JP6430276B2 - 電池システム及びその制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電池容量に対応した電池システム及びその制御方法並びに制御プログラムに関するものである。

従来、リチウムイオン電池等の二次電池によって構成される電池モジュールは、電力変換器を介して電力系統と連系されている。
例えば、下記特許文献１では、複数の蓄電装置と交流電力が供給される入力端子との間に１つの電力変換器が接続される構成が記載されている。また、下記特許文献２では、蓄電池とＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、パワーコンディショナ、電力変換器）を備えた蓄電池ユニットを複数並列に電力母線に接続し、蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定する構成が記載されている。

特開２００５−２７８３６６号公報 特許第５５３７４７８号公報

しかしながら、上記特許文献１では、電力変換器が１つであるため、電力変換器に対応付けられる複数の蓄電装置は、蓄電装置毎に制御することはできないという問題があった。これに対し、上記特許文献２は、蓄電池に対応してＰＣＳを設け、充放電スケジュールを蓄電池ユニット個別に決定する技術であり、蓄電池ユニット毎に充放電制御できるものと考えられる。
しかしながら、電力系統は、発電電力と負荷のバランスが崩れると周波数変動が生じるという課題があるが、上記特許文献２では、電力系統の周波数変動を抑制することについては記載されておらず、電力系統の周波数変動を抑制することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電力系統の周波数変動を効率的に抑制することができる電池システム及びその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、１つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器と、前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力する第１制御手段と、各前記グループに対応して設けられ、前記充放電指令値に基づいて、対応する前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第２制御手段とを具備し、各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される電池システムを提供する。

本発明によれば、１つ以上の二次電池を有する電池ユニットが設けられ、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成された複数の電池群は、それぞれ対応して設けられた電力変換器を介して電力系統と接続される。電力系統の状態に応じてグループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値が出力される。各電池群は、属するグループに対して出力された充放電指令値に基づいて充放電が制御され、各グループが電池容量に対応してそれぞれ周期の異なる電力系統の周波数変動を抑制する。
このように、異なる電池容量となるように形成された各電池群は、それぞれ電力変換器と第２制御手段が設けられていることにより、上位側の第１制御手段から出力される充放電指令値に基づいて、属するグループ毎に充放電制御される。また、各グループは、それぞれ変動抑制を担う周波数が異なるので、担当する周期の周波数変動を抑制できる電流（レート）で充放電を制御すればよく、周波数変動を効率的に抑制できる。

上記電池システムにおいて、前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群と比べて、大きな電流で充放電させて、短い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御されることとしてもよい。

電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群より充放電可能な電力量が小さいが、電池容量が大きいグループの電池群よりも速く小刻みに出力が変動する短い周期の周波数変動を抑制させることができる。

上記電池システムにおいて、前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群と比べて、小さな電流で充放電させて、長い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御されることとしてもよい。

電池容量が大きいグループの電池群は、電池容量が小さいグループの電池群より充放電可能な電力量が大きいので、電池容量が小さいグループの電池群よりもゆっくり出力が変動する長い周期の周波数変動を抑制させることができる。
このように、電池容量の大小に応じて充放電の電流の大きさを調整することにより、異なる周期の周波数変動に対して、それぞれ抑制ができる。

上記電池システムの前記第２制御手段は、対応する前記グループに属する各前記電池群の電池情報を取得し、前記電池情報に基づいて、各前記電池群の充放電を制御することとしてもよい。

これにより、各電池群の状況に応じた充放電制御ができる。

上記電池システムの前記第２制御手段は、対応する前記グループに属する前記電池群の前記電池情報と、他の前記グループに対応する前記第２制御手段から受信する他の前記グループに属する前記電池群の前記電池情報とに基づいて、前記電池ユニットの充電率を所定の使用範囲領域になるよう各前記電池群の充放電を制御することとしてもよい。

対応するグループの電池群の電池情報と他のグループに属する電池群の電池情報を用いることにより、同一グループ内で充電率の過剰が生じていることや、他のグループで充電率の不足が生じていることを検出できる。そして、電力系統の周波数制御を行うために電池システムから電力系統へ充放電する際に、各電池群の出力配分により充電率が過剰な電池群から、充電率の不足が生じる電池群に充放電電力を融通することにより、電池システム全体として充放電指令値を満たすことができる。また、電池群の充電率（電池情報）が使用範囲領域に維持されるため、電池システムの性能が高くなる。

上記電池システムにおいて、一の前記グループに、複数の前記電池群が属している場合に、前記第２制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第１閾値より大きいと判定した前記電池群に対し、前記電池群の劣化度合いが前記第１閾値以下と判定された前記電池群よりも小さい前記充放電指令値を出力する指令値調整手段を具備することとしてもよい。

電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群よりも大きな電流で充放電が繰り返し行われた場合には、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群と比較して、設置環境、個体差等の影響により使用期間が長くなることでグループ内の各電池群の劣化度合いに差が大きく生じる場合がある。本発明によれば、各電池群の劣化度合いを判定し、劣化度合いが大きいと判定された場合には他の電池群よりも充放電指令値を小さくする（例えば、電流（レート）を抑える）ことにより、劣化の進行を抑制することができる。また、これにより、同じグループ内の電池群の劣化を略均一化させることができ、特定の電池群の早期劣化を防止できる。
なお、劣化度合いは、例えば、二次電池の内部抵抗が第１閾値（内部抵抗閾値）より大きければ劣化が進んでいると判断したり、二次電池の温度が第１閾値（電池温度閾値）より高ければ劣化が進んでいると判断したりする。

上記電池システムは、各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、前記第２制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第２閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とすることとしてもよい。

このように、劣化度合いが高く、性能の低減の要因となる箇所を切替手段によって切り離し（非接続状態）、電池群の電池ユニットを交換可能にするので、システム稼働中に最小限の性能低減で済ませることができ、故障の電池群の除去及び交換が簡便となる。

上記電池システムにおいて、最も前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、発電設備としてもよい。
発電設備（例えば、ガスエンジン発電設備）を用いることによって簡便にベースロードを負担させることができる。

上記電池システムにおいて、最も前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、電気二重層コンデンサとしてもよい。
電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）によって、簡便に電池容量が小さい電池群とすることができる。

本発明は、１つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御方法であって、前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を第１制御手段から出力する第１工程と、前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を第２制御手段で制御する第２工程と、各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が前記第２制御手段で制御される第３工程とを有する電池システムの制御方法を提供する。

本発明は、前記電池システムは、各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、前記第２制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第２閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とするメンテナンス工程を有する上記電池システムの制御方法を提供する。

本発明は、１つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御プログラムであって、前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力させる第１処理と、前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第２処理と、各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電を制御する第３処理とをコンピュータに実行させるための制御プログラムを提供する。

本発明は、電力系統の周波数変動を効率的に抑制できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る電池システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池システムの作用を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る電池システムの概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池システムの概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池システムの作用を説明するための図である。

以下に、本発明に係る電池システム及びその制御方法並びに制御プログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る電池システム１００の概略構成を示している。
図１に示されるように、電池システム１００は電力系統２０と連結線１０で接続され連系されている。電池システム１００は、複数の電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３，１ｂ，１ｃと、双方向電力変換器（以下「ＰＣＳ」と記載する。Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）２ａ１，２ａ２，２ａ３，２ｂ，２ｃと、ＥＭＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；第１制御手段）４と、スレーブ（第２制御手段）３ａ，３ｂ，３ｃとを備えている。
以下特に明記しない場合には、電池群は電池群１、ＰＣＳはＰＣＳ２、スレーブはスレーブ３とする。

また、電池システム１００は、電池群１の電池ユニット８の構成によって決定される電池容量に応じて、複数のグループＡ，Ｂ，Ｃに分けられている。本実施形態においては、電池容量の小さい順にグループＡ，Ｂ，Ｃとする。
電池群１は、１つ以上の二次電池９を有する電池ユニット８を設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように複数形成される。
グループＡには、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３が属しており、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３に対応してＰＣＳ２ａ１，２ａ２，２ａ３が設けられる。

グループＢには、電池群１ｂが属しており、電池群１ｂに対応してＰＣＳ２ｂが設けられる。
グループＣには、電池群１ｃが属しており、電池群１ｃに対応してＰＣＳ２ｃが設けられる。
なお、本実施形態においては、グループＡには３つの電池群１が属しており、グループＢ及びグループＣにはそれぞれ１つの電池群１が属しているが、各グループに属する電池群１の個数は特に限定されない。

電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３は、それぞれ同じ大きさの電池容量とし、グループＡに属している。例えば、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３は、それぞれ１個の電池ユニット８を備えている。
電池群１ｂは、グループＡに属する電池群１の電池容量より大きく、グループＣに属する電池群１の電池容量より小さい電池容量とする。例えば、電池群１ｂは、６個の電池ユニット８を備えている。
電池群１ｃは、グループＢに属する電池群１の電池容量より大きい電池容量とする。例えば、電池群１ｃは、１２個の電池ユニット８を備えている。
本実施形態においては、同一電池群１内の電池ユニット８は、全て同様の制御が行われるものとする。
各電池群１は、電池情報（例えば、電池温度、充電率ＳＯＣ、電池電圧、内部抵抗（劣化度合い）、その他異常信号等）をそれぞれ対応するスレーブ３に出力する。

電池ユニット８を構成する二次電池９は、例えば、リチウムイオン二次電池、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池、ＮＡＳ（ナトリウム硫黄電池）、フロー系の電池等である。
なお、図１に示される電池ユニット８を塗り潰している部分（グレー領域）は、各電池ユニット８の充電された電力の量をイメージで示しており、言い換えれば充電率ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）のイメージを示している。
また、図中の充電率ＳＯＣは全て同じ値のように示されているが、実際の運用においては、設置環境や個体差が影響して差が生じることもある。本実施形態では、電池ユニット８を図示するにあたり、それらの影響は省略している。

電池容量が小さいグループの電池群１は、電池容量が大きいグループの電池群１より、高いレート（大電流）で充放電させる。電池容量が小さいグループの電池群１は、電池容量が大きいグループの電池群１より充放電可能な電力量が小さいが、高いレート（大電流）で充放電することにより、電池容量が大きいグループの電池群１よりも、速く小刻みに出力が変動する短い周期の周波数変動を抑制させることができる。

また、電池容量が大きいグループの電池群１は、電池容量が小さいグループの電池群１より、低いレート（小電流）で充放電させる。電池容量が大きいグループの電池群１は、電池容量が小さいグループの電池群１より充放電可能な電力量が大きいので、低いレート（小電流）で充放電することにより、電池容量が小さいグループの電池群１よりもゆっくり出力が変動する長い周期の周波数変動を抑制させることができる。
このように、電池容量の大小に応じて充放電の電流レートを調整することにより、異なる周期の周波数変動に対して、それぞれ抑制ができる。

本実施形態においては、グループＡに属する電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３は、電力系統２０の短周期（例えば、数分以内）の周波数変動を抑制するための高いレートの充放電をさせる。グループＢに属する電池群１ｂは、電力系統２０の中周期（例えば、２〜３時間以内）の周波数変動を抑制するための中程度のレートの充放電をさせる。グループＣに属する電池群１ｃは、電力系統２０の長周期（例えば、１０時間程度）の周波数変動を抑制するための低いレートの充放電をさせる。また、１０時間程度の制御をする場合には、鉛二次電池、ＮＡＳやフロー系の二次電池を用いるのが望ましい。

ＰＣＳ２は、各電池群１に対応して設けられ、交流側を電力系統２０に接続する。ＰＣＳ２は、電池群１の電力を放電させて電力系統２０へ出力する機能と、電力系統２０からの電力を電池群１へ充電する機能とを有し、双方向に電力変換する。

ＥＭＳ４は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
具体的には、ＥＭＳ４は、連結線１０と接続されており、電力系統２０を監視する。ＥＭＳ４は、電力系統２０の状態（例えば、周波数変動）に応じて、グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値（単位時間あたりに充電／放電させる電力量〔ｋＷ〕）をスレーブ３ａ，３ｂ，３ｃに出力する。

スレーブ３ａ，３ｂ，３ｃは、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。

具体的には、スレーブ３ａ，３ｂ，３ｃは、各グループに対応して設けられ、各グループに属する各電池群１の充放電を制御する。本実施形態においては、ＥＭＳ４をマスタ（主）の制御部とし、スレーブ３ａ，３ｂ，３ｃをスレーブ（副）の制御部とする。
スレーブ３は、ＥＭＳ４から充放電指令値を取得するとともに、対応するグループに属する各電池群１の電池情報を取得する。また、スレーブ３は、充放電指令値及び電池情報に基づいて、グループに属する電池群１のそれぞれに対応するＰＣＳ２に充放電指令値を出力し、充放電を制御する。

なお、本実施形態のように同一グループ内に複数の電池群１が設けられる場合には、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３の電池情報と、ＥＭＳ４から取得した充放電指令値に基づいて、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３のそれぞれに対する個別の充放電指令値を決定するとともに、ＰＣＳ２ａ１，２ａ２，２ａ３に出力する。つまり、本実施形態の電池システム１００の電池群１の充放電は、対応するＰＣＳ２によって個別に制御されるものである。

なお、充放電指令値は値が大きい程、電池ユニット８の劣化が大きくなることを勘案し、以下のように充放電指令値を調整してもよい。
電池容量が大きいグループ（例えば、グループＢ，Ｃ）の電池群１と比較して電池容量が小さいグループ（例えば、グループＡ）の電池群１は、高いレートで充放電を繰り返される運用が行われる。そのため、設置環境・個体差等の影響により使用期間が長くなることで電池容量が小さいグループ（例えば、グループＡ）内の電池群１（例えば、１ａ１，１ａ２，１ａ３）の間で劣化度合いに差が大きく生じる場合がある。

そのため、電池容量が小さいグループの各電池群１には、個々にＰＣＳ（例えば、２ａ１，２ａ２，２ａ３）を設けて、各電池群１の劣化度合いに応じて、各電池群１に出力する充放電指令値を個別に調整することで、劣化の大きなものはレートを若干抑えた充放電をさせる。
ここで、劣化度合いとは、電池ユニット８の劣化の進行状況を示すもので、充電可能な容量の低下や放電可能な電流量の低下という性能低下を示すものである。この劣化発生状況は例えば、二次電池の電池温度の上昇や内部抵抗の増加で感知することも可能である。

具体的には、図１に示されるようにスレーブ３は、指令値調整部（指令値調整手段）６を備える。指令値調整部６は、電池群１の劣化度合いが、第１閾値より大きいと判定した電池群１に対し、電池群１の劣化度合いが第１閾値以下と判定された電池群１よりも小さい充放電指令値を出力する。
各電池群１の劣化度合いを比較し、劣化度合いが大きいと判定された場合には他の電池群１よりも充放電指令値を小さくする（例えば、レートを抑える）ことにより、劣化の進行を抑制することができる。また、これにより、同じグループ内の電池群１の劣化を略均一化させることができ、特定の電池群の早期劣化を防止できる。

また、劣化度合いの判定は、予め決められた閾値（第１閾値）との比較のみに限定されず、各電池群の劣化度合いの平均値を求め、平均を上回っているか否かに応じて劣化しているか否かを判定することとしても良い。

なお、劣化度合いは、例えば、二次電池の内部抵抗が内部抵抗閾値より大きければ劣化が進んでいると判断したり、二次電池の温度が電池温度閾値より高ければ劣化が進んでいると判断したりする。

以下に本実施形態に係る電池システム１００の作用について図１及び図２を用いて説明する。
電力系統２０が監視されており、電力系統の周波数変動が検出された場合には、周波数変動を抑制するための各グループＡ，Ｂ，Ｃのそれぞれに対する充放電指令値が、スレーブ３ａ，３ｂ，３ｃに出力される（図２のステップＳＡ１）。それぞれのグループＡ，Ｂ，Ｃにおいて、電池情報が電池群１からスレーブ３ａ，３ｂ，３ｃに出力される。
ここで、図２を用いてグループＡに着目して説明する。グループＡのスレーブ３ａは、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３から電池情報を取得する（図２のステップＳＡ２）。スレーブ３ａにおいて、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３の電池情報と第１閾値とをそれぞれ比較して、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３の劣化度合いが個別に判定される（図２のステップＳＡ３）。

劣化度合いが第１閾値を上回っているか否かが判定される。劣化度合いが第１閾値を上回る電池群１（例えば、電池群１ａ３）に対して、劣化度合いが第１閾値以下と判定された電池群１（例えば、電池群１ａ１，１ａ２）よりも予め設定された所定の割合で抑えた（小さい）充放電指令値となるように個別の充放電指令値が算出される（図２のステップＳＡ４）。スレーブ３ａから、電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３に対応するそれぞれのＰＣＳ２ａ１，２ａ２，２ａ３に対して、個別の充放電指令値が出力される（図２のステップＳＡ５）。
個別の充放電指令値を取得したＰＣＳ２ａ１，２ａ２，２ａ３は、それぞれ対応する電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３の充放電を制御する（図２のステップＳＡ６）。

グループＢ及びグループＣに対しても同様に、それぞれ対応する電池群１ｂ，１ｃの劣化度合いが判定されるとともに、電池群１ｂ，１ｃに対応するＰＣＳ２ｂ，２ｃに個別の充放電指令値が出力され、充放電制御される。
グループＡは、電流レートの関係が電池群１ａ３＜電池群１ａ１，１ａ２となるようにしつつ、高いレートで充放電が制御され、短周期の周波数変動が抑制される。グループＢの電池群１ｂは中程度のレートで充放電が制御され、中程度の周波数変動が抑制される。グループＣの電池群１ｃは低いレートで充放電が制御され、長周期の周波数変動が抑制される。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電池システム１００及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、１つ以上の二次電池９を有する電池ユニット８が設けられ、電池容量に応じて属するグループＡ，Ｂ，Ｃが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成された複数の電池群１は、それぞれ対応して設けられたＰＣＳ２を介して電力系統２０と接続される。電力系統２０の状態に応じてグループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値が出力される。各電池群１は、属するグループに対して出力された充放電指令値に基づいて充放電が制御され、各グループがそれぞれ周期の異なる電力系統２０の周波数変動を抑制する。

このように、異なる電池容量となるように形成された各電池群１は、それぞれＰＣＳ２とスレーブ３が設けられていることにより、上位側のＥＭＳ４から出力される充放電指令値に基づいて、属するグループ毎に充放電制御される。また、各グループは、それぞれ担う周波数変動を抑制する周期が異なるので、それぞれ担当する周期の周波数変動を抑制するレート（電流）で充放電を制御すればよく、周波数変動を効率的に抑制できる。

また、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群よりも高いレートで充放電が繰り返し行われた場合には、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群と比較して、設置環境、個体差等の影響により使用期間が長くなることでグループ内の各電池群の劣化度合いに差が大きく生じる場合がある。本実施形態によれば、各電池群の劣化度合いを判定し、劣化度合いが大きいと判定された場合には他の電池群よりも充放電指令値を小さくする（例えば、レートを抑える）ことにより、劣化の進行を抑制することができる。また、これにより、同じグループ内の電池群の劣化を略均一化させることができ、特定の電池群の早期劣化を防止できる。
なお、劣化度合いは、内部抵抗や温度を所定の閾値と比較することにより劣化の進み具合を判定できる。

〔変形例１〕
また、電池システム１００は、図３に示されるように、上述した構成に加え、切替部（切替手段）５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃと、スレーブ３に切替制御部７とを備えていてもよい。
切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃは、各ＰＣＳ２と電力系統２０との間にそれぞれ設けられ、制御されることにより、各ＰＣＳ２と電力系統２０との間の接続非接続を切り替える。

切替制御部７は、電池群１の劣化度合いが、第２閾値よりも大きいと判定した場合に、対応する電池群１に属する切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃを選定して、非接続状態にして、電池群１の電池ユニット８を交換可能とする。ここで、第２閾値とは、劣化度合いの許容範囲を超える値であり、例えば、充放電が継続できない状態を示す。例えば、図３の電池群１ａ１のように、劣化が進んでいる電池群１がある場合には、その電池群１に対応する切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃを非接続状態にする。

このように、劣化度合いが許容範囲を超え、性能低減の要因となる電池群１を、切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃを非接続状態にして切り離す。これにより、性能低減を最小限で済ませることができ、故障している電池群１の除去及び交換等ができる。
また、切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃは、全ての電池群１に必ずしも設ける必要は無く、特に劣化度合いが許容範囲を超え、性能低減の要因となり易い電池容量が小さいグループ（例えばグループＡ）の電池群１の切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３のみとしてもよい。

また、電池容量が小さいグループ（例えばグループＡ）の電池群１は高いレートで充放電が繰り返し行われるので、電池容量が小さいグループ内の各電池群１の劣化度合いが、充放電を継続できない状態を示す許容範囲を超える第２閾値よりも大きくなる場合があるが、故障している電池群１の交換は少数の電池ユニット８のみになるので、そのコストを最小に抑えることができる。また、切替部５ａ１，５ａ２，５ａ３を非接続状態にして切り離す電池群１も小容量なので、電池システム１００の性能低下は最小限に限られ、電池システム１００の運用を継続することが可能である。

逆に、電池容量が大きいグループ（例えばグループＣ）の電池群１は低いレートで充放電が行われるので、電池容量が大きいグループ内の各電池群１の劣化度合いが、充放電を継続できない状態を示す許容範囲を超える第２閾値よりも大きくなる場合は、極めて少ない。電池容量が大きいグループ内の各電池群１は多数の電池ユニット８から構成されるため、故障している電池ユニット８を特定して交換する作業は大作業となり、コストもかさむことになるが、劣化して故障に至ることがほとんど無いため、コスト発生は実質的に無い状況になる。
従い、本実施形態の電池システム１００は、長期間の運用において、電池容量が小さいグループの電池群１の少数の電池ユニット８を最小限の数量のみを適切に交換することでよいので、電池ユニット８の交換費用を最小限にでき、経済的である。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態について図４及び図５を用いて説明する。本第２の実施形態に係る電池システム１００´は、スレーブ間で情報交換する点で第１の実施形態と異なる。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、電池容量が小さいグループの電池群は、電池容量が大きいグループの電池群よりも高いレートで充放電を繰り返し行うことは同じであるが、各グループ内や各グループ間で電池ユニット８に充電した電力の相互融通するところが異なる。以下、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図４は、本実施形態に係る電池システム１００´の概略構成図である。
また、スレーブ３は、対応するグループに属する電池群１から取得した電池情報を、他のグループのスレーブ３に送信するとともに、他のグループに対応するスレーブ３から他のグループに属する電池群１の電池情報を受信する。
例えば、電池ユニット８の満充電状態は充電率ＳＯＣを１００％とし、過放電状態は充電率ＳＯＣを０％とし、充電停止の充電率ＳＯＣを９０％とし、放電停止の充電率ＳＯＣを１０％とするといったように、電池ユニット８は運用範囲や許容範囲が決められている。そこで、本実施形態においては、電池ユニット８は、満充電や過放電に到達すると故障や劣化の原因となることを勘案し、満充電や過放電に到達しないように各電池群の充放電を制御して、充電率ＳＯＣを許容される範囲内で維持するよう制御する。

以下に、本実施形態に係る電池システム１００´の作用を図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態の電池システム１００´の作用を説明するために、スレーブ３ａとスレーブ３ｂの部分に着目した図を示している。
スレーブ３ａとスレーブ３ｂ、スレーブ３ｂとスレーブ３ｃは、それぞれ対応する電池群１から取得した電池情報を互いに送受信している（図５のステップＳＢ１）。電力系統２０から検出した事象に応じて、ＥＭＳ４から各スレーブ３に充放電指令値が出力される。

ここで、スレーブ３ａに対して充電指令値Ｘが出力された場合を例に挙げて説明する（図５のステップＳＢ２）。
スレーブ３ａは、ＥＭＳ４から取得した充電指令値Ｘと、グループＡの電池群１の電池情報と、グループＢの電池群１の電池情報に基づいて、グループＡの電池群１ａ１，１ａ２，１ａ３の個別の充放電指令値と、グループＢの電池群１ｂの個別の充放電指令値を決定する。例えば、電池群１ａ１は、一定期間充電勝手な短周期周波数の変動抑制運転が継続された結果として、充電率ＳＯＣが充電停止状態（例えば、充電率ＳＯＣ＝９０〔％〕）になっているとする。

その場合、電池群１ａ１はそれ以上の充電は過充電を引き起こすため好ましくないので、電池群１ａ１に対しては、好ましい充電率ＳＯＣ５０％となるように放電指令値Ｙを出力することとする（図５のステップＳＢ３）。
本実施形態の充電率ＳＯＣに関して、充電指令および放電指令どちらにも対応できるよう好ましい充電率ＳＯＣは５０％（基準値）とする。二次電池の過充電および過放電を防ぐため、充電がされないようにする充電停止状態から、放電がされないようにする放電停止状態との区間で制御されており、本実施形態においては、充電停止状態は充電率ＳＯＣを９０％とし、放電停止状態は充電率ＳＯＣを１０％とする。

また、電池群１ａ２，１ａ３，１ｂは、充電ができる状態（充電率ＳＯＣが９０％以下）であれば、電池群１ａ１からの放電量（放電指令値Ｙ）と、ＥＭＳ４からの充電指令値Ｘとに基づいて、例えば、各電池群の充電率ＳＯＣが９０％を超えない範囲内で電池群１ａ２，１ａ３，１ｂの充電指令値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を決定し、出力する（図５のステップＳＢ４）。
つまり、（充電指令値Ｘ）＝（充電指令値Ｘ１）＋（充電指令値Ｘ２）＋（充電指令値Ｘ３）−（放電指令値Ｙ）となるように、各電池群１の充放電指令値を演算する。

放電指令値Ｙを取得したＰＣＳ２ａ１は、放電指令値Ｙに基づいて電池群１ａ１を放電制御する。放電指令値Ｙと充電指令値Ｘとに基づいて充電指令値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を決定し、充電指令値Ｘ１，Ｘ２を取得したＰＣＳ２ａ２，２ａ３は、充電指令値Ｘ１，Ｘ２に基づいて、電池群１ａ２，１ａ３を充電制御する。
一方、スレーブ３ｂは、スレーブ３ａから充電指令値Ｘ３を取得する。
スレーブ３ｂは、ＰＣＳ２ｂに対して、スレーブ３ａから取得した充放電指令値Ｘ３を出力する。

このように、ＥＭＳ４からスレーブ３ａに対して充電指令値（または放電指令値）を取得した場合に、対応する電池群１が充電停止状態（または放電停止状態）となっており、それ以上の充電（または放電）ができない場合には、放電（または充電）させ、その余剰分（または不足分）を他のグループの電池群１に配分させることにより、電池群１の充電率ＳＯＣを使用範囲領域（充電率ＳＯＣ１０％〜９０％）に維持させることができる。

また、本実施形態においては、グループＡで充電量が過剰である場合に、充電可能なグループＢに充電させることとして説明していたが、これに限定されない。例えば、グループＡとグループＣで情報交換しており、グループＣの充電率ＳＯＣに余裕があればグループＡの充電量をグループＣに充電させてもよい。
また例えば、グループＢの充電率ＳＯＣに不足があれば、グループＡからだけでなく、グループＣの余剰分から充電してもよい。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電池システム１００´及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、異なるグループに対応するスレーブ３間で、それぞれの電池群１の電池情報を送受信することにより、例えば、同一グループ内では過剰な充電率が生じ放電が必要であったとしても、他のグループに充電率の不足が生じていれば、電力系統２０の周波数制御を行うために、電池システム１００から電力系統２０へ充放電する際、各電池群１の出力配分により充電率ＳＯＣが過剰な電池群１から充電率ＳＯＣの不足が生じる電池群１に充放電電力を融通することにより、電池システム全体として充放電指令値を満たすことができる。また、これにより電池群１の充電率ＳＯＣが使用範囲領域に維持されるため、電池システムの性能が高くなる。

なお、第１の実施形態、第２の実施形態において、電池容量が大きいグループＣは、電池群１に代えて、発電設備を用いても良い。
なお、発電設備とは、例えば、ガスエンジン発電設備等である。ガスエンジン発電設備は、燃料を燃焼させて駆動するガスエンジンと、ガスエンジンの運転に伴って駆動して発電がなされ、電力を供給することができるようになる発電機とを備えている。
発電設備は、通常は定格より低い状態で発電しておき、周波数が高くなれば、更に出力を下げ、逆に周波数が低くなれば、出力を上げるという一般的に言われているＬｏａｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ（負荷周波数制御）という運転をする。

発電設備を用いる場合には、充放電する電力の融通はグループＡとグループＢ間で行うものとする。
このように、電池容量が大きいグループに発電設備を設けることによって、簡便にベースロードを負担させることができる。
また、本実施形態の電池容量が小さいグループＡは、電池群１に代えて、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を用いることとしても良い。電気二重層コンデンサを用いることによって、簡便に電池容量が小さい電池群１を形成することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ａ１，１ａ２，１ａ３，１ｂ，１ｃ 電池群
２ａ１，２ａ２，２ａ３，２ｂ，２ｃ ＰＣＳ（電力変換器）
３ａ，３ｂ，３ｃ スレーブ（第２制御手段）
４ ＥＭＳ（第１制御手段）
５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ｂ，５ｃ 切替部（切替手段）
６ 指令値調整部（指令値調整手段）
７ 切替制御部
１０ 連結線
２０ 電力系統
１００、１００´ 電池システム

Claims (12)

1. １つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、
   各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器と、
   前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力する第１制御手段と、
   各前記グループに対応して設けられ、前記充放電指令値に基づいて、対応する前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第２制御手段とを具備し、
   各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される電池システム。
2. 前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群と比べて、大きな電流で充放電させて、短い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される請求項１に記載の電池システム。
3. 前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群と比べて、小さな電流で充放電させて、長い周期の前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が制御される請求項１または請求項２に記載の電池システム。
4. 前記第２制御手段は、対応する前記グループに属する各前記電池群の電池情報を取得し、前記電池情報に基づいて、各前記電池群の充放電を制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の電池システム。
5. 前記第２制御手段は、対応する前記グループに属する前記電池群の前記電池情報と、他の前記グループに対応する前記第２制御手段から受信する他の前記グループに属する前記電池群の前記電池情報とに基づいて、
   前記電池ユニットの充電率を所定の使用範囲領域になるよう各前記電池群の充放電を制御する請求項４に記載の電池システム。
6. 一の前記グループに、複数の前記電池群が属している場合に、
   前記第２制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第１閾値より大きいと判定した前記電池群に対し、前記電池群の劣化度合いが前記第１閾値以下と判定された前記電池群よりも小さい前記充放電指令値を出力する指令値調整手段を具備する請求項１から請求項５のいずれかに記載の電池システム。
7. 各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、
   前記第２制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第２閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、
   前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電池システム。
8. 最も前記電池容量が大きい前記グループの前記電池群は、発電設備とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電池システム。
9. 最も前記電池容量が小さい前記グループの前記電池群は、電気二重層コンデンサとする請求項１から請求項８のいずれかに記載の電池システム。
10. １つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御方法であって、
    前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を第１制御手段から出力する第１工程と、
    前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を第２制御手段で制御する第２工程と、
    各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電が前記第２制御手段で制御される第３工程と
    を有する電池システムの制御方法。
11. 前記電池システムは、各前記電力変換器と前記電力系統との間の接続非接続を切り替える切替手段を具備し、
    前記第２制御手段は、前記電池群の劣化度合いが、第２閾値よりも大きいと判定した場合に、前記切替手段を非接続状態にして、前記電池群の前記電池ユニットを交換可能とするメンテナンス工程を有する請求項１０に記載の電池システムの制御方法。
12. １つ以上の二次電池を有する電池ユニットを設け、電池容量に応じて属するグループが決定され、少なくとも２つの異なる電池容量となるように形成される複数の電池群と、各前記電池群に対応して設けられ、前記電池群と電力系統との間に接続される電力変換器とを具備する電池システムの制御プログラムであって、
    前記電力系統の状態に応じて、前記グループ毎にそれぞれ決定される充放電指令値を出力させる第１処理と、
    前記充放電指令値に基づいて、前記グループ毎に、前記グループに属する前記電池群の充放電を制御する第２処理と、
    各前記グループの電池容量に対応して、それぞれ周期の異なる前記電力系統の周波数変動を抑制するために充放電を制御する第３処理と
    をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
    

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