蓄電池充放電管理システム
【課題】蓄電池充放電管理システムにおいて、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減することである。
【解決手段】蓄電池充放電管理システム１０は、複数の蓄電池２１を含む組電池２２等を複数並列に接続配置した蓄電池集合体２０と、複数の組電池２２等のそれぞれに設けられ、蓄電池２１の動作状態データを取得する動作状態データ取得部６０と、動作状態データに基づくデータを所定の送信先に送信する送信処理部６６とを含む複数の組電池管理ユニット５２等を備える。組電池管理ユニット５２等は、生の動作状態データに、取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用生データを生成する送信用データ生成部６４を含む。また、生の動作状態データを加工した加工済みデータを生成する加工済みデータ生成部６２を含むことができる。
【解決手段】蓄電池充放電管理システム１０は、複数の蓄電池２１を含む組電池２２等を複数並列に接続配置した蓄電池集合体２０と、複数の組電池２２等のそれぞれに設けられ、蓄電池２１の動作状態データを取得する動作状態データ取得部６０と、動作状態データに基づくデータを所定の送信先に送信する送信処理部６６とを含む複数の組電池管理ユニット５２等を備える。組電池管理ユニット５２等は、生の動作状態データに、取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用生データを生成する送信用データ生成部６４を含む。また、生の動作状態データを加工した加工済みデータを生成する加工済みデータ生成部６２を含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池充放電管理システムに係り、特に蓄電池の動作状態等を監視する蓄電池充放電管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
供給電力の変動と負荷の電力消費の変動に合わせて、全体として効率的な電力管理を行うことが望まれる。蓄電装置はこのような電力需給の変動を平均化するために用いることができる。蓄電装置としては、リチウムイオン電池のような２次電池を用いることができる。
【０００３】
特許文献１には、リチウムイオン電池の管理装置として、リチウムイオン電池の充放電電流の測定値、温度の測定値、商用電源の給電の情報に基づいて、リチウムイオン電池の充放電の状態を判断し、リチウムイオン電池の残存容量を算出することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４００９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓄電装置を用いることで、電力需給の変動を平均化することが可能であるが、リチウムイオン電池等の２次電池は、単位となる蓄電池の端子間電圧が１Ｖから４Ｖ程度で、その充放電電流容量も小さい。そこで、蓄電池を複数個用いる組電池が用いられるが、電力需給の規模によっては、その組電池を多数組み合わせて蓄電池集合体として用いることが必要になる。これに伴って、電力供給源である電源部と蓄電池集合体との間の電力変換、蓄電池集合体と電力を消費する負荷部との間の電力変換を行う電力変換器も複数用いられることがある。
【０００６】
このように、複数の蓄電池を含む蓄電池集合体、電力変換器の規模が大きくなると、これらの動作が正常に行われているか否かの監視も重要となる。監視する要素が増大するにつれ、それらの動作が正常か異常かを判断する処理の負荷が重くなる。
【０００７】
本発明の目的は、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減できる蓄電池充放電管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る蓄電池充放電管理システムは、複数の蓄電池を組み合わせて接続した組電池を複数並列に接続配置して構成され、充放電制御装置の充放電指示に従って充放電される蓄電池集合体と、複数の組電池のそれぞれに設けられ、組電池を構成する複数の蓄電池の動作状態データを取得する動作状態データ取得部と、動作状態データに基づくデータを所定の送信先に送信する送信処理部とを含む複数の組電池管理ユニットと、を備え、組電池管理ユニットは、生の動作状態データに、取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用生データを生成する送信用データ生成部を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態における蓄電池充放電管理システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における動作状態監視の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態における送信用生データと送信用加工済みデータのパケット構造を示す図である。
【図４】図３の詳細図で、フラグビットが設けられる様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、送信用生データと送信用加工済みデータが送信される様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、電力変換器管理装置の要求に応じて、送信用加工済みデータが送信されることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の２次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電池集合体とするのは、負荷部の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためであるので、蓄電池集合体を構成する組電池の数、組電池を構成する蓄電池の数等は、蓄電池充放電管理システムの仕様に応じ適宜なものとできる。
【００１２】
また、以下で、電源部の供給電力として、外部商用電力と太陽光発電電力とを説明するが、これ以外の電力源、例えば風力発電電力等であってもよい。また、例えば、電力源として、外部商用電力のみを用いるものとしてもよい。
【００１３】
また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１４】
図１は、蓄電池充放電管理システム１０の構成を示す図である。蓄電池充放電管理システム１０は、マスタコントローラ３０と、電力変換器管理装置３２と、電力変換器３４と、電力変換器３４に接続される組電池系列群４０と、組電池メイン管理ユニット７０を含んで構成される。
【００１５】
組電池系列群４０は、組電池とスイッチ部と組電池管理ユニットとを１つの系列として、２０の系列が並列に接続されて構成される。もっとも系列数は、２０以外であっても構わない。図１では、２０の系列のうち、２つの系列が示されている。すなわち、組電池２２，２４と、スイッチ部４２，４４と、組電池管理ユニット５２，５４が示されている。各組電池２２，２４は、１４の蓄電池２１が直列に接続されて構成される。もっとも、直列接続数は１４以外であっても構わない。
【００１６】
図１において太い実線は電力線で、細い実線は信号線である。蓄電池集合体２０への充電電力の供給は、電源部１２から行われ、蓄電池集合体２０からの放電電力は負荷部１８にて消費される。蓄電池充放電管理システム１０は、電源部１２と負荷部１８の電力需給の変動に応じて充放電制御を行う機能を有する。ここでは特に、充放電に関する要素である電力変換器３４、組電池２２，２４、スイッチ部４２，４４、組電池管理ユニット５２，５４についての動作が正常か異常かの監視を効率的に行う機能を有する。
【００１７】
電源部１２は、蓄電池集合体２０に対し充電電力を供給する充電電力供給源である。電源部１２は、外部商用電源１４と、太陽光発電システム１６を含む。外部商用電源１４は、単相または三相の交流電力源であり、外部の電力会社から供給される。太陽光発電システム１６は、太陽光エネルギを直流電力に変換する光電変換モジュールで構成される。
【００１８】
負荷部１８は、蓄電池集合体２０からの放電電力を消費して動作する装置等である。場合によっては、電源部１２からの電力を負荷部１８の電力仕様に変換して、直接的に負荷部１８に供給するものとしてもよい。負荷部１８の内容は、工場の装置、一般照明、一般空調、厨房器具、サーバやＰＣ等の事務機器、工場内空調等である。
【００１９】
マスタコントローラ３０は、電源部１２からの電力供給計画を取得し、また負荷部１８からの負荷稼働計画を取得し、これらに基づいて、電力変換器管理装置３２に対し、充放電指令を送信する充放電制御装置である。電力変換器管理装置３２に送信される充放電制御指令は、例えば「(ＸＸ)ｋＷで(ＹＹ)秒間充電すること」等のように、充放電条件が電力量と時間とで示される。これは例示であって、この他に、充電上限電圧を指定して「電圧が(ＺＺ)Ｖになるまで(ＸＸ)ｋＷ充電すること」としてもよく、放電下限電圧を指定して「(ＺＺ)Ｖまで放電すること」としてもよく、ＳＯＣを指定して充放電を指令するものとしてもよい。ここで、ＳＯＣとは、電力時間積を最大に貯蔵した状態におけるＳＯＣ（充電度）を１００とし、それを基準にして電力時間積の各貯蔵状態でのＳＯＣ（充電度）を百分率で表したものである。
【００２０】
電力変換器管理装置３２は、マスタコントローラ３０から充放電制御指令を受け、電力変換器３４の動作を管理する機能を有する。図１では１つの電力変換器管理装置３２が示されているが、蓄電池集合体２０の規模が大きい場合には、電力変換器管理装置３２を複数設けるものとしてもよい。
【００２１】
電力変換器管理装置３２は、マスタコントローラ３０からの充放電制御指令に従って、電力変換器３４の動作を制御し、電源部１２の電力を蓄電池集合体２０に一旦蓄電させ、また、蓄電した電力を負荷部１８に放電させる充放電管理を行う機能を有する。この際に、組電池系列群４０を構成する各組電池のＳＯＣを参照する。そのために、組電池系列群４０を構成する２０個の組電池管理ユニットのそれぞれに対し、後述する送信用加工済みデータの送信を要求し、要求に従って送信された送信用加工済みデータを利用する。送信用加工済みデータには、ＳＯＣの他、組電池、スイッチ部、組電池管理ユニットの動作状態データの平均値、最大値、最小値等が含まれる。
【００２２】
この他に、電力変換器管理装置３２が、電力変換器３４の不具合を示す情報をマスタコントローラ３０に知らせる機能を有するものとしてもよい。例えば、電力変換器３４に不具合がある場合や、マスタコントローラ３０からの充放電の禁止指令、または待機指令が出力されている場合には、不具合のある電力変換器３４の動作を待機状態にさせて、電力変換器３４の不具合を示す情報をマスタコントローラ３０に知らせるものとしてよい。
【００２３】
電力変換器３４は、外部商用電源１４の交流電力と蓄電池２１の直流電力との間の交直電力変換を行うＡＣ／ＤＣインバータ、あるいは太陽光発電システム１６の電圧と蓄電池２１の電圧との間の電圧変換、あるいは蓄電池２１の電圧と負荷部１８の電圧との間の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータである。具体的には、実際に行われる変換の内容に応じて、変換装置の種類が選択される。
【００２４】
組電池系列群４０は、蓄電池２１を１４個直列に接続した組電池を２０個並列に組み合わせた蓄電池集合体２０を組電池毎に系列化したものである。１つの組電池系列は、１つの組電池と、１つのスイッチ部と、１つの組電池管理ユニットで構成される。図１では、２０の組電池系列を代表して２つの組電池系列が示されている。例えば、組電池２２とスイッチ部４２と組電池管理ユニット５２とが１つの組電池系列であり、同様に、組電池２４とスイッチ部４４と組電池管理ユニット５４が１つの組電池系列である。なお、図１では電力変換器が複数の組電池系列に対応する構成となっているが、場合によっては、組電池系列の数を１つとする構成としてもよい。
【００２５】
蓄電池集合体２０は、組電池系列群４０を構成する蓄電池２１の集合体である。蓄電池２１は、単位セルと呼ばれる端子間電圧が数Ｖのリチウムイオン単位蓄電池を２４個並列に接続したものを、直列に１３組接続して構成される。したがって、蓄電池集合体２０は、１つの蓄電池集合体−２０個の組電池−１個の組電池当り１４個の蓄電池−１個の蓄電池当たり３１２個の単位蓄電池の階層構造を有する。
【００２６】
このように、組電池系列群４０を構成する各系列は、１つの組電池と１つのスイッチ部と１つの組電池管理ユニットで構成される。その内容は各系列で同じであるので、以下では、組電池２２、スイッチ部４２、組電池管理ユニット５２で構成される系列に代表させて、その構成要素の内容を説明する。
【００２７】
組電池２２は、単位蓄電池を複数組み合わせた蓄電池２１を、１４個直列に接続したものである。それぞれの蓄電池２１の端子間電圧は、図示されていない電圧検出器によって検出される。また、それぞれの蓄電池２１の温度は、図示されていない温度検出器によって検出される。また、組電池２２の電流は、図示されていない電流検出器によって検出される。これらの電圧、温度、電流は、組電池２２の動作状態データとして、組電池管理ユニット５２に伝送される。
【００２８】
スイッチ部４２は、電力変換器３４と組電池２２との間に設けられ、電力変換器３４と組電池２２との間を接続または遮断するスイッチを含んで構成される。スイッチ部４２の動作は、組電池管理ユニット５２によって制御され、その動作状態は、組電池管理ユニット５２が把握している。
【００２９】
組電池管理ユニット５２は、組電池２２の動作状態データを取得し、それに基づいて組電池２２に不具合があるときは、組電池２２を電力変換器３４から切り離す処理を行う。具体的には、スイッチ部４２に含まれるスイッチを遮断する処理を行う。この機能の他に、組電池管理ユニット５２は、系列を構成する組電池２２の動作状態データ、スイッチ部４２の動作状態データ、および組電池管理ユニット自身の動作状態データを、予め定めた所定の送信先に送信する機能を有する。かかる組電池管理ユニット５２は、適当な性能のコンピュータで構成できる。具体的には、適当な処理速度と適当な記憶容量を有する組込型のマイクロプロセッサで構成される。適当な処理速度、適当な記憶容量とは、例えば、組電池メイン管理ユニット７０の処理速度よりも低速で、小規模の記憶容量とすることができる。
【００３０】
組電池管理ユニット５２は、動作データの取得と送信に関し、特に、図１に拡大して示す機能を有する。すなわち、動作状態データ取得部６０の機能を有する。この機能は、組電池管理ユニット５２自身の動作状態データも含み、組電池２２の動作状態データ、スイッチ部４２の動作状態データ、および、この系列が接続される電力変換器３４の動作状態データを取得することを内容とする。また、加工済みデータ生成部６２の機能を有する。この機能は、取得したままの生の動作状態データに基づいて、予め定めたデータ加工処理手順に従って処理を行った加工済みデータを生成することを内容とする。データ加工処理手順としては、組電池２２の端子間電圧からＳＯＣを算出する手順、これらのデータについての平均値、最大値、最小値、標準偏差等の統計処理を行う手順、前回の動作状態データとの間の変化量算出処理を行う手順等が含まれる。
【００３１】
さらに、組電池管理ユニット５２は、送信用データ生成部６４の機能を有する。この機能は、取得した生の動作状態データ、加工した加工済みデータのそれぞれについて、動作状態データの取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用データを生成することを内容とする。フラグビットとしては、組電池管理ユニット５２が、組電池２２から、あるいは、スイッチ部４２から、あるいは電力変換器３４から、正常に動作状態データを受信して取得したときを正常として「１」とし、受信がされないときを異常として「０」とするものとできる。
【００３２】
このように、フラグビットを付すのは、動作状態データの内容が正常か異常かに基づくのでなく、動作データの受信が正常に行われたか否かに基づくので、処理の負荷が軽い。また、異常状態であることを示すのに、１ビットデータで済み、例えば、異常状態の時に動作状態データを全部０に置き換え、または全部１に置き換える処理を行うことに比べ、格段に処理の負荷が軽い。また、これらの処理に要する記憶容量も少なくて済む。
【００３３】
さらに、組電池管理ユニット５２は、送信処理部６６の機能を有する。この機能は、生データにフラグビットを付した送信用生データと、加工済みデータにフラグビットを付した送信用加工済みデータのそれぞれを、所定の送信先に送信することを内容とする。送信用生データは、組電池メイン管理ユニット７０に送信される。送信用加工済みデータは、電力変換器管理装置３２の要求があって初めて、その要求に応じ電力変換器管理装置３２に送信される。そして、電力変換器管理装置３２に送信されたのと同じ内容のデータが、組電池メイン管理ユニット７０に送信される。換言すれば、電力変換器管理装置３２に送信されないデータは、組電池メイン管理ユニット７０にも送信されない。
【００３４】
上記各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、動作状態監視プログラムを実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００３５】
組電池メイン管理ユニット７０は、組電池系列群４０を構成する２０個の組電池管理ユニットからの送信用データを受信する受信処理部７２の機能を有する。この機能は、各組電池管理ユニットから送信された送信用データについて、フラグビットを利用し、正常取得データと異常取得データに対応する処理を行って記憶することを内容とする。また、ここでは特に、異常時処理部７４の機能を有する。この機能は、送信用データの内容に基づいて電力変換器管理装置３２が異常であるとされるときに、例えば、組電池系列群４０を構成する各組電池の充放電を停止し待機させる処理を行うことを内容とする。
【００３６】
送信用データの内容に基づいて電力変換器管理装置３２が異常であると判断するのは、２つの方法のいずれかに基づいて行うことができる。１つは、送信用生データに含まれる電力変換器３４に関するフラグビットが異常を示す場合である。もう１つは、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときである。
【００３７】
上記のように、組電池メイン管理ユニット７０に送信用加工済みデータが送信されるのは、電力変換器管理装置３２に送信用加工済みデータが送信されたときである。組電池メイン管理ユニット７０に、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときは、電力変換器管理装置３２に、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないことになる。１つの組電池管理ユニットから電力変換器管理装置３２に送信用加工済みデータが送信されないときは、その組電池管理ユニット自身に異常があるとも考えることができるが、２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときは、むしろ電力変換器管理装置３２に異常が生じている可能性が高いからである。
【００３８】
組電池メイン管理ユニット７０の上記の各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、動作状態監視プログラムを実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００３９】
上記構成の作用、特に組電池管理ユニット５２，５４の各機能、組電池メイン管理ユニット７０の各機能について、図２から図６を用いて詳細に説明する。複数の組電池管理ユニットの各機能は同じ内容であるので、以下では、組電池管理ユニット５２に代表させて、その機能等を説明する。図２は、動作状態監視の手順を示すフローチャートである。各手順は、動作状態監視プログラムの各処理手順にそれぞれ対応する。図３から図６は、各手順の内容を説明する図である。
【００４０】
動作状態監視の手順の最初は、動作状態データの取得である（Ｓ１０）。この工程は、組電池管理ユニット５２の動作状態データ取得部６０の機能によって実行される。具体的には、組電池２２について、組電池２２を構成する各蓄電池２１の端子間電圧、温度、組電池２２の電流等が取得される。また、スイッチ部４２について、スイッチのオンオフ状態データ等が取得される。また組電池管理ユニット５２自身についてのデータ取得、スイッチに対する指令等の動作状態データが取得される。また、電力変換器３４の充放電指令とその実行状態等の動作状態データが取得される。
【００４１】
次に、加工済みデータの生成が行われる（Ｓ１２）。この工程は、組電池管理ユニット５２の加工済みデータ生成部６２の機能によって実行される。具体的には、組電池２２を構成する各蓄電池２１の端子間電圧から組電池２２の端子間電圧を算出し、予め求めてある端子間電圧とＳＯＣの関係を用いて、組電池２２のＳＯＣを算出する。あるいは、電池電流を検出し、検出された電池電流の積算に基づいて組電池の残容量を演算してＳＯＣを算出してもよい。その他、各動作状態データについての平均値等が算出される。これらが加工済みデータとされる。
【００４２】
次に、送信用データが生成される（Ｓ１４，Ｓ１６）。この工程は、組電池管理ユニット５２の送信用データ生成部６４の機能によって実行される。送信用データとは、Ｓ１０において取得された生データである動作状態データについては、その生データに、さらに、その取得が正常か異常かを示すフラグビットを付したデータである。この生データにフラグビットを付したものが送信用生データである。この工程がＳ１４で、生成された送信用生データがＰ１である。
【００４３】
一方、Ｓ１２において生成された加工済みデータについての送信用データは、その加工済みデータに、さらに、その取得が正常か異常かを示すフラグビットを付したデータである。この加工済みデータにフラグビットを付したものが送信用加工済みデータである。この工程がＳ１６で、生成された送信用加工用データがＰ２，Ｐ３である。Ｐ２とＰ３は同じ内容であるが、後述する送信処理Ｓ１８，Ｓ２０で異なる送信先に送信される。
【００４４】
図３、図４に、送信用生データと、送信用加工済みデータのパケットフォーマットを示す。図３は、パケットフォーマットの概略図で、図４は、パケットフォーマットにおけるフラグビットを示す詳細図である。いずれの図においても、（ａ）が送信用生データＰ１、（ｂ）が送信用加工済みデータＰ２，Ｐ３である。
【００４５】
図３に示されるように、送信用データのパケットフォーマットは、ヘッダの部分と、系列データの部分に分けられる。系列データとは、組電池２２、スイッチ部４２、組電池管理ユニット５２、電力変換器３４の系列に関する動作状態データまたは加工済みデータのことである。
【００４６】
図４（ａ）に示されるように、フラグビットは、組電池２２を構成する１４個の蓄電池２１のそれぞれの動作状態データの部分について１つずつ、スイッチ部４２の動作状態データの部分について１つ、組電池管理ユニット５２の動作状態データの部分について１つ、電力変換器３４の動作状態データの部分について１つ、それぞれ付される。フラグビットは、これらの動作状態データの取得が正常のときに「１」が、正常でない異常のときに「０」が付される。
【００４７】
加工済みデータについては、図４（ｂ）に示されるように、フラグビットは、組電池２２の加工済みデータの部分について１つ、スイッチ部４２の加工済みデータの部分について１つ、組電池管理ユニット５２の加工済みデータの部分について１つそれぞれ付される。このように、組電池２２の加工済みデータに対するフラグビットは、１４個の蓄電池２１の各動作状態データに基づいて加工されたデータに対し１つ付される。ここでは、電力変換器３４についての加工済みデータはないものとされる。
【００４８】
再び図２に戻り、送信用生データＰ１と送信用加工済みデータＰ２，Ｐ３が生成されると、次に、これらがそれぞれ所定の送信先に送信される（Ｓ１８，Ｓ２０）。この工程は、組電池管理ユニット５２の送信処理部６６の機能によって実行される。送信用生データＰ１と送信用加工済みデータＰ２，Ｐ３の送信が行われる様子を図５に示す。ここに示されるように、送信用生データＰ１と送信用加工済みデータＰ３は、組電池系列群４０を構成する２０個の組電池管理ユニットから、それぞれ組電池メイン管理ユニット７０に送信される。２０個の組電池管理ユニットを区別して、図５では＃０１から＃２０が各系列に付されている。送信用加工済みデータＰ２は、＃０１から＃２０で示される組電池管理ユニットから、それぞれ電力変換器管理装置３２に送信される。電力変換器管理装置３２から各組電池管理ユニットに送信されるＱ１は、その系列に関する電力変換器の状態情報、電力変換器管理装置３２の状態情報を含むデータであるが、それと共に、組電池管理ユニットに対しＰ２の送信を要求するコマンドでもある。
【００４９】
このように、送信用生データＰ１は、Ｓ１８において、組電池メイン管理ユニット７０を送信先として送信が行われる。送信タイミングは、あらかじめ設定することができる。組電池メイン管理ユニット７０は、２０個の組電池管理ユニットからそれぞれ送信用生データを受信するので、送信タイミングとして、各組電池管理ユニットごとに１秒から数秒の間で設定された間隔とすることができる。例えば、２秒間隔とすると、組電池管理ユニット５２は、２秒間隔で、送信用生データを組電池メイン管理ユニット７０に送信する。
【００５０】
Ｓ２０は、送信用加工済みデータＰ２の送信の工程を示す。ここでは、電力変換器管理装置３２のＱ１に応じて、Ｐ２の送信が行われる。Ｑ１は、Ｐ２の送信を要求するコマンドで、電力変換器管理装置３２から、＃０１から＃２０で示される組電池管理ユニットにそれぞれ順次送信される。＃０１から＃２０で示される組電池管理ユニットは、送信されたＱ１を受け取ったときに、それぞれの系列の加工済みデータＰ２を電力変換器管理装置３２に送信する。このように、Ｐ２の送信タイミングは、電力変換器管理装置３２のＱ１の発信タイミングで決まる。電力変換器管理装置３２は、マスタコントローラ３０からの充放電指令を受け取ったタイミング、充放電指令を実行中の適当なタイミングで、Ｑ１を送信することができる。
【００５１】
図６は、電力変換器管理装置３２から、♯０１から＃２０の組電池管理ユニットに対しＱ１を送信するタイミングと、各組電池管理ユニットから電力変換器管理装置３２にＰ２を送信するタイミングを示すタイムチャートである。縦軸方向が経過時間である。このように、各組電池管理ユニットごとにＱ１とＰ２が組となって送受信が行われる。１つの組電池管理ユニットに対するＱ１とＰ２の送受信と、次の組電池管理ユニットに対するＱ１とＰ２の送受信の間の間隔は予め定めたｔ1である。このように、時間間隔ｔ1で、電力変換器管理装置３２と＃０１から＃２０の組電池管理ユニットの間でＱ１とＰ２の送受信が順次行われ、組電池系列群４０の全体としては、時間ｔ2で、Ｑ１とＰ２の送受信処理が終了する。ｔ1としては、例えば１００ｍｓ以内、ｔ2としては、２０個の組電池管理ユニットを対象とする場合その２０倍の約２ｓとすることができる。
【００５２】
再び図２に戻り、Ｓ２０において、Ｑ１に応じたＰ２の送信処理が全体として終了すると、次に、Ｐ３の送信が＃０１から＃２０の組電池管理ユニットから組電池メイン管理ユニット７０に対し行われる。このＰ３は、電力変換器管理装置３２に送信されたＰ２と同じ内容である。正常状態であれば、２０個のＰ２が電力変換器管理装置３２に送信される。仮に、ある組電池管理ユニットからその系列に関するＰ２が電力変換器管理装置３２に送信されなければ、その送信されなかったＰ２は組電池メイン管理ユニット７０にも送信されない。
【００５３】
図２のＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８は、組電池メイン管理ユニット７０の異常時処理部７４の機能によって実行される工程である。ここでは、電力変換器管理装置３２の動作状態について正常か異常かが判断され、異常のときは、異常時処理が実行される。
【００５４】
Ｓ２２は、Ｓ１８において組電池メイン管理ユニット７０に送信された送信用生データＰ１を利用するものである。ここでは、送信用生データに含まれる電力変換器３４に関するフラグビットが正常のときに、Ｓ２６において、電力変換器管理装置３２の動作状態が正常とされる。これに対し、送信用生データに含まれる電力変換器３４に関するフラグビットが異常とされると、Ｓ２８において、電力変換器管理装置３２の動作状態が異常とされ、異常時処理が行われる。異常時処理としては、組電池２２，２４が過充電、過放電にならないように、組電池系列群４０を構成する組電池２２，２４の充放電を停止し待機させることとできる。
【００５５】
Ｓ２４は、Ｓ２０において組電池メイン管理ユニット７０に送信された送信用加工済みデータＰ２を利用するものである。ここでは、送信用加工済みデータが送信されていないのが多くても１つの組電池管理ユニットに関する場合に、Ｓ２６において、電力変換器管理装置３２の動作状態が正常とされる。一方、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときには、Ｓ２８において、電力変換器管理装置３２の動作状態が異常とされ、異常時処理が行われる。
【００５６】
このように、動作状態データの取得が正常に行われたか否かに関するフラグビットを付すことで、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減できる。すなわち、以上説明した本発明の実施の形態によれば、蓄電池充放電管理システム１０は、組電池を構成する複数の蓄電池の生の動作状態データの取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して送信用生データを生成し、その送信用生データを所定の送信先に送信する。フラグビットは、データ取得が正常に行われたか否かについての通信の状態を監視するので、動作状態のデータの内容の正常か異常かの監視よりも処理負荷が軽い。また、送信用生データを受信した方も、フラグビットに従ってデータの蓄積処理等を迅速に行うことができ、処理負荷が軽い。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る蓄電池充放電管理システムは、蓄電池集合体が設けられる施設の充放電管理に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 蓄電池充放電管理システム、１２ 電源部、１４ 外部商用電源、１６ 太陽光発電システム、１８ 負荷部、２０ 蓄電池集合体、２１ 蓄電池、２２，２４ 組電池、３０ マスタコントローラ、３２ 電力変換器管理装置、３４ 電力変換器、４０ 組電池系列群、４２，４４ スイッチ部、５２，５４ 組電池管理ユニット、６０ 動作状態データ取得部、６２ 加工済みデータ生成部、６４ 送信用データ生成部、６６ 送信処理部、７０ 組電池メイン管理ユニット、７２ 受信処理部、７４ 異常時処理部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池充放電管理システムに係り、特に蓄電池の動作状態等を監視する蓄電池充放電管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
供給電力の変動と負荷の電力消費の変動に合わせて、全体として効率的な電力管理を行うことが望まれる。蓄電装置はこのような電力需給の変動を平均化するために用いることができる。蓄電装置としては、リチウムイオン電池のような２次電池を用いることができる。
【０００３】
特許文献１には、リチウムイオン電池の管理装置として、リチウムイオン電池の充放電電流の測定値、温度の測定値、商用電源の給電の情報に基づいて、リチウムイオン電池の充放電の状態を判断し、リチウムイオン電池の残存容量を算出することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４００９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓄電装置を用いることで、電力需給の変動を平均化することが可能であるが、リチウムイオン電池等の２次電池は、単位となる蓄電池の端子間電圧が１Ｖから４Ｖ程度で、その充放電電流容量も小さい。そこで、蓄電池を複数個用いる組電池が用いられるが、電力需給の規模によっては、その組電池を多数組み合わせて蓄電池集合体として用いることが必要になる。これに伴って、電力供給源である電源部と蓄電池集合体との間の電力変換、蓄電池集合体と電力を消費する負荷部との間の電力変換を行う電力変換器も複数用いられることがある。
【０００６】
このように、複数の蓄電池を含む蓄電池集合体、電力変換器の規模が大きくなると、これらの動作が正常に行われているか否かの監視も重要となる。監視する要素が増大するにつれ、それらの動作が正常か異常かを判断する処理の負荷が重くなる。
【０００７】
本発明の目的は、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減できる蓄電池充放電管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る蓄電池充放電管理システムは、複数の蓄電池を組み合わせて接続した組電池を複数並列に接続配置して構成され、充放電制御装置の充放電指示に従って充放電される蓄電池集合体と、複数の組電池のそれぞれに設けられ、組電池を構成する複数の蓄電池の動作状態データを取得する動作状態データ取得部と、動作状態データに基づくデータを所定の送信先に送信する送信処理部とを含む複数の組電池管理ユニットと、を備え、組電池管理ユニットは、生の動作状態データに、取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用生データを生成する送信用データ生成部を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態における蓄電池充放電管理システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における動作状態監視の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態における送信用生データと送信用加工済みデータのパケット構造を示す図である。
【図４】図３の詳細図で、フラグビットが設けられる様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、送信用生データと送信用加工済みデータが送信される様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、電力変換器管理装置の要求に応じて、送信用加工済みデータが送信されることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の２次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電池集合体とするのは、負荷部の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためであるので、蓄電池集合体を構成する組電池の数、組電池を構成する蓄電池の数等は、蓄電池充放電管理システムの仕様に応じ適宜なものとできる。
【００１２】
また、以下で、電源部の供給電力として、外部商用電力と太陽光発電電力とを説明するが、これ以外の電力源、例えば風力発電電力等であってもよい。また、例えば、電力源として、外部商用電力のみを用いるものとしてもよい。
【００１３】
また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１４】
図１は、蓄電池充放電管理システム１０の構成を示す図である。蓄電池充放電管理システム１０は、マスタコントローラ３０と、電力変換器管理装置３２と、電力変換器３４と、電力変換器３４に接続される組電池系列群４０と、組電池メイン管理ユニット７０を含んで構成される。
【００１５】
組電池系列群４０は、組電池とスイッチ部と組電池管理ユニットとを１つの系列として、２０の系列が並列に接続されて構成される。もっとも系列数は、２０以外であっても構わない。図１では、２０の系列のうち、２つの系列が示されている。すなわち、組電池２２，２４と、スイッチ部４２，４４と、組電池管理ユニット５２，５４が示されている。各組電池２２，２４は、１４の蓄電池２１が直列に接続されて構成される。もっとも、直列接続数は１４以外であっても構わない。
【００１６】
図１において太い実線は電力線で、細い実線は信号線である。蓄電池集合体２０への充電電力の供給は、電源部１２から行われ、蓄電池集合体２０からの放電電力は負荷部１８にて消費される。蓄電池充放電管理システム１０は、電源部１２と負荷部１８の電力需給の変動に応じて充放電制御を行う機能を有する。ここでは特に、充放電に関する要素である電力変換器３４、組電池２２，２４、スイッチ部４２，４４、組電池管理ユニット５２，５４についての動作が正常か異常かの監視を効率的に行う機能を有する。
【００１７】
電源部１２は、蓄電池集合体２０に対し充電電力を供給する充電電力供給源である。電源部１２は、外部商用電源１４と、太陽光発電システム１６を含む。外部商用電源１４は、単相または三相の交流電力源であり、外部の電力会社から供給される。太陽光発電システム１６は、太陽光エネルギを直流電力に変換する光電変換モジュールで構成される。
【００１８】
負荷部１８は、蓄電池集合体２０からの放電電力を消費して動作する装置等である。場合によっては、電源部１２からの電力を負荷部１８の電力仕様に変換して、直接的に負荷部１８に供給するものとしてもよい。負荷部１８の内容は、工場の装置、一般照明、一般空調、厨房器具、サーバやＰＣ等の事務機器、工場内空調等である。
【００１９】
マスタコントローラ３０は、電源部１２からの電力供給計画を取得し、また負荷部１８からの負荷稼働計画を取得し、これらに基づいて、電力変換器管理装置３２に対し、充放電指令を送信する充放電制御装置である。電力変換器管理装置３２に送信される充放電制御指令は、例えば「(ＸＸ)ｋＷで(ＹＹ)秒間充電すること」等のように、充放電条件が電力量と時間とで示される。これは例示であって、この他に、充電上限電圧を指定して「電圧が(ＺＺ)Ｖになるまで(ＸＸ)ｋＷ充電すること」としてもよく、放電下限電圧を指定して「(ＺＺ)Ｖまで放電すること」としてもよく、ＳＯＣを指定して充放電を指令するものとしてもよい。ここで、ＳＯＣとは、電力時間積を最大に貯蔵した状態におけるＳＯＣ（充電度）を１００とし、それを基準にして電力時間積の各貯蔵状態でのＳＯＣ（充電度）を百分率で表したものである。
【００２０】
電力変換器管理装置３２は、マスタコントローラ３０から充放電制御指令を受け、電力変換器３４の動作を管理する機能を有する。図１では１つの電力変換器管理装置３２が示されているが、蓄電池集合体２０の規模が大きい場合には、電力変換器管理装置３２を複数設けるものとしてもよい。
【００２１】
電力変換器管理装置３２は、マスタコントローラ３０からの充放電制御指令に従って、電力変換器３４の動作を制御し、電源部１２の電力を蓄電池集合体２０に一旦蓄電させ、また、蓄電した電力を負荷部１８に放電させる充放電管理を行う機能を有する。この際に、組電池系列群４０を構成する各組電池のＳＯＣを参照する。そのために、組電池系列群４０を構成する２０個の組電池管理ユニットのそれぞれに対し、後述する送信用加工済みデータの送信を要求し、要求に従って送信された送信用加工済みデータを利用する。送信用加工済みデータには、ＳＯＣの他、組電池、スイッチ部、組電池管理ユニットの動作状態データの平均値、最大値、最小値等が含まれる。
【００２２】
この他に、電力変換器管理装置３２が、電力変換器３４の不具合を示す情報をマスタコントローラ３０に知らせる機能を有するものとしてもよい。例えば、電力変換器３４に不具合がある場合や、マスタコントローラ３０からの充放電の禁止指令、または待機指令が出力されている場合には、不具合のある電力変換器３４の動作を待機状態にさせて、電力変換器３４の不具合を示す情報をマスタコントローラ３０に知らせるものとしてよい。
【００２３】
電力変換器３４は、外部商用電源１４の交流電力と蓄電池２１の直流電力との間の交直電力変換を行うＡＣ／ＤＣインバータ、あるいは太陽光発電システム１６の電圧と蓄電池２１の電圧との間の電圧変換、あるいは蓄電池２１の電圧と負荷部１８の電圧との間の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータである。具体的には、実際に行われる変換の内容に応じて、変換装置の種類が選択される。
【００２４】
組電池系列群４０は、蓄電池２１を１４個直列に接続した組電池を２０個並列に組み合わせた蓄電池集合体２０を組電池毎に系列化したものである。１つの組電池系列は、１つの組電池と、１つのスイッチ部と、１つの組電池管理ユニットで構成される。図１では、２０の組電池系列を代表して２つの組電池系列が示されている。例えば、組電池２２とスイッチ部４２と組電池管理ユニット５２とが１つの組電池系列であり、同様に、組電池２４とスイッチ部４４と組電池管理ユニット５４が１つの組電池系列である。なお、図１では電力変換器が複数の組電池系列に対応する構成となっているが、場合によっては、組電池系列の数を１つとする構成としてもよい。
【００２５】
蓄電池集合体２０は、組電池系列群４０を構成する蓄電池２１の集合体である。蓄電池２１は、単位セルと呼ばれる端子間電圧が数Ｖのリチウムイオン単位蓄電池を２４個並列に接続したものを、直列に１３組接続して構成される。したがって、蓄電池集合体２０は、１つの蓄電池集合体−２０個の組電池−１個の組電池当り１４個の蓄電池−１個の蓄電池当たり３１２個の単位蓄電池の階層構造を有する。
【００２６】
このように、組電池系列群４０を構成する各系列は、１つの組電池と１つのスイッチ部と１つの組電池管理ユニットで構成される。その内容は各系列で同じであるので、以下では、組電池２２、スイッチ部４２、組電池管理ユニット５２で構成される系列に代表させて、その構成要素の内容を説明する。
【００２７】
組電池２２は、単位蓄電池を複数組み合わせた蓄電池２１を、１４個直列に接続したものである。それぞれの蓄電池２１の端子間電圧は、図示されていない電圧検出器によって検出される。また、それぞれの蓄電池２１の温度は、図示されていない温度検出器によって検出される。また、組電池２２の電流は、図示されていない電流検出器によって検出される。これらの電圧、温度、電流は、組電池２２の動作状態データとして、組電池管理ユニット５２に伝送される。
【００２８】
スイッチ部４２は、電力変換器３４と組電池２２との間に設けられ、電力変換器３４と組電池２２との間を接続または遮断するスイッチを含んで構成される。スイッチ部４２の動作は、組電池管理ユニット５２によって制御され、その動作状態は、組電池管理ユニット５２が把握している。
【００２９】
組電池管理ユニット５２は、組電池２２の動作状態データを取得し、それに基づいて組電池２２に不具合があるときは、組電池２２を電力変換器３４から切り離す処理を行う。具体的には、スイッチ部４２に含まれるスイッチを遮断する処理を行う。この機能の他に、組電池管理ユニット５２は、系列を構成する組電池２２の動作状態データ、スイッチ部４２の動作状態データ、および組電池管理ユニット自身の動作状態データを、予め定めた所定の送信先に送信する機能を有する。かかる組電池管理ユニット５２は、適当な性能のコンピュータで構成できる。具体的には、適当な処理速度と適当な記憶容量を有する組込型のマイクロプロセッサで構成される。適当な処理速度、適当な記憶容量とは、例えば、組電池メイン管理ユニット７０の処理速度よりも低速で、小規模の記憶容量とすることができる。
【００３０】
組電池管理ユニット５２は、動作データの取得と送信に関し、特に、図１に拡大して示す機能を有する。すなわち、動作状態データ取得部６０の機能を有する。この機能は、組電池管理ユニット５２自身の動作状態データも含み、組電池２２の動作状態データ、スイッチ部４２の動作状態データ、および、この系列が接続される電力変換器３４の動作状態データを取得することを内容とする。また、加工済みデータ生成部６２の機能を有する。この機能は、取得したままの生の動作状態データに基づいて、予め定めたデータ加工処理手順に従って処理を行った加工済みデータを生成することを内容とする。データ加工処理手順としては、組電池２２の端子間電圧からＳＯＣを算出する手順、これらのデータについての平均値、最大値、最小値、標準偏差等の統計処理を行う手順、前回の動作状態データとの間の変化量算出処理を行う手順等が含まれる。
【００３１】
さらに、組電池管理ユニット５２は、送信用データ生成部６４の機能を有する。この機能は、取得した生の動作状態データ、加工した加工済みデータのそれぞれについて、動作状態データの取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用データを生成することを内容とする。フラグビットとしては、組電池管理ユニット５２が、組電池２２から、あるいは、スイッチ部４２から、あるいは電力変換器３４から、正常に動作状態データを受信して取得したときを正常として「１」とし、受信がされないときを異常として「０」とするものとできる。
【００３２】
このように、フラグビットを付すのは、動作状態データの内容が正常か異常かに基づくのでなく、動作データの受信が正常に行われたか否かに基づくので、処理の負荷が軽い。また、異常状態であることを示すのに、１ビットデータで済み、例えば、異常状態の時に動作状態データを全部０に置き換え、または全部１に置き換える処理を行うことに比べ、格段に処理の負荷が軽い。また、これらの処理に要する記憶容量も少なくて済む。
【００３３】
さらに、組電池管理ユニット５２は、送信処理部６６の機能を有する。この機能は、生データにフラグビットを付した送信用生データと、加工済みデータにフラグビットを付した送信用加工済みデータのそれぞれを、所定の送信先に送信することを内容とする。送信用生データは、組電池メイン管理ユニット７０に送信される。送信用加工済みデータは、電力変換器管理装置３２の要求があって初めて、その要求に応じ電力変換器管理装置３２に送信される。そして、電力変換器管理装置３２に送信されたのと同じ内容のデータが、組電池メイン管理ユニット７０に送信される。換言すれば、電力変換器管理装置３２に送信されないデータは、組電池メイン管理ユニット７０にも送信されない。
【００３４】
上記各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、動作状態監視プログラムを実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００３５】
組電池メイン管理ユニット７０は、組電池系列群４０を構成する２０個の組電池管理ユニットからの送信用データを受信する受信処理部７２の機能を有する。この機能は、各組電池管理ユニットから送信された送信用データについて、フラグビットを利用し、正常取得データと異常取得データに対応する処理を行って記憶することを内容とする。また、ここでは特に、異常時処理部７４の機能を有する。この機能は、送信用データの内容に基づいて電力変換器管理装置３２が異常であるとされるときに、例えば、組電池系列群４０を構成する各組電池の充放電を停止し待機させる処理を行うことを内容とする。
【００３６】
送信用データの内容に基づいて電力変換器管理装置３２が異常であると判断するのは、２つの方法のいずれかに基づいて行うことができる。１つは、送信用生データに含まれる電力変換器３４に関するフラグビットが異常を示す場合である。もう１つは、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときである。
【００３７】
上記のように、組電池メイン管理ユニット７０に送信用加工済みデータが送信されるのは、電力変換器管理装置３２に送信用加工済みデータが送信されたときである。組電池メイン管理ユニット７０に、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときは、電力変換器管理装置３２に、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないことになる。１つの組電池管理ユニットから電力変換器管理装置３２に送信用加工済みデータが送信されないときは、その組電池管理ユニット自身に異常があるとも考えることができるが、２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときは、むしろ電力変換器管理装置３２に異常が生じている可能性が高いからである。
【００３８】
組電池メイン管理ユニット７０の上記の各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、動作状態監視プログラムを実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００３９】
上記構成の作用、特に組電池管理ユニット５２，５４の各機能、組電池メイン管理ユニット７０の各機能について、図２から図６を用いて詳細に説明する。複数の組電池管理ユニットの各機能は同じ内容であるので、以下では、組電池管理ユニット５２に代表させて、その機能等を説明する。図２は、動作状態監視の手順を示すフローチャートである。各手順は、動作状態監視プログラムの各処理手順にそれぞれ対応する。図３から図６は、各手順の内容を説明する図である。
【００４０】
動作状態監視の手順の最初は、動作状態データの取得である（Ｓ１０）。この工程は、組電池管理ユニット５２の動作状態データ取得部６０の機能によって実行される。具体的には、組電池２２について、組電池２２を構成する各蓄電池２１の端子間電圧、温度、組電池２２の電流等が取得される。また、スイッチ部４２について、スイッチのオンオフ状態データ等が取得される。また組電池管理ユニット５２自身についてのデータ取得、スイッチに対する指令等の動作状態データが取得される。また、電力変換器３４の充放電指令とその実行状態等の動作状態データが取得される。
【００４１】
次に、加工済みデータの生成が行われる（Ｓ１２）。この工程は、組電池管理ユニット５２の加工済みデータ生成部６２の機能によって実行される。具体的には、組電池２２を構成する各蓄電池２１の端子間電圧から組電池２２の端子間電圧を算出し、予め求めてある端子間電圧とＳＯＣの関係を用いて、組電池２２のＳＯＣを算出する。あるいは、電池電流を検出し、検出された電池電流の積算に基づいて組電池の残容量を演算してＳＯＣを算出してもよい。その他、各動作状態データについての平均値等が算出される。これらが加工済みデータとされる。
【００４２】
次に、送信用データが生成される（Ｓ１４，Ｓ１６）。この工程は、組電池管理ユニット５２の送信用データ生成部６４の機能によって実行される。送信用データとは、Ｓ１０において取得された生データである動作状態データについては、その生データに、さらに、その取得が正常か異常かを示すフラグビットを付したデータである。この生データにフラグビットを付したものが送信用生データである。この工程がＳ１４で、生成された送信用生データがＰ１である。
【００４３】
一方、Ｓ１２において生成された加工済みデータについての送信用データは、その加工済みデータに、さらに、その取得が正常か異常かを示すフラグビットを付したデータである。この加工済みデータにフラグビットを付したものが送信用加工済みデータである。この工程がＳ１６で、生成された送信用加工用データがＰ２，Ｐ３である。Ｐ２とＰ３は同じ内容であるが、後述する送信処理Ｓ１８，Ｓ２０で異なる送信先に送信される。
【００４４】
図３、図４に、送信用生データと、送信用加工済みデータのパケットフォーマットを示す。図３は、パケットフォーマットの概略図で、図４は、パケットフォーマットにおけるフラグビットを示す詳細図である。いずれの図においても、（ａ）が送信用生データＰ１、（ｂ）が送信用加工済みデータＰ２，Ｐ３である。
【００４５】
図３に示されるように、送信用データのパケットフォーマットは、ヘッダの部分と、系列データの部分に分けられる。系列データとは、組電池２２、スイッチ部４２、組電池管理ユニット５２、電力変換器３４の系列に関する動作状態データまたは加工済みデータのことである。
【００４６】
図４（ａ）に示されるように、フラグビットは、組電池２２を構成する１４個の蓄電池２１のそれぞれの動作状態データの部分について１つずつ、スイッチ部４２の動作状態データの部分について１つ、組電池管理ユニット５２の動作状態データの部分について１つ、電力変換器３４の動作状態データの部分について１つ、それぞれ付される。フラグビットは、これらの動作状態データの取得が正常のときに「１」が、正常でない異常のときに「０」が付される。
【００４７】
加工済みデータについては、図４（ｂ）に示されるように、フラグビットは、組電池２２の加工済みデータの部分について１つ、スイッチ部４２の加工済みデータの部分について１つ、組電池管理ユニット５２の加工済みデータの部分について１つそれぞれ付される。このように、組電池２２の加工済みデータに対するフラグビットは、１４個の蓄電池２１の各動作状態データに基づいて加工されたデータに対し１つ付される。ここでは、電力変換器３４についての加工済みデータはないものとされる。
【００４８】
再び図２に戻り、送信用生データＰ１と送信用加工済みデータＰ２，Ｐ３が生成されると、次に、これらがそれぞれ所定の送信先に送信される（Ｓ１８，Ｓ２０）。この工程は、組電池管理ユニット５２の送信処理部６６の機能によって実行される。送信用生データＰ１と送信用加工済みデータＰ２，Ｐ３の送信が行われる様子を図５に示す。ここに示されるように、送信用生データＰ１と送信用加工済みデータＰ３は、組電池系列群４０を構成する２０個の組電池管理ユニットから、それぞれ組電池メイン管理ユニット７０に送信される。２０個の組電池管理ユニットを区別して、図５では＃０１から＃２０が各系列に付されている。送信用加工済みデータＰ２は、＃０１から＃２０で示される組電池管理ユニットから、それぞれ電力変換器管理装置３２に送信される。電力変換器管理装置３２から各組電池管理ユニットに送信されるＱ１は、その系列に関する電力変換器の状態情報、電力変換器管理装置３２の状態情報を含むデータであるが、それと共に、組電池管理ユニットに対しＰ２の送信を要求するコマンドでもある。
【００４９】
このように、送信用生データＰ１は、Ｓ１８において、組電池メイン管理ユニット７０を送信先として送信が行われる。送信タイミングは、あらかじめ設定することができる。組電池メイン管理ユニット７０は、２０個の組電池管理ユニットからそれぞれ送信用生データを受信するので、送信タイミングとして、各組電池管理ユニットごとに１秒から数秒の間で設定された間隔とすることができる。例えば、２秒間隔とすると、組電池管理ユニット５２は、２秒間隔で、送信用生データを組電池メイン管理ユニット７０に送信する。
【００５０】
Ｓ２０は、送信用加工済みデータＰ２の送信の工程を示す。ここでは、電力変換器管理装置３２のＱ１に応じて、Ｐ２の送信が行われる。Ｑ１は、Ｐ２の送信を要求するコマンドで、電力変換器管理装置３２から、＃０１から＃２０で示される組電池管理ユニットにそれぞれ順次送信される。＃０１から＃２０で示される組電池管理ユニットは、送信されたＱ１を受け取ったときに、それぞれの系列の加工済みデータＰ２を電力変換器管理装置３２に送信する。このように、Ｐ２の送信タイミングは、電力変換器管理装置３２のＱ１の発信タイミングで決まる。電力変換器管理装置３２は、マスタコントローラ３０からの充放電指令を受け取ったタイミング、充放電指令を実行中の適当なタイミングで、Ｑ１を送信することができる。
【００５１】
図６は、電力変換器管理装置３２から、♯０１から＃２０の組電池管理ユニットに対しＱ１を送信するタイミングと、各組電池管理ユニットから電力変換器管理装置３２にＰ２を送信するタイミングを示すタイムチャートである。縦軸方向が経過時間である。このように、各組電池管理ユニットごとにＱ１とＰ２が組となって送受信が行われる。１つの組電池管理ユニットに対するＱ１とＰ２の送受信と、次の組電池管理ユニットに対するＱ１とＰ２の送受信の間の間隔は予め定めたｔ1である。このように、時間間隔ｔ1で、電力変換器管理装置３２と＃０１から＃２０の組電池管理ユニットの間でＱ１とＰ２の送受信が順次行われ、組電池系列群４０の全体としては、時間ｔ2で、Ｑ１とＰ２の送受信処理が終了する。ｔ1としては、例えば１００ｍｓ以内、ｔ2としては、２０個の組電池管理ユニットを対象とする場合その２０倍の約２ｓとすることができる。
【００５２】
再び図２に戻り、Ｓ２０において、Ｑ１に応じたＰ２の送信処理が全体として終了すると、次に、Ｐ３の送信が＃０１から＃２０の組電池管理ユニットから組電池メイン管理ユニット７０に対し行われる。このＰ３は、電力変換器管理装置３２に送信されたＰ２と同じ内容である。正常状態であれば、２０個のＰ２が電力変換器管理装置３２に送信される。仮に、ある組電池管理ユニットからその系列に関するＰ２が電力変換器管理装置３２に送信されなければ、その送信されなかったＰ２は組電池メイン管理ユニット７０にも送信されない。
【００５３】
図２のＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８は、組電池メイン管理ユニット７０の異常時処理部７４の機能によって実行される工程である。ここでは、電力変換器管理装置３２の動作状態について正常か異常かが判断され、異常のときは、異常時処理が実行される。
【００５４】
Ｓ２２は、Ｓ１８において組電池メイン管理ユニット７０に送信された送信用生データＰ１を利用するものである。ここでは、送信用生データに含まれる電力変換器３４に関するフラグビットが正常のときに、Ｓ２６において、電力変換器管理装置３２の動作状態が正常とされる。これに対し、送信用生データに含まれる電力変換器３４に関するフラグビットが異常とされると、Ｓ２８において、電力変換器管理装置３２の動作状態が異常とされ、異常時処理が行われる。異常時処理としては、組電池２２，２４が過充電、過放電にならないように、組電池系列群４０を構成する組電池２２，２４の充放電を停止し待機させることとできる。
【００５５】
Ｓ２４は、Ｓ２０において組電池メイン管理ユニット７０に送信された送信用加工済みデータＰ２を利用するものである。ここでは、送信用加工済みデータが送信されていないのが多くても１つの組電池管理ユニットに関する場合に、Ｓ２６において、電力変換器管理装置３２の動作状態が正常とされる。一方、少なくとも２以上の組電池管理ユニットに渡って、送信用加工済みデータが送信されていないときには、Ｓ２８において、電力変換器管理装置３２の動作状態が異常とされ、異常時処理が行われる。
【００５６】
このように、動作状態データの取得が正常に行われたか否かに関するフラグビットを付すことで、充放電に関する各要素に対する動作監視処理の負荷を軽減できる。すなわち、以上説明した本発明の実施の形態によれば、蓄電池充放電管理システム１０は、組電池を構成する複数の蓄電池の生の動作状態データの取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して送信用生データを生成し、その送信用生データを所定の送信先に送信する。フラグビットは、データ取得が正常に行われたか否かについての通信の状態を監視するので、動作状態のデータの内容の正常か異常かの監視よりも処理負荷が軽い。また、送信用生データを受信した方も、フラグビットに従ってデータの蓄積処理等を迅速に行うことができ、処理負荷が軽い。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る蓄電池充放電管理システムは、蓄電池集合体が設けられる施設の充放電管理に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 蓄電池充放電管理システム、１２ 電源部、１４ 外部商用電源、１６ 太陽光発電システム、１８ 負荷部、２０ 蓄電池集合体、２１ 蓄電池、２２，２４ 組電池、３０ マスタコントローラ、３２ 電力変換器管理装置、３４ 電力変換器、４０ 組電池系列群、４２，４４ スイッチ部、５２，５４ 組電池管理ユニット、６０ 動作状態データ取得部、６２ 加工済みデータ生成部、６４ 送信用データ生成部、６６ 送信処理部、７０ 組電池メイン管理ユニット、７２ 受信処理部、７４ 異常時処理部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電池を組み合わせて接続した組電池を複数並列に接続配置して構成され、充放電制御装置の充放電指示に従って充放電される蓄電池集合体と、
前記複数の組電池のそれぞれに設けられ、前記組電池を構成する前記複数の蓄電池の動作状態データを取得する動作状態データ取得部と、前記動作状態データに基づくデータを所定の送信先に送信する送信処理部とを含む複数の組電池管理ユニットと、
を備え、
前記組電池管理ユニットは、生の前記動作状態データに、前記取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用生データを生成する送信用データ生成部を含む蓄電池充放電管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記複数の組電池のそれぞれに接続される電力変換器に対し、前記充放電制御装置の前記充放電指示に従って前記充放電を制御する電力変換器管理装置を備え、
前記組電池管理ユニットの前記動作状態データ取得部は、
前記組電池を構成する前記複数の蓄電池の前記動作状態データと共に、前記組電池に対応する前記電力変換器の動作状態データを取得する蓄電池充放電管理システム。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記組電池管理ユニットは、
前記組電池を構成する前記複数の蓄電池の前記動作状態データについて、予め定めたデータ加工処理手順に従って加工し、前記組電池に関する加工済みデータを生成する加工済みデータ生成部を含み、
前記送信用データ生成部は、
前記加工済みデータについて、元々の前記動作状態データの取得が正常に行われたか否かを示す前記フラグビットを付して、前記送信用生データとは別に、送信用加工済みデータを生成する蓄電池充放電管理システム。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記複数の組電池管理ユニットからの前記送信を受信する受信処理部を含み前記複数の組電池のそれぞれの動作状態を監視する組電池メイン管理ユニットを備え、
前記組電池管理ユニットの前記送信処理部は、
前記電力変換器管理装置の要求に応じ、前記電力変換器管理装置に対し前記送信用加工済みデータを送信し、前記送信されたのと同じ内容のデータを前記組電池メイン管理ユニットに送信する蓄電池充放電管理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記組電池メイン管理ユニットは、
前記送信用生データに含まれる前記電力変換器に関する前記フラグビットが異常を示す場合、または、少なくとも２以上の前記組電池管理ユニットに渡って、前記送信用加工済みデータが送信されていないときに、前記電力変換器管理装置の動作異常に対する処理を行う異常時処理部を有する蓄電池充放電管理システム。
【請求項１】
複数の蓄電池を組み合わせて接続した組電池を複数並列に接続配置して構成され、充放電制御装置の充放電指示に従って充放電される蓄電池集合体と、
前記複数の組電池のそれぞれに設けられ、前記組電池を構成する前記複数の蓄電池の動作状態データを取得する動作状態データ取得部と、前記動作状態データに基づくデータを所定の送信先に送信する送信処理部とを含む複数の組電池管理ユニットと、
を備え、
前記組電池管理ユニットは、生の前記動作状態データに、前記取得が正常に行われたか否かを示すフラグビットを付して、送信用生データを生成する送信用データ生成部を含む蓄電池充放電管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記複数の組電池のそれぞれに接続される電力変換器に対し、前記充放電制御装置の前記充放電指示に従って前記充放電を制御する電力変換器管理装置を備え、
前記組電池管理ユニットの前記動作状態データ取得部は、
前記組電池を構成する前記複数の蓄電池の前記動作状態データと共に、前記組電池に対応する前記電力変換器の動作状態データを取得する蓄電池充放電管理システム。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記組電池管理ユニットは、
前記組電池を構成する前記複数の蓄電池の前記動作状態データについて、予め定めたデータ加工処理手順に従って加工し、前記組電池に関する加工済みデータを生成する加工済みデータ生成部を含み、
前記送信用データ生成部は、
前記加工済みデータについて、元々の前記動作状態データの取得が正常に行われたか否かを示す前記フラグビットを付して、前記送信用生データとは別に、送信用加工済みデータを生成する蓄電池充放電管理システム。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記複数の組電池管理ユニットからの前記送信を受信する受信処理部を含み前記複数の組電池のそれぞれの動作状態を監視する組電池メイン管理ユニットを備え、
前記組電池管理ユニットの前記送信処理部は、
前記電力変換器管理装置の要求に応じ、前記電力変換器管理装置に対し前記送信用加工済みデータを送信し、前記送信されたのと同じ内容のデータを前記組電池メイン管理ユニットに送信する蓄電池充放電管理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電池充放電管理システムにおいて、
前記組電池メイン管理ユニットは、
前記送信用生データに含まれる前記電力変換器に関する前記フラグビットが異常を示す場合、または、少なくとも２以上の前記組電池管理ユニットに渡って、前記送信用加工済みデータが送信されていないときに、前記電力変換器管理装置の動作異常に対する処理を行う異常時処理部を有する蓄電池充放電管理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１４８５６（Ｐ２０１３−１１４８５６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９０５８（Ｐ２０１１−２５９０５８）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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