充放电管理装置的制作方法

本发明涉及设置于包括蓄电池系统的设备的充放电管理装置。

背景技术：

电力系统通过由送配电设备将发电设备和负载设备连接而构建。电力系统中存在从将多个大规模发电站与许多工厂、商业设施以及家庭连接的大规模系统到在特定的设施内构建的小规模系统的各种规模的电力系统。

在发电站、工厂等的车间(plant)中设置的厂内设备例如具备负载系统、发电系统、蓄电池系统等。厂内设备与电力系统连接。电力系统或者厂内设备具备至少对厂内的电力需求和供给进行管理的能源管理系统(ems)，通过能源管理系统来进行使各系统以及电力系统的电力需求和供给平衡的处理。

作为发电系统之一，有利用太阳能、风力等自然能源的发电系统。利用了自然能源的发电系统受到近来的针对能源问题或者环境问题的意识的提高而被不断地广泛引入。但是，利用了自然能源的发电系统存在由于发电电力容易被季节、天气等自然因素左右而无法进行稳定的电力供给这一缺点。为了弥补该缺点，考虑将发电系统与蓄电池系统组合而得到的设备。

蓄电池系统作为用于使发电系统以及电力系统向负载系统供给的电力、或者发电系统向电力系统以及负载系统供给的电力稳定的一个手段而被使用。以前，难以储藏大量的电力，但通过锂离子电池、钠硫电池那样的大容量的蓄电池被实用化而能够实现大量的电力的储藏。通过将具备这样的蓄电池的蓄电池系统与发电系统连接，当电力的供给相对于需求过剩时，将过剩的电力充电至蓄电池，并在电力的供给相对于需求不足时，通过来自蓄电池的放电来填补电力的不足的运用。通过对利用了自然能源的发电系统组合蓄电池系统，能够基于蓄电池的充放电来使根据季节、天气等而变动的发电电力均衡化，能够对电力系统进行稳定的电力供给。

其中，作为与本发明相关的文献，申请人发现了以下记载的文献。在日本特开2014－117003号公报中，公开了一种太阳能发电系统与蓄电池系统连接，通过蓄电池的充放电控制来抑制太阳能发电的发电电力的变动的构成。在日本特开2014－124063号公报中，描述了具备与电力系统连接的多个交直流变换装置(pcs：powerconditioningsystem(功率调节系统))的电池系统的一个例子。另外，公开了进行管理以使多个蓄电池的soc(stateofcharge：充电状态)成为相同值的构成。在日本特开2012－43623号公报中，公开了一种根据流经蓄电池的电流的累计值来计算蓄电池的soc的构成。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本特开2014－117003号公报

【专利文献2】日本特开2014－124063号公报

【专利文献3】日本特开2012－43623号公报

发明的概要

发明要解决的课题

如上述那样，在具备多个pcs的蓄电池系统中，为了控制成在pcs间蓄电池的soc为相同的值，需要高精度计算各蓄电池的soc。作为充放电时的soc的计算方法，有一种根据流经蓄电池的电流的累计值来计算蓄电池的soc的方法。但是，在对蓄电池系统时常进行充放电的情况(例如被用于向电力系统、负载系统供给的电力的稳定化的情况)下，由于不间断地持续充放电，所以无法获得充放电停止的soc再运算定时。如果继续上述的根据电流的累计值来计算soc的方法，则存在因传感器的检测精度、充放电损耗等引起的误差被累计而累积变大，计算出的soc的误差也变大这一问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，提供一种能够高精度持续计算蓄电池的soc的充放电管理装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，设有本发明涉及的充放电管理装置的厂内设备如以下那样构成。

本发明涉及的充放电管理装置设置在具有与设备内电线连接的蓄电池系统的厂内设备。厂内设备例如是在发电站、工厂等的车间内配置的设备。厂内设备也可以具备经由设备内电线与蓄电池系统连接的发电系统、负载系统。设备内电线与电力系统连接。

能源管理系统以使上述的各系统以及电力系统的电力需求和供给平衡的方式决定并输出充放电请求。本发明涉及的充放电管理装置基于至少来自管理厂内的电力需求和供给的能源管理系统的充放电请求，对蓄电池系统发送充放电指令。本发明涉及的充放电管理装置也可以配置在能源管理系统或者蓄电池系统内。对厂内设备、电力系统的规模、构成没有限定。例如，可以在厂内设备连接发电系统以及负载系统双方或者任意一方。

蓄电池系统具备多个pcs组。各pcs组具备蓄电池、蓄电池监视装置、交直流变换装置。

蓄电池可以由单一的蓄电池单元构成，也可以构成为多个蓄电池单元的集合体。作为蓄电池的种类，优选是锂离子电池、钠硫电池或镍氢电池等大容量的蓄电池。

蓄电池监视装置是监视蓄电池的状态的装置。作为蓄电池监视装置的监视项目，例如可举出电流、电压、温度等状态量。蓄电池监视装置通过传感器时常或者以规定的周期计测作为监视项目的状态量，并将得到的数据的一部分或者全部作为蓄电池信息向外部输出。

交直流变换装置是将蓄电池与设备内电线连接的装置，具有将输出至设备内电线的交流电力变换成直流电力来对蓄电池进行充电的功能、和将蓄电池的直流电力变换成交流电力来对设备内电线进行放电的功能。交直流变换装置也被称为功率调节器，向蓄电池的充电电力量、以及来自蓄电池的放电电力量由交直流变换装置调整。

本发明涉及的充放电管理装置与多个pcs组各自的交直流变换装置以及蓄电池监视装置连接。充放电管理装置具备运转时soc计算部、停止条件判定部、停止时soc推断部、初始soc重新设定部、以及充放电指令部。

运转时soc计算部针对多个pcs组的每一个，计算对蓄电池的初始soc加上了基于由蓄电池监视装置供给的电流值的累计值的soc而得到的运转时soc。

停止条件判定部判定停止条件是否成立。这里，停止条件是即便使多个pcs组中的一部分的组的充放电停止，基于其他组的运转时soc的总充放电可能量也比由能源管理系统请求的充放电请求量大。充放电请求量包含于从能源管理系统输出的充放电请求。

停止时soc推断部在停止条件成立的情况下，使上述一部分的组的充放电停止，然后，针对上述一部分的组基于从蓄电池监视装置供给的电压值来推断蓄电池的停止时soc。

初始soc重新设定部针对上述一部分的组，以停止时soc重新设定上述运转时soc计算部所具有的初始soc，并且将上述运转时soc计算部所具有的累计值复位为0。

在本发明涉及的蓄电池系统的优选方式中，充放电指令部将由能源管理系统请求的充放电请求量按比例分配，决定针对多个pcs组的充放电指令。另外，充放电指令部在停止条件成立的情况下，将充放电请求量以上述其他组按比例分配，决定针对上述其他组的充放电指令。

发明的效果

根据本发明涉及的充放电管理装置，针对上述一部分的组，以停止时soc重新设定运转时soc计算部所具有的初始soc并且累计值被复位为0。结果，当前的运转时soc被以精度高的停止时soc置换，因传感器的检测精度、充放电损耗引起的累积的误差被除去。然后，能够基于新的初始soc来计算运转时soc。而且，通过定期地以停止时soc置换运转时soc，能够恢复运转时soc的计算精度。因此，根据本发明涉及的充放电管理装置，通过以一定间隔依次强制停止针对一部分的蓄电池的充放电，能够高精度地持续计算蓄电池的soc。

附图说明

图1是用于对本发明的实施方式1涉及的系统构成进行说明的概念构成图。

图2是本发明的实施方式1涉及的系统的框图。

图3是表示了锂离子电池的ocv(闭路电压)与soc的关系的图表。

图4是在本发明的实施方式1涉及的系统中，蓄电池系统4以及充放电管理装置5执行的控制例行程序的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。其中，对在各图中共用的要素赋予相同的附图标记而省略重复的说明。

实施方式1.

[实施方式1的系统构成]

图1是用于对本发明的实施方式1涉及的系统构成进行说明的概念构成图。图1所示的厂内设备1与电力系统的输电设备20连接。电力系统上除了连接输电设备20以外，还可以在输电设备20上连接发电设备(省略图示)、负载设备(省略图示)。

图1所示的厂内设备1具备发电系统3和蓄电池系统4。发电系统3、蓄电池系统4和电力系统经由设备内电线21连接。并且，厂内设备1具备充放电管理装置5和能源管理系统(以下称为ems)6。发电系统3、蓄电池系统4、充放电管理装置5和ems6经由计算机网络61连接。

(发电系统)

图1所示的发电系统3是太阳能发电(pv)系统。此外，发电系统3也可以是风力发电系统、水力发电系统、潮力发电系统、地热发电系统等。发电系统3具备太阳能发电模块31、太阳能发电用的交直流变换装置(以下称为pv－pcs)32。在发电系统3中，pv－pcs32与至少一个太阳能发电模块31连接。pv－pcs32经由电力计33与设备内电线21连接。在图1中，电力计33被配置在发电系统3与设备内电线21之间，但这只是一个例子。电力计33也可以组入发电系统3。电力计33通过信号线与ems6连接。

电力计33时常检测从发电系统3向设备内电线21供给的发电电力。其中，本实施方式中所说的时常检测不仅是从传感器获取不间断的连续的信号的动作，还包括以规定的短周期获取传感器的信号的动作的概念。由电力计33检测出的发电电力值被输入至ems6。

(蓄电池系统)

蓄电池系统4具备多个蓄电池用的交直流变换装置(以下称为pcs)。以下为了便于说明，将由一个pcs、与该pcs连接的蓄电池、以及蓄电池监视装置(以下称为bmu：batterymanagementunit)构成的组称为“pcs组”。

第1pcs组41具备第1pcs411、第1蓄电池412、以及第1bmu413。第2pcs组42具备第2pcs421、第2蓄电池422、以及第2bmu423。第3pcs组43具备第3pcs431、第3蓄电池432、以及第3bmu433。由于各pcs组的基本构成相同，所以这里例示第1pcs组41来进行说明。此外，在图1中，描绘了3个pcs组，但pcs组只要是多个即可。

关于第1pcs组41，第1pcs411与第1蓄电池412连接。第1蓄电池412与第1bmu413连接。第1bmu413通过计算机网络63与充放电管理装置5连接。

第1pcs411经由变压器并通过输电线与设备内电线21连接。第1pcs411具备将发电系统3输出至设备内电线21的交流电力变换为直流电力来对第1蓄电池412进行充电的充电功能、和将第1蓄电池412的直流电力变换为交流电力来向电力系统进行放电的放电功能。向第1蓄电池412的充电电力量、以及来自第1蓄电池412的放电电力量由第1pcs411调整。由第1pcs411执行的充放电电力量的调整按照从充放电管理装置5供给的充放电指令来进行。

第1蓄电池412具备多个电池单元串联连接而成的模块。模块也可以多个并联连接。各电池单元是锂离子电池(lib)。

第1bmu413监视第1蓄电池412的状态。具体而言，bmu413具备电流传感器、电压传感器、以及温度传感器作为计测第1蓄电池412的状态量的手段。由电流传感器计测流经第1蓄电池412的电流。由电压传感器计测各电池单元的电压。而且，由温度传感器计测第1蓄电池412的温度。由第1bmu413时常进行对第1蓄电池412的监视。其中，本实施方式中所说的时常监视不仅是从传感器获取不间断的连续的信号的动作，还包括以规定的短周期获取传感器的信号的动作的概念。第1bmu413将包括通过各传感器的计测而得到的信息的蓄电池信息发送至充放电管理装置5。

以上，对第1pcs组41的第1pcs411、第1蓄电池412、第1bmu413进行了说明，上述的基本构成对于第2pcs组42、第3pcs组43也同样。

(能源管理系统(ems))

ems6具备例如包括rom、ram等的存储器、输入输出各种信息的输入输出接口、能够基于各种信息执行各种运算处理的处理器。ems6通过计算机网络61与充放电管理装置5连接。ems6至少管理厂内的电力需求和供给。例如，ems6以使电力系统、发电系统3与蓄电池系统4的电力需求和供给平衡的方式，决定针对蓄电池系统4的充放电请求。充放电请求被发送至充放电管理装置5。然而，在图1所示的系统构成中，厂内设备1具备发电系统3，但厂内设备1的构成并不限定于此。也可以取代发电系统3而具备负载系统，还可以具备和发电系统3一起与设备内电线21连接的负载系统。在这样的构成中，ems6以使电力系统、发电系统3、蓄电池系统4与负载系统的电力需求和供给平衡的方式，决定针对蓄电池系统4的充放电请求。

(充放电管理装置)

充放电管理装置5具备例如包括rom、ram等的存储器、输入输出各种信息的输入输出接口、能够基于各种信息执行各种运算处理的处理器。充放电管理装置5通过计算机网络61与ems6、pv－pcs32连接。充放电管理装置5通过计算机网络62与第1pcs411、第2pcs421、以及第3pcs431连接。充放电管理装置5通过计算机网络63与第1bmu413、第2bmu423、以及第3bmu433连接。此外，在图1中，充放电管理装置5被配置在蓄电池系统4的外部，但也可以配置在蓄电池系统4、ems6的内部。

充放电管理装置5具备后述的各种功能，担负基于从ems6接收到的充放电请求来对第1pcs411～第3pcs431发出充放电指令(相当于充放电量[kw])的指挥塔的作用。此外，充放电管理装置5具备在蓄电池为满充电状态的情况下抑制发电系统3的输出的pv－pcs输出抑制功能。

[实施方式1的特征构成]

图2是本发明的实施方式1涉及的系统的框图。

在表示充放电管理装置5的块内，充放电管理装置5所具备的各种功能中的一部分由块表示。这些块分别被分配运算资源。充放电管理装置5中准备有与各块对应的程序，通过由处理器执行这些程序来在充放电管理装置5中实现各块的功能。

(运转时soc计算功能)

充放电管理装置5具有运转时soc计算功能，运转时soc计算部52掌管该功能。充放电中的蓄电池的soc能够根据流经蓄电池的电流的累计值来推断。运转时soc计算部52针对第1pcs组41，计算对第1蓄电池412的初始soc加上了基于从第1bmu413供给的电流值的累计值的soc而得到的运转时soc。初始soc的初始值为0，但通过后述的初始soc重新设定部会被更新。同样，运转时soc计算部52针对第2pcs组42以及第3pcs组43也分别计算运转时soc。

(停止条件判定功能)

充放电管理装置5具有停止条件判定功能，停止条件判定部53掌管该功能。停止条件判定部53判定停止条件是否成立。这里，停止条件是即便使第1pcs组41～第3pcs组43中的一部分的组的充放电停止，基于其他组的运转时soc的总充放电可能量也大于由ems6请求的充放电请求量。作为一个例子，在上述的“一部分的组”是第1pcs组41的情况下，上述的“其他组”是第2pcs组42以及第3pcs组43。该情况下，总充放电可能量根据第2pcs组42以及第3pcs组43的运转时soc的合计来决定。充放电请求量包含于从ems6输出的充放电请求。

(停止时soc推断功能)

充放电管理装置5具有停止时soc推断功能，停止时soc推断部54掌管该功能。停止时soc推断部54在上述的停止条件成立的情况下，使上述一部分的组的充放电停止，然后，针对上述一部分的组基于从bmu供给的电压值来推断蓄电池的停止时soc。作为一个例子，在上述的“一部分的组”是第1pcs组41的情况下，停止时soc推断部54针对第1pcs组41决定将充放电量设为0的充放电指令。充放电指令被充放电管理装置5发送至第1pcs组41。停止时soc推断部54在第1pcs组41的充放电停止之后，根据从第1bmu413供给的电压值来推断第1蓄电池412的停止时soc。当推断停止时soc时，能够使用表示图3所示的电压与soc的关系的映射、公式。

图3是表示了锂离子电池的ocv(闭路电压)与soc的关系的图表。在本实施方式中，soc是指相对于满充电的充电率。根据该图可知，锂离子电池具有越被满充电则电压越高，越接近空则电压越低这一特性。通过利用该电压－soc特性，能够根据电压的计测值来推断soc。本实施方式中所说的电压是指在蓄电池的两端施加的电压。

(初始soc重新设定功能)

充放电管理装置5具有初始soc重新设定功能，初始soc重新设定部55掌管该功能。初始soc重新设定部55针对上述一部分的组，以停止时soc重新设定运转时soc计算部52所具有的初始soc，并且将运转时soc计算部52所具有的累计值复位为0。

这样，针对上述一部分的组，以停止时soc重新设定运转时soc计算部52所具有的初始soc并且累计值被复位为0。结果，针对上述一部分的组，当前的运转时soc被以精度高的停止时soc置换，因传感器的检测精度、充放电损耗引起的累积的误差被除去。然后，能够基于新的初始soc计算运转时soc。因此，根据本实施方式的系统，通过定期地以停止时soc置换运转时soc，能够恢复运转时soc的计算精度。因此，能够高精度地持续计算蓄电池的soc。

(充放电指令功能)

充放电管理装置5具有充放电指令功能，充放电指令部51掌管该功能。充放电指令部51按比例分配由ems6请求的充放电请求量，来决定针对第1pcs组41～第3pcs组43的充放电指令。并且，充放电指令部51在停止条件成立的情况下，以其他组按比例分配充放电请求量，来决定针对其他组的充放电指令。作为一个例子，在上述的“其他组”是第2pcs组42以及第3pcs组43的情况下，决定以该2个pcs组划分了充放电请求量的充放电指令。

(流程图)

图4是在本发明的实施方式1涉及的系统中，蓄电池系统4以及充放电管理装置5执行的控制例行程序(routine)的流程图。该流程图所示的充放电管理装置5的处理是由充放电指令部51、运转时soc计算部52、停止条件判定部53、停止时soc推断部54，初始soc重新设定部55的各功能实现的处理。充放电管理装置5的存储器中存储有执行图4所示的流程图的处理的程序，通过充放电管理装置5的处理器读出程序并加以执行来实现图4所示的处理。

在图4所示的程序中，充放电管理装置5以规定的短周期从ems6取得充放电请求(步骤s101)。

在第1pcs组41中，第1bmu413使用各种传感器来时常取得蓄电池信息。蓄电池信息中包括流经第1蓄电池412的电流、第1蓄电池412的电压、第1蓄电池412的温度。然后，第1bmu413将取得的蓄电池信息发送至充放电管理装置5(步骤s201)。

在第2pcs组42中，第2bmu423使用各种传感器来时常取得蓄电池信息。蓄电池信息中包括流经第2蓄电池422的电流、第2蓄电池422的电压、第2蓄电池422的温度。然后，第2bmu423将取得的蓄电池信息发送至充放电管理装置5(步骤s301)。

在第3pcs组43中，第3bmu433使用各种传感器来时常取得蓄电池信息。蓄电池信息中包括流经第3蓄电池432的电流、第3蓄电池432的电压、第3蓄电池432的温度。然后，第3bmu433将取得的蓄电池信息发送至充放电管理装置5(步骤s401)。

充放电管理装置5接收从第1bmu413～第3bmu433发送的蓄电池信息(步骤s102)。

接下来，充放电管理装置5基于在步骤s102中接收到的各蓄电池信息，来针对第1pcs组41～第3pcs组43分别计算运转时soc(步骤s103)。步骤s103的处理内容如在运转时soc计算功能的说明中叙述那样。

接下来，充放电管理装置5判定停止条件是否成立(步骤s104)。步骤s104的处理内容如在停止条件判定功能的说明中叙述那样。在停止条件成立的情况下，执行步骤s104的处理。在停止条件不成立的情况下，本例行程序结束，在经过规定时间后再次开始本例行程序。

此外，在以下的说明中，作为一个例子，停止条件是即便使第1pcs组41的充放电停止，基于第2pcs组42以及第3pcs组43的运转时soc的合计的总充放电可能量也比由ems6请求的充放电请求量大。

在停止条件成立的情况下，充放电管理装置5针对第1pcs组41决定将充放电量设为0的充放电指令。该处理内容如作为停止时soc推断功能的说明的一部分而被叙述那样(步骤s105)。并且，在步骤s105中，充放电管理装置5将充放电请求量以第2pcs组42以及第3pcs组43按比例分配，来决定针对第2pcs组42以及第3pcs组43的充放电指令。该处理内容如作为充放电指令功能的说明的一部分而被叙述那样。

接下来，充放电管理装置5将针对第1pcs组41的充放电指令发送给第1pcs411，将针对第2pcs组42的充放电指令发送给第2pcs421，将针对第3pcs组43的充放电指令发送给第3pcs431(步骤s106)。

在第2pcs组42中，第2pcs421接收从充放电管理装置5发送的充放电指令(步骤s302)。第2pcs421按照充放电指令来执行充放电操作(步骤s303)。

在第3pcs组43中，第3pcs431接收从充放电管理装置5发送的充放电指令(步骤s402)。第3pcs431按照充放电指令来执行充放电操作(步骤s403)。

在第1pcs组41中，第1pcs411接收从充放电管理装置5发送的充放电指令(步骤s202)。第1pcs411按照充放电指令来执行充放电操作。由于针对第1pcs411的充放电指令是将充放电量设为0的指令，所以第1pcs组41的充放电被停止(步骤s203)。

第1bmu413将在第1pcs组41的充放电停止之后取得的蓄电池信息发送至充放电管理装置5(步骤s204)。

充放电管理装置5接收从第1bmu413发送的蓄电池信息(步骤s107)。

接下来，充放电管理装置5根据从第1bmu413供给的蓄电池信息所包含的电压值来推断第1蓄电池412的停止时soc(步骤s108)。步骤s108的处理内容如在停止时soc推断功能的说明中叙述那样。

接下来，充放电管理装置5针对第1pcs组41，以停止时soc重新设定运转时soc计算部52所具有的初始soc，并且将运转时soc计算部52所具有的累计值复位为0(步骤s109)。由此，当前的运转时soc被以精度高的停止时soc置换，因传感器的检测精度、充放电损耗引起的累积的误差被除去。然后，能够基于新的初始soc来计算运转时soc。

如以上说明那样，根据本实施方式的系统，通过定期地以停止时soc置换运转时soc，能够恢复运转时soc的计算精度。因此，能够高精度地持续计算蓄电池的soc。

然而，在上述的实施方式1的系统中，使用锂离子电池作为蓄电池，但并不限定于此。作为蓄电池的种类，也可以是钠硫电池或镍氢电池等。

【附图标记说明】

1-厂内设备；3-发电系统；4-蓄电池系统；5-充放电管理装置；6-能源管理系统(ems)；20-输电设备；21-设备内电线；31-太阳能发电模块；32-pv－pcs；33-电力计；41-第1pcs组；42-第2pcs组；43-第3pcs组；51-充放电指令部；52-运转时soc计算部；53-停止条件判定部；54-停止时soc推断部；55-初始soc重新设定部；61、62、63-计算机网络；411-第1pcs；412-第1蓄电池；413-第1bmu；421-第2pcs；422-第2蓄电池；423-第2bmu；431-第3pcs；432-第3蓄电池；433-第3bmu。