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公開番号2024080204
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-13
出願番号2022193200
出願日2022-12-02
発明の名称組電池装置及びエネルギー貯蔵システム
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02J 7/02 20160101AFI20240606BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
電池ユニット及び/又は電池ストリングの電圧ばらつきを効果的に低減し得る組電池装置及びエネルギー貯蔵システムを提供することにある。
【解決手段】
組電池装置10は、充放電可能な複数の二次電池8が直列及び/又は並列に接続され構成される電池ユニット1、電池ユニット1を複数直列及び/又は並列に接続して構成される電池ストリング3、電池ストリング3を複数並列に接続して構成した組電池40、及び制御装置46で構成される。電池ユニット1と並列に接続された放電回路2を備え、制御装置46は、いずれかの電池ユニット1の電圧が放電開始電圧以上になったとき、当該電池ユニット1を第1の放電対象ユニットに設定し、第1の放電対象ユニットの放電を開始し、第1の放電対象ユニットを含まない電池ストリング3において、第1のストリング内放電対象ユニットを選択し、選択された第1のストリング内放電対象ユニットの放電を開始する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
充放電可能な複数の二次電池が直列及び／又は並列に接続され構成される電池ユニットと、前記電池ユニットを複数直列及び／又は並列に接続して構成される電池ストリングと、前記電池ストリングを複数並列に接続して構成した組電池と、制御装置で構成された組電池装置であって、
前記電池ユニットと並列に接続された放電回路を備え、
前記制御装置は、いずれかの前記電池ユニットの電圧が放電開始電圧以上になったとき、当該電池ユニットを第１の放電対象ユニットに設定し、前記第１の放電対象ユニットの放電を開始し、前記第１の放電対象ユニットを含まない前記電池ストリングにおいて、第１のストリング内放電対象ユニットを選択し、選択された第１のストリング内放電対象ユニットの放電を開始することを特徴とする組電池装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、前記第１の放電対象ユニットを含まない前記電池ストリングの各々において、第１のストリング内放電対象ユニットを選択し、選択された第１のストリング内放電対象ユニットの放電を開始することを特徴とする組電池装置。
【請求項３】
請求項１に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、前記第１の放電対象ユニットを含まない前記電池ストリングにおいて、最も電圧が高い前記電池ユニットを前記第１のストリング内放電対象ユニットに設定することを特徴とする組電池装置。
【請求項４】
請求項３に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、前記第１の放電対象ユニットの電圧が放電終了電圧以下になったとき、前記第１の放電対象ユニット及び前記第１のストリング内放電対象ユニットの放電を終了することを特徴とする組電池装置。
【請求項５】
請求項４に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、前記第１の放電対象ユニットの電圧が放電終了電圧以上であって、いずれかの前記第１のストリング内放電対象ユニットの電圧が放電終了電圧以下になったとき、前記第１のストリング内放電対象ユニットと同一の前記電池ストリング内から第２のストリング内放電対象ユニットを選択し、選択された第２のストリング内放電対象ユニットの放電を開始することを特徴とする組電池装置。
【請求項６】
請求項４に記載の組電池装置において、
前記放電開始電圧は、同一の電池ストリング内に接続される複数の電池ユニットのうち、電圧が最大値を示す電池ユニットと電圧が最小値を示す電池ユニットとの電圧の差分が設定され、
前記放電終了電圧は、前記同一の電池ストリング内に接続される複数の電池ユニットのうち、出力電圧が最大値を示す電池ユニットと出力電圧が最小値を示す電池ユニットとの電圧の差分が、極小又はゼロとなる値が設定されることを特徴とする組電池装置。
【請求項７】
請求項４に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、いずれかの前記電池ユニットの電圧が第１の放電開始電圧以上になったとき、当該電池ユニットの放電を開始すると共に、前記第１の放電対象ユニットを含まない前記電池ストリングにおいて、前記第１の放電開始電圧よりも低い第２の放電開始電圧以上の電池ユニットの組合せを選定し、放電を開始することを特徴とする組電池装置。
【請求項８】
請求項４に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、いずれかの前記電池ユニットの電圧が第１の放電開始電圧以上になったとき、当該電池ユニットの放電を開始すると共に、電圧が前記第１の放電開始電圧よりも低い第２の放電開始電圧以上の他の電池ユニットの放電を開始することを特徴とする組電池装置。
【請求項９】
請求項６に記載の組電池装置において、
前記制御装置は、前記電池ストリングの各々において電圧値の高い順に前記電池ユニットの識別番号を並べ替えて保持する記憶部を有することを特徴とする組電池装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の組電池装置において、
前記電池ユニットは、電池ユニット制御部を有し、前記電池ユニット内の前記二次電池の電圧を調整することを特徴とする組電池装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池装置及びエネルギー貯蔵システムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電は、天候や時間帯によって出力が変動するため、電力系統の需給調整用途としてエネルギー貯蔵システムの活用が期待されている。
エネルギー貯蔵システムは、蓄電要素を有する組電池装置を備える。エネルギー貯蔵システムを構成する組電池装置は、直列かつ並列に接続された多数の二次電池で構成されており、要求される電圧と容量を実現する。
【０００３】
このような構成の組電池装置の運用に関する技術として、例えば、特許文献１に記載される技術が知られている。特許文献１には、複数の電池ユニットを直列に接続して構成した電池ストリングを複数並列に接続して組電池装置を構成する。そして、各々の電池ストリング内の対地電圧がほぼ等しいと見做せる電池ユニット同士を、バランシングラインで並列接続することで、並列接続された電池ユニット群の電圧ばらつきを低減可能な技術が開示されている。
また、特許文献２には、遮断器を具備する電池盤を複数並列に接続して組電池装置を構成する。そして、充電時には他の電池盤に比して電圧の高い電池盤の遮断器を開放するなど選択的に電池盤を充放電することで電池盤の電圧ばらつきを低減可能な技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
ＵＳ２０１８／０２３３９１２号公報
国際公開第２０１７／１５４１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示される技術によれば、並列に接続された電池ユニットの電圧はバランスされるものの、直列に接続された電池ユニットの電圧はバランスされない。電圧がばらついた状態で組電池装置の運転を継続すると、過充電や過放電となる可能性があり、システムの安全性を損ねてしまう。また電池ユニットの電圧は充電率（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）と相関があり、一般に電圧が高いほど充電率が高く、電圧が低いほど充電率が低い関係にある。すなわち、電圧のばらつきは充電率のばらつきと言ってよい。特許文献１に開示される技術では、組電池装置を構成する電池ユニットの充電率がばらつくと、組電池装置全体としての充電率の範囲が狭まり、使用可能なエネルギーが小さくなる虞がある。一方、特許文献２に開示される技術では、遮断器の開閉により選択的に電池盤を充放電する方法であるため、遮断器が開放された電池盤の分だけ全体容量が低下する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、電池ユニット及び／又は電池ストリングの電圧ばらつきを効果的に低減し得る組電池装置及びエネルギー貯蔵システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る組電池装置は、充放電可能な複数の二次電池が直列及び／又は並列に接続され構成される電池ユニットと、前記電池ユニットを複数直列及び／又は並列に接続して構成される電池ストリングと、前記電池ストリングを複数並列に接続して構成した組電池と、制御装置で構成された組電池装置であって、前記電池ユニットと並列に接続された放電回路を備え、前記制御装置は、いずれかの前記電池ユニットの電圧が放電開始電圧以上になったとき、当該電池ユニットを第１の放電対象ユニットに設定し、前記第１の放電対象ユニットの放電を開始し、前記第１の放電対象ユニットを含まない前記電池ストリングにおいて、第１のストリング内放電対象ユニットを選択し、選択された第１のストリング内放電対象ユニットの放電を開始することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、組電池装置に電流を供給する電源と、充放電可能な複数の二次電池が直列及び／又は並列に接続され構成される電池ユニットと、前記電池ユニットを複数直列及び／又は並列に接続して構成される電池ストリングと、前記電池ストリングを複数並列に接続して構成した組電池と、制御装置で構成された組電池装置と、を備え、前記組電池装置は、前記電池ユニットと並列に接続された放電回路を有し、前記制御装置は、いずれかの前記電池ユニットの電圧が放電開始電圧以上になったとき、当該電池ユニットを第１の放電対象ユニットに設定し、前記第１の放電対象ユニットの放電を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池ユニット及び／又は電池ストリングの電圧ばらつきを効果的に低減し得る組電池装置及びエネルギー貯蔵システムを提供することが可能となる。
例えば、安全性と使用可能なエネルギーを高めることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施例１に係るエネルギー貯蔵システムの全体概略構成を示すブロック図である。
図１に示すＡＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
図２に示す変換器制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
図２に示す組電池装置の構成を示す図である。
図４に示す組電池が備える電池ユニットの構成を示す図である。
図４に示す組電池制御部が電池ユニットの出力電圧のばらつきを調整する演算のフローチャートである。
各電池ストリングを構成する電池ユニットを電圧の高い順に並べた表を示す図である。
電池ユニットの電圧のばらつきが調整される様子と放電スイッチのタイミングを説明する模式図である。
組電池装置において循環電流が発生する原理を説明する模式図である。
組電池装置において循環電流を抑制する効果を説明する模式図である。
本発明の実施例２に係る組電池装置において、放電対象とする電池ユニットを選定する方法の説明図である。
本発明の実施例３に係る組電池装置において、放電対象とする電池ユニットを選定する方法の説明図である。
本発明の実施例４に係る組電池装置を表したものである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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