WO2014136705A1 - 複数電池を有する二次電池システム及び充放電電力等の配分方法 - Google Patents

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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a secondary battery system having a plurality of individually chargeable / dischargeable batteries and a method for distributing charge / discharge power or current (hereinafter referred to as charge / discharge power) using the secondary battery system. .
  • a large-scale power storage system using secondary batteries is expected for applications such as suppression of fluctuations in power generation using natural energy such as sunlight and wind, suppression of fluctuations in power demand, and peak shift.
  • a plurality of batteries sub-battery systems: hereinafter simply referred to as “batteries” capable of individually controlling charge / discharge power are used in combination.
  • a plurality of batteries capable of individually controlling charge / discharge power are used in combination.
  • command values such as charge / discharge power for the entire power storage system to individual batteries as constituent elements.
  • a secondary battery system that can be charged and discharged individually and has a plurality of batteries of various types, if the charge / discharge power distribution to each battery is not properly performed, early deterioration of each battery or system The overall charge / discharge energy efficiency is reduced.
  • general lead-acid batteries have a low SOC (state-of-charge), and lithium-ion batteries are likely to deteriorate at a high SOC. If the SOC area that stays for a long time is not properly taken into consideration, the life may be shortened. there were.
  • Embodiments of the present invention can contribute to extending the life of each battery and improving charge / discharge (energy) efficiency of the entire system, and a secondary battery system having a plurality of batteries, and charge / discharge using the secondary battery system
  • the purpose is to provide a method for distributing power.
  • a secondary battery system having a plurality of batteries includes a plurality of batteries that can be individually charged and discharged, and connected to each of the batteries.
  • a plurality of charging / discharging devices that perform charging / discharging, and a battery controller that distributes the charging / discharging power value or current value of the entire system to each of the charging / discharging devices at a fixed period or at an arbitrary timing;
  • a distribution ratio determining unit that distributes
  • a method for distributing charge / discharge power and the like includes a plurality of batteries that can be individually controlled for charge / discharge, and a plurality of charging / discharging batteries connected to each of the batteries.
  • a discharge controller and a battery controller that distributes a charge / discharge power value or a current value of the entire system to each of the charge / discharge devices at a fixed period or at an arbitrary timing, and the battery controller allows each of the batteries to be Priorities are assigned to the plurality of batteries at each time point based on deterioration characteristics relating to SOC, and charge / discharge power values or current values are distributed to the charge / discharge devices according to the priorities.
  • FIG. 1 shows a configuration of a secondary battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery system 10 includes a battery controller 1 that distributes charging / discharging power to each battery, and a plurality (for example, 30) of PCSs 2-1 to 2 that are connected to each battery and discharge and charge the battery. -30, and a plurality of (for example, 30) chargeable / dischargeable batteries 3-1 to 3-30 provided corresponding to the PCSs 2-1 to 2-30 and 1: 1.
  • a wide variety of batteries 3-1 to 3-30 are connected to the DC side of the corresponding PCSs 2-1 to 2-30 and ACs of the PCSs 2-1 to 2-30 are connected. All the sides are connected in parallel and connected to the power system 4.
  • the PCSs 2-1 to 2-30 are all connected to the battery controller 1.
  • FIG. 2 shows a detailed configuration of the battery controller 1.
  • the battery controller 1 includes an SOC data storage unit 11, a charge need characteristic storage unit 12, a charge / discharge efficiency characteristic storage unit 13, a charge need value calculation unit 14, a priority order calculation unit 15, and a distribution ratio determination unit 16. It has.
  • the battery controller 1 determines priorities for the batteries 3-1 to 3-30 to be distributed to each of the fixed cycles (for example, every minute) by these elements, and the charge / discharge power according to the priorities is determined. Determine the allocation.
  • the SOC data storage unit 11 acquires and stores the SOC (State of Charge) data of each of the batteries 3-1 to 3-30 and the temperature data at that point in time.
  • the charging need characteristic storage unit 12 stores charging needs characteristic data for each of the SOC and temperature values described below for each of the batteries 3-1 to 3-30 in a table format or the like.
  • Charging needs characteristics are characteristics used for the purpose of suppressing deterioration and extending the life, and indicate the degree of necessity of charging to prevent the target battery from being deteriorated as much as possible.
  • This charging needs characteristic is a characteristic value based on the deterioration rate characteristic for each value of SOC and temperature of each of the batteries 3-1 to 3-30, and was obtained by conducting an accelerated life test under various conditions in advance. Created based on the degradation rate characteristics.
  • the battery deterioration factors include calendar deterioration and charge / discharge cycle deterioration. This characteristic corresponds to calendar deterioration.
  • the charging need characteristic has a positive value when the deterioration rate decreases on the SOC side higher than the current SOC, and becomes a negative value when the deterioration rate decreases on the SOC side lower than the current SOC. That is, the charging need characteristic curve at a certain temperature is similar to the characteristic obtained by inverting the sign of the differential value of the deterioration rate curve at that temperature.
  • FIG. 3A one specific method for determining the charging needs characteristics of each battery is based on the results of the calendar deterioration test of the battery, and the SOC and deterioration rate (for example, capacity reduction per unit time). Rate)), and the one obtained by differentiating it with respect to the SOC and inverting the sign is used.
  • the SOC and deterioration rate for example, capacity reduction per unit time. Rate
  • the differential value of the deterioration rate related to the SOC is positive, the deterioration becomes faster as the SOC increases. Therefore, the charging need characteristic is negative (desirably discharged), and the differential value of the deterioration rate related to the SOC is negative. In this case, since the deterioration is delayed as the SOC increases, the charging needs characteristic is positive (it is desirable to charge).
  • FIG. 3B shows the relationship between the SOC and the charging needs obtained in consideration of the above method.
  • FIG. 4 shows the relationship between SOC and charging needs for a specific type of battery.
  • the charging need characteristic swings to the minus side as it goes to the high SOC side as shown in FIG. 4A (that is, does not enter this region).
  • the characteristic is that the battery is not charged as much as possible.
  • the charging need characteristic is a characteristic that the low SOC side swings to the plus side (charging as much as possible to escape from this region) as shown in FIG. .
  • the deterioration rate is the smallest in the fully charged state and the deterioration rate increases as it goes to the low SOC side. Therefore, as shown in FIG.
  • the value is on the plus side in the SOC region, and is particularly large on the low SOC side.
  • the desirable standby state is a slightly lower SOC position than the full charge.
  • the charge / discharge efficiency characteristic storage unit 13 performs an efficiency characteristic test described below for each of the batteries 3-1 to 3-30, and stores the charge / discharge efficiency characteristics obtained as a result.
  • FIG. 5 shows the relationship between the charge / discharge power value and the charge / discharge efficiency expressed by the rated power ratio for a specific type of battery.
  • the charge / discharge efficiency is the charge / discharge energy efficiency of each battery 3-1 to 3-30 and the corresponding PCS 2-1 to 2-30, that is, how much of the charged energy (Wh) can be taken out by discharge. The ratio is shown.
  • MEP Maximum Efficiency Point
  • the charging need value calculation unit 14 acquires the specific charging need characteristic from the charging need characteristic storage unit 12 for each of the batteries 3-1 to 3-30, and acquires the SOC data at the time point from the SOC data storage unit 11 Then, the charging need value is calculated.
  • the priority calculation unit 15 uses the “charging need characteristic” value for the SOC that is defined in advance for each type of the batteries 3-1 to 3-30 in prioritizing the batteries 3-1 to 3-30. That is, when the charge / discharge power value Ptotal (tn) of the entire system is on the charge side, the priority calculation unit 15 gives priority to the batteries 3-1 to 3-30 having the highest charging needs at that time. In the case where the charge / discharge power value of the entire system is on the discharge side, priority is assigned in order from the lowest charge need value of each of the batteries 3-1 to 3-30 at that time.
  • Allocation ratio determination method After the priority order is determined for the distribution destination battery, it is necessary to determine the power value to be distributed to each of the batteries 3-1 to 3-30 according to the priority order.
  • As a method for determining the distribution ratio in the graph showing the relationship between the rated power ratio and the charge / discharge efficiency in FIG. There is a method of setting the power value to be distributed to the value between MEP and MPP (Maximum Power Point: chargeable / dischargeable maximum power value) shown in FIG.
  • FIG. 7 Three distribution cases are compared in the case of distributing an 11 kW command value to three 10 kW rated batteries.
  • three batteries are prioritized in the order of battery 1, battery 2, and battery 3 according to the charging need value (NOC).
  • NOC charging need value
  • the loss breakdown of the battery, the standby power component and P 0, the current square proportional amount and k ⁇ P 2.
  • the highest efficiency point power of each battery is assumed to be 67% in terms of the rated power ratio.
  • Case (C) has the least loss and high efficiency. This is considered to be due to the fact that the distribution of loss has a current-square ratio, so that even distribution when viewed in terms of rated power ratio results in the smallest loss.
  • Table 2 shows a distribution ratio determination method in the distribution ratio determination unit 16 in consideration of the method described above.
  • the distribution ratio determining unit 16 compares the total chargeable / dischargeable power value (MPP) of all the batteries 3-1 to 3-30 with the charge / discharge power command value of the entire system at the time point, and the latter Is greater than or equal to the former, the maximum chargeable / dischargeable power value (MPP) is distributed to all the batteries 3-1 to 3-30. If the latter is larger than the former, the command value cannot be distributed.
  • MPP total chargeable / dischargeable power value
  • the distribution ratio determining unit 16 determines that the charge / discharge power command value for the entire system at that time is smaller than the total value of the maximum charge / discharge power values (MPP) of all the batteries 3-1 to 3-30. If it is greater than or equal to the sum of the maximum efficiency point power values (MEP) of -1 to 3-30, the MEP is temporarily allocated to all chargeable / dischargeable batteries, and the unallocated remainder is allocated to each allocated battery. Additional allocation is made based on the ratio of remaining power (MPP-MEP).
  • the distribution ratio determining unit 16 performs charge / discharge. Distribute to the top n batteries of possible priority by MEP ratio.
  • MEP ratio the ratio n between the allocated power and the MEP is closest to 1 and the efficiency n is the highest.
  • FIG. 8 shows, as an example, a case (A) distributed to one case, a case (B) distributed to two cases, and a case (C) distributed to three. Proportional distribution.
  • the distribution method with the highest efficiency is considered to be either (B) or (C) where the distribution amount is close to MEP. Strictly speaking, as shown in Table 1, the efficiency of both is calculated and determined.
  • the charging need value calculation unit 14 of the battery controller 1 obtains specific charging need characteristic data (characteristic values for each SOC value) from the charging need characteristic storage unit 12 for all the batteries 3-1 to 3-30. Obtain the SOC from the SOC data storage unit 11 and calculate the charging need value (step S11).
  • the priority calculation unit 15 acquires the charging need value from the charging need value calculation unit 14, and when the charging / discharging power command value of the entire system at the time is in the charging direction, from the battery having a large charging need value, In the discharging direction, prioritization is performed in order from the battery with the smallest charging need value (step S12).
  • the distribution ratio determining unit 16 charges / charges all the batteries 3-1 to 3-30.
  • the total value of the maximum dischargeable power value (MPP) is compared with the charge / discharge power command value of the entire system at that time (step S13). If the latter is greater than or equal to the former (Yes in step S13), the chargeable / dischargeable maximum power value (MPP) is distributed to all the batteries 3-1 to 3-30 (step S14), and the process is terminated.
  • the distribution ratio is determined.
  • the unit 16 obtains the maximum efficiency point power values (MEP) of all the batteries 3-1 to 3-30 based on the charge / discharge efficiency characteristics of the batteries 3-1 to 3-30 obtained from the charge / discharge efficiency characteristic storage unit 13. ) And the charge / discharge power command value of the entire system at that time (step S15).
  • step S15 If the latter is greater than or equal to the former (Yes in step S15), the highest efficiency point power value (MEP) is once allocated to all the batteries 3-1 to 3-30, and the remaining power (MPP- MEP) is allocated (step S16), and the process ends.
  • MEP highest efficiency point power value
  • the distribution ratio determining unit 16 distributes the MEP of each battery in priority order (step S17), and sets the priority of the last distribution destination battery to n (step S18).
  • the distribution ratio determining unit 16 determines whether or not the distribution amount of the nth battery is smaller than half of the MEP and can be added to the 1st to (n-1) th batteries (step S19).
  • the distribution amount of the nth battery is additionally allocated to the (n-1) allocated batteries in the ratio of the remaining power of each battery (MPP-MEP).
  • the charge / discharge command value is redistributed to the 1st to nth batteries in the ratio of MEP of each battery (step S21).
  • step S20 or step S21 is completed, a battery (including PCS) with zero distributed power is shifted to the low power consumption mode (step S22), and the process ends.
  • the distribution ratio determining unit 16 of the battery controller 1 distributes the charging power in preference to the battery having high charging needs. That is, as shown in FIG. 10, since the battery in the position where the charging need curve is high moves to the lower side, the charging needs values of all the batteries 3-1 to 3-30 work in the same direction. On the other hand, when the entire system is in the discharge direction, the discharge power is distributed in preference to the battery with low charging needs. In other words, since the batteries in the position where the charging need curve is low move higher, the charging needs values of all the batteries 3-1 to 3-30 work in the same direction.
  • the SOC position (SOC distribution) of each battery for each SOC point As a whole system, it is possible to specify the SOC position (SOC distribution) of each battery for each SOC point as a whole system. Become. For example, in the example of FIG. 10, the battery B has a quick deterioration characteristic in a low SOC region, and thus has a charging need curve as illustrated. As a result, when the system is in the high SOC state, the battery is almost fully charged, and even in the low SOC state as the system, it is possible to always maintain a relatively higher SOC state than the battery A.
  • the charge / discharge power command value of the entire system at a certain time can be handled by only one battery. (That is, during low load operation), for example, if power is evenly distributed to three batteries, all the batteries are operated under low-efficiency conditions (dotted line I in FIG. 11).
  • the highest efficiency point power is allocated as much as possible in the order of priority determined from the above-described viewpoint of suppressing deterioration, it is distributed to only a small number of batteries with almost the highest efficiency point (Pemax) power (battery 1 in FIG. 11).
  • Dotted line II) and the remaining battery group (battery 2 and battery 3) with zero distributed power (dotted line III) can be shifted to a low power consumption standby mode, and the self power consumption of the entire system can be reduced.
  • the charging need characteristic is a characteristic expressed by a two-dimensional graph with respect to the SOC (see FIGS. 4 and 10).
  • the charging need characteristic can also be expressed by a three-dimensional graph corresponding to both the SOC and temperature parameters.
  • the temperature at an arbitrary point in time is uniquely determined, so that the same processing as the distribution method shown in FIG. 9 can be performed by using the charging need characteristic value of the two-dimensional graph corresponding to the temperature. it can.
  • Various batteries can be used as the plurality of batteries targeted in the present embodiment.
  • the types are not limited to nickel metal hydride batteries, lead storage batteries, and the like, and the capacity (Wh) and output (W) of each battery need not be uniform.
  • the distribution method described in the above embodiment can be applied as it is by setting “rated power” described in the embodiment to “maximum chargeable / dischargeable power”.
  • the “maximum efficiency point power” is defined as “the maximum efficiency point within a chargeable / dischargeable range”.
  • FIG. 10 explains the deterioration suppression effect using the charging needs characteristics when the number of batteries is two
  • FIG. 11 increases the charging / discharging efficiency using the charging / discharging efficiency characteristics when the number of batteries is three.
  • the number of batteries is arbitrary, it is clear that the same effect can be obtained even if the number of batteries is increased.

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Abstract

　各電池の長寿命化やシステム全体の充放電（エネルギー）効率向上に寄与することができる、複数電池を有する二次電池システムを提供する。二次電池システム１０は、個別に充放電制御可能な複数の電池３－１～３－３０と、該電池の各々に対応して接続され該電池に充放電を行う複数のＰＣＳ２－１～２－３０と、定周期または任意のタイミングでシステム全体としての充放電電力値をＰＣＳ２－１～２－３０の各々に対して配分する電池コントローラ１とを備える。電池コントローラ１は、電池３－１～３－３０の各々のＳＯＣに関する劣化特性に基づいて各時点で複数の電池３－１～３－３０に優先順位付けを行う優先順位算出部と、該優先順位に従いＰＣＳ２－１～２－３０への充放電電力値を配分する配分割合決定部と、を有する。

Description

複数電池を有する二次電池システム及び充放電電力等の配分方法
　本発明の実施形態は、個別に充放電制御可能な電池を複数有する二次電池システム及びその二次電池システムを用いた充放電電力または電流（以下、充放電電力等と記す）の配分方法に関する。
　太陽光、風力等の自然エネルギーを利用した発電の変動抑制、電力需要の変動抑制やピークシフト等の用途に、二次電池による大規模な蓄電システムの利用が期待されている。こうした大規模な蓄電システムを構成するには、個別に充放電電力等を制御可能な電池（サブ電池システム：以下、単に「電池」と記す）を複数個組合せて利用するケースが増えることになる。このような複数の電池から構成されるシステムでは、蓄電システム全体に対する充放電電力等の指令値を構成要素である個別の電池にどのように配分するかが問題となる。
特開２００８－１１８７９０号公報 特開２０１１－１７７０２５号公報 特開２０１２－２１００３９号公報
　個別に充放電制御可能であって、特に多種多様な種類からなる複数電池を有する二次電池システムにおいては、各電池に対する充放電電力配分を適切に行わないと、各電池の早期劣化や、システム全体の充放電エネルギー効率が低下してしまう。例えば、一般的な鉛蓄電池は低ＳＯＣ（State of Charge：残量）、リチウムイオン電池は高ＳＯＣでそれぞれ劣化が進みやすく、長期間滞在するＳＯＣ領域を適切に考慮しないと短寿命となる場合があった。
　また、システム全体の充放電電力が定格電力に対して極端に少ないような低負荷運転時には、充放電電力を全電池に均等に配分するとＰＣＳ（Power Conditioning System：電力変換器）の低効率領域での運転となり、エネルギー効率の低下を招くことになってしまう。
　本発明の実施形態は、各電池の長寿命化やシステム全体の充放電（エネルギー）効率向上に寄与することができる、複数電池を有する二次電池システム及びその二次電池システムを用いた充放電電力等の配分方法を提供することを目的とする。
　上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る複数電池を有する二次電池システムは、個別に充放電制御可能な複数の電池と、該電池の各々に対応して接続され該電池に充放電を行う複数の充放電装置と、定周期または任意のタイミングでシステム全体としての充放電電力値又は電流値を前記充放電装置の各々に対して配分する電池コントローラとを備え、該電池コントローラは、前記電池の各々のＳＯＣに関する劣化特性に基づいて各時点で前記複数の電池に優先順位付けを行う優先順位算出部と、該優先順位に従い前記充放電装置への充放電電力値又は電流値を配分する配分割合決定部と、を有することを特徴とする。
　また、本発明の実施形態に係る充放電電力等の配分方法は、個別に充放電制御可能な複数の電池と、該電池の各々に対応して接続され該電池に充放電を行う複数の充放電装置と、定周期または任意のタイミングでシステム全体としての充放電電力値又は電流値を前記充放電装置の各々に対して配分する電池コントローラとを備え、該電池コントローラにより、前記電池の各々のＳＯＣに関する劣化特性に基づいて各時点で前記複数の電池に優先順位付けを行い、該優先順位に従い前記充放電装置への充放電電力値又は電流値を配分することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る二次電池システムの構成を示す概略図である。 本実施形態の電池コントローラの詳細な構成を示すブロック図である。 充電ニーズ特性を求める方法を説明するグラフであり、（ａ）はＳＯＣと劣化速度との関係、（ｂ）はＳＯＣと充電ニーズとの関係である。 特定の種類の電池についてのＳＯＣと充電ニーズとの関係を示すグラフであり、（ａ）は種類Ａの電池（リチウムイオン電池）の場合、（ｂ）は種類Ｂの電池（鉛蓄電池）の場合である。 特定の種類の電池（ＰＣＳを含む）についての定格電力比で表した充放電電力値と充放電効率との関係を示すグラフであり、（ａ）は種類Ａの電池の場合、（ｂ）は種類Ｂの電池の場合である。 配分する電力の範囲を説明するグラフである。 最高効率点を定格電力比で６７％とした場合の３種の配分方法の例を示す図である。 最高効率点を定格電力比で４０％とした場合の３種の配分方法の例を示す図である。 本実施形態の二次電池システムによる充放電電力の配分方法を示すフローチャートである。 充電ニーズ特性を利用した劣化抑制効果を説明するグラフである。 充放電効率特性を利用した高充放電効率化を説明するグラフである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
（二次電池システムの構成）
　図１に、本発明の一実施形態に係る二次電池システムの構成を示す。
　本二次電池システム１０は、各電池に対して充放電電力の配分を行う電池コントローラ１と、各電池に接続されて該電池の放充電を行う複数（例えば３０個）のＰＣＳ２－１～２－３０と、該ＰＣＳ２－１～２－３０と１：１に対応して設けられた充放電可能な複数（例えば３０個）の電池３－１～３－３０と、を備えている。この二次電池システム１０においては、多種多様な電池３－１～３－３０が、それぞれ対応したＰＣＳ２－１～２－３０のＤＣ側に接続されるとともに、ＰＣＳ２－１～２－３０のＡＣ側が全て並列接続されて電力系統４に連系接続されている。また、ＰＣＳ２－１～２－３０は、全て電池コントローラ１に接続される。
（電池コントローラ１の構成）
　図２に、電池コントローラ１の詳細な構成を示す。
　電池コントローラ１は、ＳＯＣデータ保存部１１と、充電ニーズ特性保存部１２と、充放電効率特性保存部１３と、充電ニーズ値算出部１４と、優先順位算出部１５と、配分割合決定部１６とを備えている。電池コントローラ１は、これらの要素によって、定周期毎（例えば１分毎）に、配分先の電池３－１～３－３０への優先順位を決定し、この優先順位に従った充放電電力の配分を決定する。
（ＳＯＣデータ保存部１１）
　ＳＯＣデータ保存部１１は、任意の時点での各電池３－１～３－３０のＳＯＣ（State of Charge：残量）のデータ及びその時点での温度のデータを取得して、保存する。
（充電ニーズ特性保存部１２）
　充電ニーズ特性保存部１２は、各電池３－１～３－３０について以下で説明するＳＯＣ、温度の各値に対する充電ニーズ特性のデータをテーブル形式等として保存する。
　充電ニーズ特性は、劣化抑制・長寿命化の目的に利用される特性であり、対象とする電池を極力劣化させないための充電必要性の程度を表す。この充電ニーズ特性は、各電池３－１～３－３０のＳＯＣと温度の各値に対する劣化速度特性に基づく特性値であり、あらかじめ各種条件での加速寿命試験等を行い、その結果得られた劣化速度特性を元に作成しておく。電池の劣化要因としてカレンダ劣化と充放電サイクル劣化があるが、本特性はカレンダ劣化に対応している。充電ニーズ特性は、現状のＳＯＣより高ＳＯＣ側で劣化速度が低下する場合にはプラスの値となり、現状のＳＯＣより低ＳＯＣ側で劣化速度が低下する場合にはマイナスの値となる。即ち、ある温度における充電ニーズ特性カーブは、当該温度における劣化速度カーブの微分値の符号を反転した特性と類似した特性になる。
　各電池の充電ニーズ特性を求める具体的な一つの方法は、図３（ａ）に示すように、当該電池のカレンダ劣化試験結果をもとにしてＳＯＣと劣化速度（例えば単位時間当たりの容量低減率）とのグラフを作成し、これをＳＯＣに関して微分して符号反転したものを用いることである。なぜなら、ＳＯＣに関する劣化速度の微分値が正の場合、ＳＯＣが増加するほど劣化が速くなるため、充電ニーズ特性は負（放電した方が望ましい）であり、ＳＯＣに関する劣化速度の微分値が負の場合、ＳＯＣが増加するほど劣化が遅くなるため、充電ニーズ特性は正（充電した方が望ましい）だからである。上記手法を考慮して求めた、ＳＯＣと充電ニーズとの関係について図３（ｂ）に示す。
　さらに、特定の種類の電池についてのＳＯＣと充電ニーズとの関係を図４に示す。一般的なリチウムイオン電池の場合、高ＳＯＣ側で劣化しやすいため、充電ニーズ特性は、図４（ａ）に示すように高ＳＯＣ側にいくほどマイナス側に振れる（即ち、この領域に入らないように、なるべく充電しない旨の）特性となる。また、低ＳＯＣ側も劣化面では必ずしも良くないため、充電ニーズ特性は図４（ａ）のように、低ＳＯＣ側がプラス側に振れる（この領域から抜け出すべく、なるべく充電する旨の）特性となる。
　これに対して、一般的な鉛蓄電池の場合、満充電状態で劣化が最も少なく低ＳＯＣ側にいくほど劣化速度が大きくなるため、充電ニーズ特性は図４（ｂ）に示すように、ほとんど全ＳＯＣ領域でプラス側にあり、特に低ＳＯＣ側で大きな値となる。また、鉛蓄電池については劣化面のみを考慮すると常に満充電が望ましい（即ち、充電ニーズ特性はＳＯＣ１００％でゼロとなる）。しかし、電池の本来の設置目的である充放電の予備力を確保するためには、満充電状態では充電受入不可のため、図４（ｂ）に示すように、特性カーブのＳＯＣ１００％近傍はマイナス側の値として、望ましい待機状態は満充電より若干少なめのＳＯＣ位置としている。
（充放電効率特性保存部１３）
　充放電効率特性保存部１３は、各電池３－１～３－３０について以下で説明するあらかじめ効率特性試験を行い、その結果得られた充放電効率特性を保存する。
　充放電効率特性は、損失低減・効率向上の目的に利用される。
　図５に、特定の種類の電池についての定格電力比で表した充放電電力値と充放電効率との関係を示す。充放電効率は、各電池３－１～３－３０とそれに対応したＰＣＳ２－１～２－３０との組について充放電エネルギー効率、即ち充電したエネルギー（Ｗｈ）のうちどれだけが放電で取り出せるかの比率を示すものである。
　図５（ａ）、（ｂ）共に、定格電力比における０％と１００％の間の中間領域のどこかに最高効率点電力値（ＭＥＰ：Maximum Efficiency Point）が存在する。その理由は、高出力領域では電池の内部抵抗含めた抵抗分によるジュール損が電流の二乗に比例して増加すること、他方、低出力領域では制御回路等の自己消費電力分の影響が相対的に増加することによる。
（充電ニーズ値算出部１４）
　充電ニーズ値算出部１４は、各電池３－１～３－３０について、充電ニーズ特性保存部１２からその固有の充電ニーズ特性を取得し、ＳＯＣデータ保存部１１から当該時点のＳＯＣのデータを取得して、充電ニーズ値を算出する。
（優先順位算出部１５）
　優先順位算出部１５は、電池３－１～３－３０の優先順位付けにおいて、電池３－１～３－３０の種類毎に予め規定されたＳＯＣに対する「充電ニーズ特性」値を利用する。即ち、優先順位算出部１５は、システム全体としての充放電電力値Ｐｔｏｔａｌ（ｔｎ）が充電側の場合には当該時点の各電池３－１～３－３０の充電ニーズ値が高いものから順に優先順位を付与し、システム全体としての充放電電力値が放電側の場合には当該時点の各電池３－１～３－３０の充電ニーズ値が低いものから順に優先順位を付与する。
（配分割合決定手法）
　配分先の電池に対して優先順位が決まった後は、当該順位に従って各電池３－１～３－３０に配分する電力値を決める必要がある。配分割合決定方法としては、図６の定格電力比と充放電効率との関係を示すグラフにおいて、最大値である最高効率点電力値（ＭＥＰ）を基準とし、各電池３－１～３－３０に配分する電力値を、図６に示したＭＥＰからＭＰＰ（Maximum Power Point：充放電可能最大電力値）の間の値とする手法がある。
　この手法では、システム全体としての充放電指令値が各電池のＭＥＰの合計値より大きい場合は、各電池３－１～３－３０に対して、ＭＥＰからＭＰＰの間の値を配分することができる。他方、システム全体としての充放電指令値が各電池のＭＥＰの合計値より小さい場合は、充放電指令値を配分しきる最後の電池への配分量がＭＥＰを下回り、かつこの最後の配分量を最後から一つ前の配分済み電池への追加配分ができないときには、そのまま最後の１つの電池のみがＭＥＰを下回った配分値となる。しかし、これでは効率的に最善の手法とは言えない。
　この点について、図７を用いて具体的に説明する。図７において、１０ｋＷ定格の電池３個に１１ｋＷの指令値を配分する場合について、３つの配分ケースを比較する。ここで、充電ニーズ値（ＮＯＣ）によって３つの電池が、電池１，電池２，電池３の順に優先順位が付けられているものとする。また、各電池の損失内訳について、待機電力分をＰ０とし、電流二乗比例分をｋ×Ｐ２とする。さらに、各電池の最高効率点電力を定格電力比で６７％と仮定する。
　また、配分方法として、ケース（Ａ）では、電池１にＭＥＰ相当の６．７ｋＷ（６７％）を配分、電池２に残りの４．３ｋＷ（４３％）を配分する。ケース（Ｂ）では、電池１にＭＰＰ相当の１０ｋＷ（１００％）を配分、電池２に残りの１ｋＷ（１０％）を配分する。ケース（Ｃ）では、電池１に５．５ｋＷ（５５％）、電池２に５．５ｋＷ（５５％）と等配分する。これらの３つのケースについて損失量を計算した結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　即ち、同じ２個の電池に配分する場合では、ケース（Ｃ）が最も損失が少なく、効率が高いことが分かる。これは、損失の内訳に電流二乗比分があるため、定格電力比でみたときの均等配分がもっとも損失が小さくなることによるものと考えられる。
（配分割合決定部１６）
　上記で説明した方法を考慮した配分割合決定部１６における配分割合決定方法を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　即ち、配分割合決定部１６は、全電池３－１～３－３０の充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）の合計値と、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値とを比較し、後者が前者より大きいか等しい場合は、全ての電池３－１～３－３０にその充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）を配分する。なお、後者が前者より大きい場合は、指令値を配分しきれないことになる。
　また、配分割合決定部１６は、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値が全電池３－１～３－３０の充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）の合計値より小さく、かつ全電池３－１～３－３０の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値よりも大きいか等しい場合は、充放電可能な全電池にそのＭＥＰを一旦配分し、未配分の余りを配分済み各電池に余力（ＭＰＰ－ＭＥＰ）の比で追加配分する。
　さらに、配分割合決定部１６は、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値が全電池３－１～３－３０の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値よりも小さい場合は、充放電可能な優先順位の上位ｎ個の電池にＭＥＰの比で配分する。ここで、個数のｎについては、配分電力とＭＥＰとの比が最も１に近くなり、最も効率が高くなるｎを採用する。
　この点について、図８を用いて具体的に説明する。当該時点のシステム全体の充放電電力指令値が全電池３－１～３－３０の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値よりも小さい場合は、システムとしての充放電電力に余力があるため、配分先の電池の数を絞ることが可能である。図８に、例として、１個に配分したケース（Ａ）、２個に配分したケース（Ｂ）、３個に配分したケース（Ｃ）を示したが、配分先が複数個の場合ＭＥＰに比例した配分としている。最高効率となる配分法は、配分量がＭＥＰに近いケース（Ｂ）、（Ｃ）のいずれかと考えられる。厳密には表１に示したように、両者の効率を計算して決めることになるが、効率特性は一般にＭＥＰ付近の傾きは小さいため、どちらのケースを採用しても大きな差はないと考えられる。よって、最も簡単な対応策としては、各電池にＭＥＰで配分していったときの最後の配分量が当該電池のＭＥＰの１／２未満なら図８のケース（Ｂ）のように１つ前の電池までにＭＥＰ比で等配分となるよう上乗せし、１／２以上ならケース（ｃ）のように当該電池を含めてＭＥＰ比で等配分することである。
　以上の処理によって、電池劣化速度が大きなＳＯＣ領域への長期間滞在の回避と、低負荷運転時の効率低下回避の両者の達成が可能となる。
（作用）
　本実施形態の二次電池システム１０による充放電電力配分方法を図９に従って説明する。
　先ず、電池コントローラ１の充電ニーズ値算出部１４は、全ての電池３－１～３－３０について、充電ニーズ特性保存部１２からその固有の充電ニーズ特性データ（ＳＯＣの各値に対する特性値）を取得し、ＳＯＣデータ保存部１１から当該時点のＳＯＣを取得して、充電ニーズ値を算出する（ステップＳ１１）。次に、優先順位算出部１５は、充電ニーズ値算出部１４から充電ニーズ値を取得し、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値が充電方向の場合は充電ニーズ値の大きな電池から、また、放電方向の場合は充電ニーズ値の小さな電池から、順に優先順位付けを行う（ステップＳ１２）。
　次に、配分割合決定部１６は、充放電効率特性保存部１３から取得した、各電池３－１～３－３０について充放電効率特性に基づいて、全電池３－１～３－３０の充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）の合計値と、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値とを比較する（ステップＳ１３）。後者が前者より大きいか等しい場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）は、全ての電池３－１～３－３０にその充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）を配分し（ステップＳ１４）、終了する。
　一方、全電池３－１～３－３０の充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）の合計値が当該時点のシステム全体の充放電電力指令値より大きい場合（ステップＳ１３でＮｏ）は、配分割合決定部１６は、充放電効率特性保存部１３から取得した、各電池３－１～３－３０について充放電効率特性に基づいて、全電池３－１～３－３０の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値と、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値とを比較する（ステップＳ１５）。後者が前者より大きいか等しい場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）は、全ての電池３－１～３－３０にその最高効率点電力値（ＭＥＰ）を一旦配分し、残りを各電池の余力（ＭＰＰ－ＭＥＰ）の比で配分し（ステップＳ１６）、終了する。
　他方、全電池３－１～３－３０の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値が当該時点のシステム全体の充放電電力指令値より大きい場合（ステップＳ１５でＮｏ）は、配分割合決定部１６は、優先順に各電池のＭＥＰを配分し（ステップＳ１７）、最後の配分先電池の優先順位をｎとする（ステップＳ１８）。
　さらに、配分割合決定部１６は、ｎ番目の電池の配分量がＭＥＰの半分よりも小さく、かつ１～（ｎ－１）番電池に上乗せ可能かどうかを判定する（ステップＳ１９）。上記の条件を満たす場合（ステップＳ１９でＹｅｓ）は、ｎ番目電池の配分量を、（ｎ－１）個の配分済電池に、各電池の余力（ＭＰＰ－ＭＥＰ）の比で追加配分して移す（ステップＳ２０）。これに対して、上記の条件を満たさない場合（ステップＳ１９でＮｏ）は、１～ｎ番の電池に対して充放電指令値を各電池のＭＥＰの比で配分し直す（ステップＳ２１）。上記ステップＳ２０又はステップＳ２１が終了後、配分電力がゼロの電池（ＰＣＳを含む）を低消費電力モードに移行させて（ステップＳ２２）、終了する。
（効果）
　以下、本実施形態による効果について、充電ニーズ特性を利用した劣化抑制効果と、充放電効率特性を利用した高充放電効率化とに分けて説明する。
（充電ニーズ特性を利用した劣化抑制効果）
　本実施形態の電池コントローラ１の配分割合決定部１６は、システム全体が充電方向にあるとき、充電ニーズが高い電池に優先して充電電力を配分する。即ち、図１０に示すように、充電ニーズカーブの高い位置にある電池が低い方へ移動するので、全電池３－１～３－３０の充電ニーズ値が揃う方向に作用する。他方、システム全体が放電方向にあるとき、充電ニーズが低い電池に優先して放電電力を配分する。即ち、充電ニーズカーブの低い位置にある電池が高い方へ移動するので全電池３－１～３－３０の充電ニーズ値が揃う方向に作用する。
　このような作用の結果、システム全体としてのＳＯＣが変動するとき、図１０に示したように水平方向の点線が上下し、それに応じて各電池３－１～３－３０のＳＯＣ位置は点線と当該電池の充電ニーズカーブの交点位置として移動する。即ち、全電池３－１～３－３０の充電ニーズ値、即ちグラフの縦軸方向の高さ位置が揃うように移動することになる。
　従って、各電池３－１～３－３０の充電ニーズ特性を個別に設定することによって、システム全体としての各ＳＯＣポイントに対する個々の電池のあるべきＳＯＣ位置（ＳＯＣ分布）を指定することが可能となる。例えば、図１０の例では電池Ｂは低ＳＯＣ領域で劣化が速い特性であるため、図示したような充電ニーズカーブとなる。これによって、システムとしての高ＳＯＣ状態のときにはほぼ満充電状態の位置にあり、システムとしての低ＳＯＣ状態のときでも電池Ａよりも常に比較的高いＳＯＣの状態を保つことが可能となる。
　以上述べた動作により、電池３－１～３－３０における各電池のＳＯＣに対する劣化速度特性を考慮して、劣化が速いＳＯＣ領域への滞在時間を極力避ける運用が実現できる。
（充放電効率特性を利用した高充放電効率化）
　次に、充放電効率特性を利用した各電池３－１～３－３０への充放電電力配分による損失低減、即ち高充放電効率化について説明する。
　図１１に示すように、例えば、３つの電池（電池１、電池２、電池３）からなるシステムに対して、ある時点のシステム全体の充放電電力指令値が１つの電池だけで対応可能な程度の値である場合（即ち、低負荷運転時）、例えば３つの電池に均等に電力を配分するといずれの電池も低効率な条件での運用となる（図１１の点線Ｉ）。
　これに対し、前述の劣化抑制観点から定めた優先順位順に極力最高効率点電力で配分すると、少数の電池のみにほぼ最高効率点（Ｐｅｍａｘ）電力で配分することになる一方（図１１の電池１の点線ＩＩ）、残りの配分電力ゼロ（点線ＩＩＩ）の電池群（電池２、電池３）は低消費電力の待機モードに移行等し、システム全体の自己消費電力を低減することができる。
　従って、全電池３－１～３－３０への均等配分より高い充放電効率、即ち、低損失を実現できる。
（他の実施形態）
（１）上記の実施形態では、充電ニーズ特性はＳＯＣに対する２次元グラフで表現される特性としたが（図４及び図１０参照）、一般に電池の劣化にはＳＯＣだけでなく温度も大きく影響する。このため、充電ニーズ特性はＳＯＣと温度の両パラメータに対応した３次元グラフで表現することもできる。但し、この場合においても任意の時点における温度は一義的に決まるため、当該温度に対応した２次元グラフの充電ニーズ特性値を使うことで図９に示した配分方法と同様の処理を行うことができる。
（２）本実施形態で対象とする複数の電池としては多様な電池が使用できる。種類もリチウムイオン電池の他、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などに限定されず、更に各電池の容量（Ｗｈ）や出力（Ｗ）も揃っている必要はない。
（３）各電池が、例えば低温環境下にある等、場合によっては定格電力までの充放電が不可能な状況も想定される。このような場合には、実施形態で説明した「定格電力」を「充放電可能最大電力」とすることで、上記実施形態で説明した配分方法をそのまま適用することができる。この際、「最高効率点電力」を「充放電可能な範囲での最高効率点」とする。
（４）上記の実施形態では、充放電電力の配分方法について説明したが、充放電電力の代わりに、電流値を用いることもできる。
（５）図１０では電池の数が２つの場合における充電ニーズ特性を利用した劣化抑制効果を説明し、図１１では電池の数が３つの場合における充放電効率特性を利用した高充放電効率化について説明したが、電池の数は任意であり、電池数を増やしても同様の効果が得られることは明らかである。
（６）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１…電池コントローラ
２－１～２－３０…ＰＣＳ（充放電装置）
３－１～３－３０…電池
４…電力系統
１０…二次電池システム
１１…ＳＯＣデータ保存部
１２…充電ニーズ特性保存部
１３…充放電効率特性保存部
１４…充電ニーズ値算出部
１５…優先順位算出部
１６…配分割合決定部

Claims (11)

  1. 　個別に充放電制御可能な複数の電池と、該電池の各々に対応して接続され該電池に充放電を行う複数の充放電装置と、定周期または任意のタイミングでシステム全体としての充放電電力値又は電流値を前記充放電装置の各々に対して配分する電池コントローラとを備え、該電池コントローラは、前記電池の各々のＳＯＣに関する劣化特性に基づいて各時点で前記複数の電池に優先順位付けを行う優先順位算出部と、該優先順位に従い前記充放電装置への充放電電力値又は電流値を配分する配分割合決定部と、を有することを特徴とする複数電池を有する二次電池システム。
  2. 　前記電池コントローラは、さらに、各々の電池の前記劣化特性として、該電池の当該時点のＳＯＣに対する劣化速度を基にした充電ニーズ特性により充電ニーズ値を算出する充電ニーズ値算出部を有することを特徴とする請求項１記載の複数電池を有する二次電池システム。
  3. 　個別に充放電制御可能な複数の電池と、該電池の各々に対応して接続され該電池に充放電を行う複数の充放電装置と、定周期または任意のタイミングでシステム全体としての充放電電力値又は電流値を前記充放電装置の各々に対して配分する電池コントローラとを備え、該電池コントローラにより、前記電池の各々のＳＯＣに関する劣化特性に基づいて各時点で前記複数の電池に優先順位付けを行い、該優先順位に従い前記充放電装置への充放電電力値又は電流値を配分することを特徴とする充放電電力等の配分方法。
  4. 　各々の電池の前記劣化特性として、該電池の当該時点のＳＯＣに対する劣化速度を基にした充電ニーズ特性を用いたことを特徴とする請求項３記載の充放電電力等の配分方法。
  5. 　各々の電池の前記劣化特性として、該電池の当該時点のＳＯＣ及び温度に対する劣化速度を基にした充電ニーズ特性を用いたことを特徴とする請求項３記載の充放電電力等の配分方法。
  6. 　各々の電池の前記充電ニーズ特性として、該電池のＳＯＣに対する劣化速度特性のＳＯＣに関する微分値に比例した特性値を用いることを特徴とする請求項４又は５記載の充放電電力等の配分方法。
  7. 　前記優先順位に従った各々の前記充放電装置への充放電電力値の配分において、前記電池及び前記充放電装置の充放電電力に対する効率特性を基にして前記各充放電装置への充放電電力値を配分することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の充放電電力等の配分方法。
  8. 　前記優先順位に従った各々の前記充放電装置への充放電電力値の配分において、全電池の充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）の合計値が、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値より小さいか等しい場合は、全ての電池にその充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）を配分することを特徴とする請求項７記載の充放電電力等の配分方法。
  9. 　前記優先順位に従った各々の前記充放電装置への充放電電力値の配分において、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値が全電池の充放電可能最大電力値（ＭＰＰ）の合計値より小さく、かつ全電池の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値よりも大きいか等しい場合は、充放電可能な全電池にそのＭＥＰを一旦配分し、未配分の余りを配分済み各電池に余力（ＭＰＰ－ＭＥＰ）の比で追加配分することを特徴とする請求項７又は８記載の充放電電力等の配分方法。
  10. 　前記優先順位に従った各々の前記充放電装置への充放電電力値の配分において、当該時点のシステム全体の充放電電力指令値が全電池の最高効率点電力値（ＭＥＰ）の合計値よりも小さい場合は、配分電力とＭＥＰとの比が最も１に近くなる個数の充放電可能な電池に優先順位が高い順にＭＥＰの比で配分することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の充放電電力等の配分方法。
  11. 　充放電電力の配分の結果、配分量がゼロである電池を充放電実施時より消費電力の少ない低消費電力モードにすることを特徴とする請求項３乃至７、及び１０のいずれか１項に記載の充放電電力等の配分方法。
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