小的方式来决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的电力分配方法，其特征在于， 有多个所述负载装置， 按所述负载装置来确定表示向该负载装置进行供给的优先程度的优先级， 在所述决定从哪一个蓄电池进行放电的步骤中，根据所述优先级来决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池向哪一个负载装置进行放电。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的电力分配方法，其特征在于， 所述电力分配方法还具有:算出对具有所述蓄电池的所有者的奖励的步骤， 在所述决定从哪一个 蓄电池进行放电的步骤中，根据所述算出奖励的步骤的结果决定向哪一个负载装置进行放电。
13.一种电力分配装置，其与管理蓄电池和消耗电力的负载装置的控制器连接，从该蓄电池向该负载装置分配电力，其特征在于， 设置有多个所述控制器， 所述电力分配装置具有: 取得部，其经所述控制器从所述蓄电池取得表示所述蓄电池的劣化程度的劣化度信息； 决定部，其根据所述取得的劣化度信息，决定从所述多个蓄电池中的哪一个蓄电池进行放电；以及 发送部，其经所述控制器向所述决定的蓄电池发送放电指示。
14.根据权利要求13所述的电力分配装置，其特征在于， 所述电力分配装置还具有能够与其他电力分配装置连接的接口。
【文档编号】H01M10/48GK103765718SQ201180073159
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2011年9月16日 优先权日:2011年9月16日
【发明者】石田隆张, 立仙和巳, 渡边彻 申请人:株式会社日立制作所