蓄电装置及其充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备蓄电池的蓄电装置及其充电方法。
【背景技术】
[0002]近年来，全世界都开始积极采取环境可持续和环境保护的措施，逐步引入风力发电、太阳能发电等使用自然能源的自然能源发电装置。自然能源发电装置生成的发电电力易因天气等原因而产生频率变动和电压变动，存在引起电力系统故障的可能。
[0003]作为其对策之一，人们提出了通过对自然能源发电装置同时设置蓄电装置而抑制(吸收)上述电压变动等，来对电力系统稳定地供给电力的技术。并且，作为上述蓄电装置已知有搭载了高容量且具有高输出特性的锂离子蓄电池(二次电池)的蓄电装置。
[0004]不过，锂离子蓄电池在低温环境下充电或使用大电流充电时，可能在负极析出锂金属而导致性能劣化。因此，现有技术中存在用于抑制锂金属的析出，安全地进行充电的充电控制技术。
[0005]例如，专利文献I公开了一种充电控制装置，包括使用由开路电压取得部取得的开路电压而计算负极的闭路电位的负极闭路电位计算部，判断计算出的负极闭路电位是否未到规定阈值的闭路电位判断部，和在负极闭路电位未到上述阈值的情况下减小充电电流的值的充电电流控制部。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2012-49040号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的技术问题
[0010]专利文献I中记载的技术对于混合动力车和电动汽车等能够瞬时地控制充电电流的系统是有效的。
[0011]另一方面，例如风力发电的发电电力与风车的叶片的受风面积成比例。从而，需要根据蓄电池的充电状态(SOC:State of Charge)相应地控制叶片的安装角(桨距角)，调整受风面积。
[0012]而为了使该叶片的桨距角变化，需要数sec?数十sec的时间。即，从控制部输出使叶片的桨距角变化的指令的时刻起直至实际使叶片的桨距角变化为止会产生规定的延迟。从而，在使用巨大的风车进行风力发电的情况下，因旋转的风车的惯性力，难以瞬时地控制充电电流。
[0013]在将上述专利文献I中记载的技术应用于风力发电时，存在充电电流的控制不及时，负极电压降低至低于锂电压而析出锂金属，导致蓄电池的性能劣化的可能。
[0014]于是，本发明的技术问题在于，提供一种提高了蓄电池充电时的可靠性的蓄电装置和充电方法。
[0015]解决问题的技术手段
[0016]为了解决上述技术问题，本发明的特征在于，包括:充电率计算单元，在充电中的锂离子蓄电池的电池电压达到规定值的情况下，计算该达到时的上述锂离子蓄电池的充电率；电压差计算单元，基于上述锂离子蓄电池的无负载特性，计算与由上述充电率计算单元计算出的充电率和预先设定的锂析出时充电率之间的差对应的电池电压的差；充电结束电压计算单元，将由上述电压差计算单元计算出的上述电池电压的差与上述达到时的电池电压相加，计算作为是否结束充电的判断基准的充电结束电压；和充电控制单元，在上述锂离子蓄电池的电池电压达到上述充电结束电压的情况下，使上述锂离子蓄电池的充电结束。
[0017]关于发明的细节，在【具体实施方式】部分详细说明。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明，能够提供一种提高了蓄电池充电时的可靠性的蓄电装置和蓄电方法。
【附图说明】
[0020]图1是表示包括本发明实施方式的蓄电装置的电力系统之概要的整体结构图。
[0021]图2是表示蓄电装置的递阶层次结构的结构图。
[0022]图3是表示蓄电装置的CCV特性中的本实施方式中使用的SOC使用范围和无负载特性的特性图。
[0023]图4中，(a)是表示蓄电装置的SOC-CCV特性和无负载特性的特性图，(b)是表示蓄电池的负极电压特性和无负载特性的特性图。
[0024]图5是蓄电装置所具备的控制装置的结构图。
[0025]图6是表示控制装置执行的处理的流程的流程图。
[0026]图7是表示控制装置执行的处理的流程的流程图。
[0027]图8中，(a)是表示蓄电池的SOC-CCV特性和无负载特性的特性图，(b)是表示蓄电池的SOC-负极电压特性的特性图，(C)是表示SOC-充电电流特性的特性图。
[0028]图9是比较例的特性图，其中，(a)是表示蓄电池的SOC-CCV特性和无负载特性的特性图，(b)是表示蓄电池的SOC-负极电压特性的特性图，(c)是表示SOC-充电电流特性的特性图。
【具体实施方式】
[0029]对用于实施本发明的方式(以下称为实施方式)，适当参考附图详细说明。
[0030]《第一实施方式》
[0031]图1是表示包括本实施方式的蓄电装置的电力系统之概要的整体结构图。电力系统S包括发电装置1、蓄电装置2和双向逆变器(b1-direct1nal inverter，双向变流器)3。
[0032]发电装置I例如是风力发电装置或太阳能发电装置，具有使用自然能源生成发电电力，并经配线al将其供给到电力系统4(和蓄电装置2)的功能。其中，发电装置I具有将发电电力转换为规定频率的三相交流电力的电力转换单元(inverter，未图示)，和根据电力系统4的潮流变动等相应地控制发电电力的控制单元(未图示)。
[0033]蓄电装置2具有按照双向逆变器3的驱动而相应地充放电的功能，包括多个电池包230 (参考图2)，每个电池包230具有串并联连接的单体电池242 (参考图2)。此处，上述单体电池242例如是锂离子蓄电池。
[0034]下文中，有时将由多个单体电池242串联连接、由多个单体电池242并联连接、或由多个单体电池242以串联/并联的任意组合连接而成的组件简记作“蓄电池”。此外，对于蓄电装置2的详情在后文叙述。
[0035]双向逆变器3 例如是使用了 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)作为开关元件(未图示)的三相双向逆变器，经由配线a3、al与发电装置I和电力系统4连接。其中，双向逆变器3中内置有通过PWM控制(Pulse Width Modulat1n，脉冲宽度调制)来控制上述开关元件的通/断的控制单元(未图示)。
[0036]在对蓄电装置2的蓄电池充电的情况下，双向逆变器3将经由配线al、a3从发电装置I输入的三相交流电力转换为直流电力，经由配线a2对蓄电装置2输出。该情况下，双向逆变器3作为整流器(converter)工作。
[0037]另一方面，在使蓄电装置2的蓄电池放电的情况下，双向逆变器3将经由配线a2从蓄电池释放的直流电力转换为三相交流电力，经由配线a3、al对电力系统4输出。该情况下，双向逆变器3作为逆变器工作。
[0038]如上所述，风力发电和太阳能发电使用自然能源，所以自然环境(风向、风力和太阳光的强度)变化时，发电电力会随之随时间的经过而发生变动。如图1所示，与发电装置I 一并设置的蓄电装置2，具有将从发电装置I供给的发电电力的剩余部分充电至蓄电池，另一方面从蓄电池放电来补充电力的不足部分的功能(即缓冲功能)。由此，能够抑制(吸收)发电装置I的发电电力的频率变动和电压变动，对电力系统4进行稳定的电力供给。
[0039]图2是表示蓄电装置的递阶层次结构的结构图。如图2所示，蓄电装置2具有由系统控制装置210 (BSCU)控制的电池块(battery block) 220。
[0040]各电池块220彼此并联连接，被收纳在由柜式的壳体构成的电池块收纳装置(未图示)中。电池块220包括并联连接的多个电池包(battery pack) 230和控制各电池包230的动作的综合控制装置221 (IB⑶)。
[0041]电池包230包括并联连接的多个电池组件240和控制各电池组件240的动作的电池控制装置231 (BCU)。电池组件240包括串并联连接的多个单体电池242和监视各单体电池242的状态的单体电池监视部241 (CXU)。各单体电池242例如是锂离子蓄电池或铅蓄电池等二次电池，按照双向逆变器3的驱动而相应地充放电。
[0042]图2中简化地记载了各单体电池242的连接，电池组件240所具有的“蓄电池”包括由多个单体电池242串联连接的结构，由多个单体电池242并联连接的结构，和由多个单体电池242以串联/并联的任意组合连接的结构。
[0043]单体电池监视部241具有测量各单体电池242的端子间电压、温度、电流，生成关于充电状态(充电率，SOC:State Of Charge)的信息的功能。此外，单体电池监视部241具有监视/控制与其自身连接的各单体电池242的状态，并将充电状态信息等经由配线bl对上级的电池控制装置231输出的功能。
[0044]电池控制装置231具有将从单体电池监视部241输入的单体电池242的充电状态信息和/或各电池包230的管理信息，经由配线b2对上级的综合控制装置221输出的功能。综合控制装置221具有将从电池控制装置231输入的信息和/或各电池块220的管理信息，经由配线b3对上级的系统控制装置210输出的功能。系统控制装置210具有对多个电池块220的动作进行统一管理的功能。
[0045]这样，蓄电装置2通过对大量的单体电池242的状态递阶地进行管理，提高了各控制装置的处理的效率，同时减轻了其处理负荷。
[0046]<蓄电装置的充电控制>
[0047]锂离子蓄电池中，负极电压随着充电的进行(推进)而降低，进而在降低至低于规定的锂析出电压时，可能析出锂