专利名称：二次电池的控制方法和电力储藏装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池的控制方法和电力储藏装置。
背景技术：
在现有技术中，为平均昼夜间等差别大的电力消耗量或者为补偿自然能源发电装置等时刻变化的输出，使用了以钠-硫磺电池(以下也称为NaS电池)等二次电池为主要构成机器的电力储藏装置。NaS电池的剩余容量能通过从初始设定的剩余容量将充放电的电流值输入序列发生器(sequencer)等控制装置进行加减积算而求出，从而进行管理。但是，如果长期使用NaS电池，则实际的剩余容量和管理的剩余容量(以下也称为剩余容量管理值)之间发生偏差。进而，在各NaS电池之间产生剩余容量管理值的偏差程度的不均匀。因此，为更精确地管理NaS电池的剩余容量，需要修正或重新设定剩余容量管理值。例如，在下述专利文献I中，公开了在充电末期附近或者放电末期附近修正剩余容量管理值的方法。现有技术文献专利文献专利文献I :特开2008-84677号公报
发明内容
发明要解决的课题在专利文献I中公开的NaS电池中，剩余容量管理值的修正是通过采用事先设定在控制装置中的充电末期修正或者放电末期修正中的某一方法而进行的。即，与NaS电池的运转状态或自然环境等无关而采用事先设定的修正方法来进行剩余容量管理值的修正。另外，在这样的NaS电池中，通过如下方式的限制来进行剩余容量管理值的修正，即对修正对象的NaS电池优先进行充电或放电直至完成剩余容量管理值的修正为止、或者达到修正完成后根据电力储藏装置的使用目的而设定的规定蓄电量为止。但是，由于NaS电池的运转状态或自然环境等，有时采用未设定的其他方法与采用事先设定的方法相比上述修正处理所需时间更短。因此，在专利文献I中公开的NaS电池中，很可能出现如下问题，即由于未使用最佳修正方法而使修正处理所需时间延长，由此剩余容量误差增大、在非预期时间达到充放电末期而无法继续进行修正对象电池的充电或放电，或者由于不是适合使用目的的剩余容量，而无法与长时间连续的充电或放电相对应。于是，本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于，提供一种采用与二次电池的运转状态或自然环境等相应的最佳修正方法来修正剩余容量管理值的二次电池的控制方法。、
解决课题的方法本发明的第一方面的发明是一种二次电池的控制方法，其用于在成为剩余容量管理值修正对象的二次电池的充电末期附近或放电末期附近对所述剩余容量管理值进行修正。所述二次电池的控制方法具备第一电能计算工序，其用于计算从所述剩余容量管理值充电至所述充电末期附近为止所需的电能、和从所述剩余容量管理值放电至所述放电末期附近为止所需的电能；电能预测工序，其用于预测所述二次电池能够得到的充放电电能；修正时间预测工序，其从所述第一电能计算工序中计算出的电能和所述电能预测工序中预测的电能，预测直至所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间和直至所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间；修正方法选择工序，其用于选择所述修正时间预测工序所预测的时间中的预测时间较短的修正方法；充放电控制工序，其以采用所述选择的修正方法对所述二次电池的所述剩余容量管理值进行修正的方式控制所述二次电池的充电状态。本发明的第二方面的发明是在第一方面的发明的二次电池的控制方法中进一步具备第二电能计算工序，其用于计算从所述充电末期附近充放电至达到与所述二次电池 的使用目的相应而设定的规定蓄电量为止所需的电能；从所述放电末期附近充放电至达到所述规定的蓄电量为止所需的电能。所述修正时间预测工序从所述第一电能计算工序中计算出的电能、所述电能预测工序中预测的电能、所述第二电能计算工序中计算出的电能，预测在所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间、和在所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间。本发明的第三方面的发明是在第一或第二方面的发明的二次电池的控制方法中，所述电能预测工序将所述二次电池能得到的充电电能和放电电能设为相同的电能。本发明的第四方面的发明是在第一或第二方面的发明的二次电池的控制方法中，在设有多个二次电池的情况下，当优先对所述修正对象的二次电池进行充电并优先使前期修正对象的二次电池以外的二次电池进行放电时，所述电能预测工序对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预测，当优先使所述修正对象的二次电池进行放电并优先对前期修正对象的二次电池以外的二次电池进行充电时，所述电能预测工序对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预测。本发明的第五方面的发明是一种具备二次电池的电力储藏装置，其具备双向转换器，其用于控制所述二次电池的充放电；控制部，其对所述双向转换器进行控制，以使需要进行修正的二次电池的剩余容量管理值达到充电末期附近或者放电末期附近。所述控制部具备第一电能计算部，其对在成为所述剩余容量管理值的修正对象的二次电池计算从所述剩余容量管理值充电至所述充电末期附近为止所需的电能、和从所述剩余容量管理值放电至所述放电末期附近为止所需的电能；电能预测部，其用于预测所述修正对象的二次电池能够得到的充放电电能；修正时间预测部，其从所述第一电能计算工序中计算出的电能和所述电能预测工序中预测的电能，预测直至所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间和直至所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间；修正方法选择部，其用于选择由所述修正时间预测部预测的时间中的预测时间较短的修正方法；充放电指令部，其以采用所述选择的修正方法对所述修正对象的二次电池的所述剩余容量管理值进行修正的方式控制所述双向转换器。本发明的第六方面的发明是在第五方面的发明的电カ储藏装置中，进ー步具备第ニ电能计算部，其用于计算从所述充电末期附近充放电至达到与所述二次电池的使用目的相应而设定的规定蓄电量为止所需的电能；从所述放电末期附近充放电至达到所述规定的蓄电量为止所需的电能。所述修正时间预测部从所述第一电能计算部中计算出的电能、所述电能预测部中预测的电能、所述第二电能计算部中计算出的电能，预测在所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间、和在所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间。
本发明的第七方面的发明是在第五或第六方面的发明的电カ储藏装置中，所述电能预测部将所述修正对象的二次电池能够得到的充电电能和放电电能设为相同的电能。本发明的第八方面的发明是在第五或第六方面的发明的电カ储藏装置中，在设有多个二次电池的情况下，当优先对所述修正对象的二次电池进行充电并优先使前期修正对象的二次电池以外的二次电池进行放电时，所述电能预测部对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预测，当优先使所述修正对象的二次电池进行放电并优先对前期 修正对象的二次电池以外的二次电池进行充电时，所述电能预测部对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预测。发明的效果根据从第一到第八方面的发明，能够使用与用途或电カ储藏装置的运转状态相应的最佳修正方法来修正剰余容量管理值。根据第三和第七方面的发明，能够容易地预测修正剰余容量管理值所需的大致时间。根据第四和第八方面的发明，能够进ー步缩短修正处理所需的时间。上述以及上述以外的本发明的目的、特征、方面以及优点，通过下述的本发明的详细说明，并參考附图，将更为明晰。
图I是示意性地表示具备本发明第一实施方案电カ储藏装置的互联系统构成的图。图2是NaS电池的模块的电路图。图3是示意性地表示本发明第一实施方案控制部的构成的图。图4是表示NaS电池的电池剩余容量率与电压的关系的图。图5是表示本发明第一实施方案的完成充电末期修正所需的预测时间的计算方法的流程图。图6是表示本发明第一实施方案的完成放电末期修正所需的预测时间的计算方法的流程图。图7是表示以单位时间内的充电电能与放电电能相等的方式设定输出功率时的例子的图。图8是表示以单位时间内的充电电能大于放电电能的方式设定输出功率时的例子的图。
图9是表不以单位时间内的充电电能小于放电电能的方式设定输出功率时的例子的图。图10是表示对本发明第一实施方案进行仿真而得出的充电末期修正所需的预测时间、和放电末期修正所需的预测时间的图。图11是表示对本发明第一实施方案进行仿真而得出的充电末期修正所需的预测时间、和放电末期修正所需的预测时间的图。图12是示意性地表示本发明第二实施方案的控制部的构成的图。图13是表示达到本发明第二实施方案的目标剩余容量为止所需的预测时间的计算方法的流程图。图14是表示达到本发明第二实施方案的目标剩余容量为止所需的预测时间的计算方法的流程图。 图15是表示对本发明第二实施方案进行仿真而得到的达到目标剩余容量为止所需的预测时间、和达到目标剩余容量为止所需的预测时间的图。图16是示意性地表示本发明第三实施方案的微电网构成的图。
具体实施例方式(I.第一实施方案)(1-1.互联系统的构成)首先，对具有本发明的第一实施方案的电カ储藏装置I的互联系统10的构成进行说明。(1-1-1.互联系统的构成)图I是示意性地表示互联系统10的构成的图。互联系统10具备电カ储藏装置I和输出变化的发电装置2，分别与电カ系统3相连接。图I中例示了发电装置2为利用风カ进行发电的风カ发电装置的例子，但也可以是其他的自然能源发电装置(例如太阳能发电
装置等)。电カ储藏装置I主要具备储藏电力的二次电池11 ;连接电カ系统3与二次电池11的连接线12 ;双向转换器13，将从二次电池11供应给电カ系统3的电流从直流转换成交流，并将从电カ系统3供应给二次电池11的电流从交流转换成直流；变压器14，对从ニ次电池11供应给电カ系统3的电カ进行升压，并对从电カ系统3供应给二次电池11的电カ进行降压；控制电カ储藏装置I的控制部15。对应每个二次电池11均设有ー个连接线12、一个双向转换器13和一个变压器14，双向转换器13和变压器14插在连接线12。图I示出了四个二次电池11，但二次电池11的数量根据电カ储藏装置I的规格而增减。例如，也可以是由ー个二次电池11构成的电カ储藏装置I。此外，以下将二次电池11为钠-硫磺电池(以下也称为NaS电池11)的情况作为例子来进行说明。(1-1-2.互联系统的输出功率Pt)接着，对从互联系统10向电カ系统3输出的功率Pt进行说明。在互联系统10中，利用NaS电池11的充放电，使从NaS电池11输出的功率Pn(或者是输入于NaS电池11的功率Pn)补偿从发电装置2输出的功率Pw的变化。其结果，被控制成互联系统10整体的合成功率(匕)为Pt = Pw + Pn =目标功率。也就是说，通过控制NaS电池11的充放电来进行控制以使互联系统10的合成功率(Pt)成为目标功率。在NaS电池11中，为解决由实际的剰余容量与管理值(以下也称为剩余容量管理值)之间产生偏差而可能引起的各种问题(例如，突然达到放电末期而不能继续进行放电的问题、突然达到放电末期而不能继续进行放电的问题)，通过定期或者以修正要求的时间修正剰余容量管理值来进行管理。在此，本实施方案的控制部15如后述那样是为了使用最佳的修正方法来修正剩余容量管理值而采用的。(1-1-3.电カ储藏装置的各构成要素) 接着，对电カ储藏装置I的各构成要素进行说明。(NaS 电池 11)图2是NaS电池11的模块210的电路图。如图2所示，模块210是将电池块211串联连接的串联连接体，电池块211是将组列212并联连接的并联连接体，组列212是将单电池213串联连接的串联连接体。电池块211的串联连接的数量、组列212的并联连接的数量及单电池213的串联连接的数量根据模块210的规格而增减。多个NaS电池11分别具备I个以上的模块210，并且与其他NaS电池11相独立地进行充放电。模块210的数量根据NaS电池11的规格而增减。(双向转换器13)双向转换器13根据充放电指令来控制NaS电池11的充放电以使NaS电池11的剩余容量管理值成为目标值。双向转换器13也称为“PCS (Power Conversion System)”、“直交流转换器”等。双向转换器13的直流和交流的相互转换通过PWM (Pulse WidthModulation)逆变器等来进行。(控制部15)图3是示意性地表示控制部15的构成的图。图3的电池块分别可以通过在至少具备CPU和存储器的嵌入式计算机(embedded computer)中运行控制程序来实现,也可以通过硬件来实现。控制部15具备修正要求检测部16，对任ー个NaS电池11的剩余容量管理值的修正要求进行检测；第一修正方法判断部17，用于判断对修正对象NaS电池11实行的最佳剩余容量管理值修正方法；充放电指令部18，对双向转换器13发出NaS电池11的充放电指令以使使用判断出的修正方法来修正剰余容量管理值。在成为修正对象的NaS电池11中，第一修正方法判断部17具备第一充放电电能计算部171，对从当前剰余容量管理值充电至充电末期附近所需的电能和从当前剰余容量管理值放电至放电末期附近所需电能进行计算；充放电电能预测部172，对修正对象NaS电池今后能够得到的充放电电能进行预测；第一修正时间预测部173，对在充电末期附近修正(以下也称为充电末期修正)剰余容量管理值所需的时间和在放电末期附近修正(以下也称为放电末期修正)剰余容量管理值所需的时间进行预测；修正方法选择部174，选择第一修正时间预测部173预测的时间之中时间较短的修正方法。(1-2.控制部15的处理)
接着，对控制部15的处理进行说明。(检测修正要求)首先，利用修正要求检测部16，检测任一 NaS电池11的剩余容量管理值的修正要求。决定成为剩余容量管理值的修正对象的NaS电池11的方法公知的有多种，可以采用任ー种方法。例如，可以在规定的时间按照ー个ー个的顺序确定NaS电池11并进行剰余容量管理值的修正。另外，从上一次的修正到现在为止经过的时间、进行充放电的时间、充放电功率、充放电功率变化的大小、缓急程度、次数等之中求出多个NaS电池11各自的剰余容量管理值的估计误差，将估计误差超出阈值的NaS电池11作为修正对象也可以。(计算达到充电末期附近和放电末期附近为止所需的电能)接着，利用第一充放电电能计算部171，计算剩余容量从当前剰余容量管理值直至 成为进行修正时的剩余容量为止的NaS电池11充放电所需的电能。图4是表示NaS电池11的电池剩余容量率与电压的关系的图。电池剩余容量率是指可以放电的容量对NaS电池11的额定容量的比率(％)。如图4所示，当处在钠硫化物(Na2S5)和硫磺(S)作为正极活性物质存在的两相域的充电末期附近(约95%以上)吋，电池剩余容量率越大NaS电池11的电压就越上升。在充电末期以外的两相域(约40%-90%)中，电压不依赖于电池剰余容量率而大致恒定。当处在只有钠硫化物(Na2Sx)作为正极活性物质存在的单相域(约40%以下)时，电池剩余容量率越小电压越降低。利用这样的NaS电池11的电压与电池剩余容量率之间的关系，剩余容量管理值的修正以NaS电池1004被充电至充电末期附近的状态或NaS电池1004被放电至单相域(放电末期附近)的状态进行。S卩，第一充放电电能计算部171,对成为修正对象的电池的剩余容量从当前剩余容量管理值被充电至充电末期附近(例如电池剩余容量率为95%)所需的电能、和从当前剩余容量管理值被放电至放电末期附近(例如电池剩余容量率为40%)所需的电能进行计算。(预测修正对象NaS电池11能够得到的充放电电能)接着，利用充放电电能预测部172，预测今后修正对象NaS电池11能够得到的充放电电能(以下也称为预测充放电电能)。预测充放电电能是指基于预测的发电装置2今后发电输出的功率Pw、通过调整非修正对象NaS电池11充放电使非修正对象NaS电池11能够输入输出的功率PNn、互联系统
10(或电カ储藏装置)与电カ系统3之间的电力授受计划，预测能分配给修正对象NaS电池11的充放电电能。预测的发电装置2今后发电输出的功率Pw，例如能从过去的发电实际成绩或天气预报等中预测。例如，当发电装置2为风カ发电机时，基于过去的发电实际成绩、预测的刮风状况来预测发电装置2今后输出的各个时刻的发电量，并基于该预测的发电量、过去的负载实际成绩和其他NaS电池11的剰余容量管理值等，预测今后修正对象电池能够授受的充放电功率。另外，当发电装置2为太阳能发电机时，也同样基于过去的发电实际成绩、预测的天气对发电装置2今后输出的各个时刻的发电量。互联系统10 (或电カ储藏装置)和电カ系统3之间的电力授受计划例如指使互联系统10的输出功率Pt成为一定值而运转时的设定输出功率、功率平稳运转时的补偿部分的功率或进行负载均衡运转时的设定输出功率等。
另外，优选地，充放电电能预测部172对如下的充放电电能进行预测，S卩，优先对修正对象的NaS电池11进行充电并优先对非修正对象的NaS电池11进行放电时预测的能分配给修正对象NaS电池11的充放电电能(预测充放电电能A)，和优先对修正对象的NaS电池11进行放电并优先对非修正对象的NaS电池11进行充电时预测的能分配给修正对象NaS电池11的充放电电能(预测充放电电能B)。由此，能够预测以剩余容量管理值在短时间内被修正的方式控制电カ储藏装置I时的充放电电能。例如，预测充放电电能是通过积算预测的充放电电能而求得，其中，将放电电能设为正、将充电电能设为负。优先对修正对象的NaS电池11进行充电或者放电的方法，是通过调整上述预测的发电装置2今后发电输出的功率Pw、通过非修正对象NaS电池11充放电的调整非修正对象NaS电池11能够输入输出的功率PNn、互联系统10 (或电カ储藏装置)与电カ系统3之间的电カ授受计划等来进行的。 具体地，为优先对修正对象的NaS电池11进行充电或放电而进行的对预测的发电装置2今后发电输出的功率Pw的调整，能通过增减与电カ系统3相连接的发电设备的数量或改变风力发电设备的倾斜角(叶片角度)来实现。但是，通常期望自然能源发电设备的发电电カ最大限度地变大，因此优选不进行上述调整而调整向修正对象NaS电池21的充放电电能。另外，为优先对修正对象的NaS电池11进行充电或放电而进行的非修正对象NaS电池11能够输入输出的功率PNn的调整，是通过调整非修正对象NaS电池11的输入输出功率PNn以使NaS电池整体的输入输出功率Pn优先分配给修正对象NaS电池11的充电或放电来进行的。具体地，在对修正对象的NaS电池11充电从而进行充电末期修正时，通过将充电电カ优先分配给修正对象电池并以下位的优先顺序来分配放电电カ来进行。另外，在使修正对象的NaS电池11放电从而进行放电末期修正时，进行与上述处理的相反的处理。另外，为优先对修正对象的NaS电池11进行充电或放电而进行的对互联系统10(或电カ储藏装置)与电カ系统3之间的电力授受计划的调整，是通过控制互联系统10与电カ系统3之间的输入输出功率以使电カ系统3的供求平衡、频率变化得到适当维持来进行的。该输入输出功率的控制不同于按电カ系统3的要求所进行的控制，例如在控制从互联系统10向电カ系统3输出的功率时，通过调整输出功率以使输出功率值或输出功率的变化率等处于允许范围内来进行。另外，互联系统10从电极系统3接收电极的供应时，同样也是通过调整用电功率以使用电功率值或用电功率变化率等处于允许范围内来进行的。例如，输出功率值的允许范围是通过以从互联系统10输出与供求相应的功率的方式设定每个时间段允许的输出功率范围或按照每个时间段设定买电价格来确定的。例如，在优先对修正对象的NaS电池11进行充电时，在允许的功率变化率内、在不脱离允许电カ值范围的范围内降低互联系统10的输出功率，由此能使可以分配给修正对象NaS电池11的充电电能増大。另外，在优先使修正对象的NaS电池11进行放电时，在允许的功率变化率内、在不脱离允许电カ值范围的范围内提高互联系统10的输出功率，由此能使可以分配给修正对象NaS电池11的放电电能増大。这样，充放电电能部172能事先预测可以分配给修正对象NaS电池11的充放电电倉^:。另外，在预测困难或想简化处理时，充放电电能预测部172也可以通过将一天的标准发电模式事先存储于控制部15来计算预测充放电电能，也可以将预测充电电能与预测放电电能设定为相同的电能。由此，在此后的处理中，在预测修正剰余容量管理值所需的时间时，就能容易地预测大致的时间。标准的发电模式可以定期(例如每天、毎月等)进行改变。(计算修正剰余容量管理值所需的时间)接着,利用第一修正时间预测部173,从由第一充放电电能计算部171计算出的充电至充电末期附近所需的电能和放电至放电末期附近所需的电能、由充放电电能预测部172预测的预测充放电电能、充放电时的双向转换器或NaS电池中的损失中，预测如下时间，即从修正要求检测部16检测出修正要求至修正对象NaS电池11完成充电末期修正为止所需的时间，和从修正要求检测部16检测出修正要求至完成放电末期修正为止所需的时间。此外，第一修正时间预测部173，能通过使用上述的预测充放电电能A和预测充放电电能B来预测剩余容量管理值在短时间内被修正所需的时间。即，为了修正，在对修正对象的NaS电池11进行充电时使用预测充放电电能A并且在放电时使用预测充放电电能B来预测修正所需的时间就可以。此处，在NaS电池11的放电末期修正中，从放电至放电末期附近到进行修正为止的期间，为稳定输出电压需要有规定的充放电停止时间。因此，完成放电末期修正所需的预测时间是将放电至放电末期附近所需的预测时间和规定的充放电停止时间加在一起的时间。图5是表示完成充电末期修正所需的预测时间的计算方法的流程图。另ー方面， 图6是表示完成放电末期修正所需的预测时间的计算方法的流程图。图5与图6中所示的SOC (t)是在t小时后的剩余容量管理值。DC (t + At)是对修正对象的NaS电池11优先进行放电时，所预测的从时刻t到时刻t + Λ t之间能对修正对象的NaS电池11进行充放电的电能。CH (t + At)是对修正对象的NaS电池11优先进行充电时，所预测的从时刻t到时刻t + Λ t之间能对修正对象的NaS电池11进行充放电的电能。DC、CH都是将放电方向作为正值。此外，毫无疑问，在预测DC和CH时，需要考虑充放电时的双向转换器13或NaS电池11等的损失。后述的图13和图14也同样。如图5所示，特定电能达到充电末期附近剰余容量为止的时间与规定的充放电停止时间加在一起的时间(11)成为所预测的完成充电末期修正所需的时间，其中，所述特定电能为当前剰余容量管理值与优先对修正对象的NaS电池11进行充电时所预测的能够对修正对象NaS电池11进行充放电的电能之和。另ー方面，如图6所示，特定电能达到放电末期附近剰余容量为止的时间与规定的充放电停止时间加在一起的时间(t2)成为所预测的完成放电末期修正所需的时间，其中，所述特定电能为当前剰余容量管理值与优先对修正对象的NaS电池11进行放电时所预测的能够对修正对象NaS电池11进行充放电的电能之和。(选择修正方法)接着，利用修正方法选择部174，将由第一修正时间预测部173预测的、完成充电末期修正为止所需的预测时间tl和完成放电末期修正为止所需的预测时间t2进行比较，选择预测时间较短的修正方法。
另外，利用充放电指令部18，采用由修正方法选择部174选择的修正方法控制双向转换器13，以使修正对象NaS电池11和修正对象以外的NaS电池11进行充放电直至修正对象NaS电池11达到能修正的剩余容量为止。此时，选择充电末期修正时，以如下方式进行控制，S卩在允许的范围内降低互联系统10的输出功率，或増加发电装置2的发电量，或优先对修正对象NaS电池11进行充电并优先对修正对象以外的NaS电池11进行放电，从而在可能的范围内使修正对象的NaS电池11的充放电电能到达充电侧。另外，选择放电末期修正时，以如下方式进行控制，即在允许的范围内增加互联系统10的输出功率，或降低发电装置2的发电量，或优先对修正对象NaS电池11进行放电并优先对修正对象以外的NaS电池11进行充电，从而在可能的范围内使修正对象的NaS电池11的充放电电能到达放电侧。对于在允许的范围内降低或増加互联系统10的输出功率的例子用图7-图9来进行说明。图7是表示以单位时间内的充电电能与放电电能相等的方式设定互联系统10的 输出功率PT的例子的图。图7 (a)是表示単位时间内的发电装置2的发电功率和互联系统10的输出功率的图。Pw表不互联系统10内的发电装置2的发电功率,PT表不互联系统10的输出功率。图7 (b)是表示单位时间内对NaS电池11的充放电功率的图。如图7 (b)所示，在图示的时间范围内，NaS电池11的充电电能和放电电能几乎相等。另ー方面，图8是表示以单位时间内的充电电能大于放电电能的方式设定互联系统10的输出功率PT的例子的图。如图8 (b)所示，在图示的时间范围内，充电电能大于放电电能。另外，图9是表示以单位时间内的充电电能小于放电电能的方式设定互联系统10的输出功率PT的例子的图。如图9 (b)所示，在图示的时间范围内，充电电能小于放电电倉^:。此外，利用修正方法选择部174，比较由第一修正时间预测部173预测的完成充电末期修正为止所需的预测时间tl和完成放电末期修正为止所需的预测时间t2，取而代之，也可以比较将由第一充放电电能计算部171计算出的、成为修正对象电池的剰余容量，从当前的剰余容量管理值充电至充电末期附近为止所需的电能，和从当前剰余容量管理值放电至放电末期附近为止所需的电能，从而选择所需电能较小的修正方法。另外，当修正要求检测部16已检测出修正要求时，如果成为修正对象的电池为能在充电末期附近进行修正的电池剩余容量率吋，则选择在充电末期附近的修正，如果成为修正对象的电池为能在放电末期附近进行修正的电池剩余容量率吋，则选择在放电末期附近的修正。进而，在NaS电池的情况下，当修正要求检测部16已检测出修正要求时，如果成为修正对象的电池处于单相域状态，则也可选择在放电末期附近的修正。(修正方法的手动选择)另外，在修正方法的选择中，可以将对修正对象NaS电池11的剩余容量管理值进行修正的修正方法的自动选择停止，用手动的方式选择修正剩余容量管理值的修正方法。为使这样的修正方法的手动选择成为可能，电カ储藏装置1，将所预测的采用各个修正方法时完成修正为止所需的预测时间表示在表示部(未图示)，并在操作部(未图示)接收由操作人员选择的修正方法的输入。从操作部输入的修正方法被送至充放电指令部18。另外，利用充放电指令部18，使用输入在操作部的修正方法来控制双向转换器13，以使修正对象NaS电池11和修正对象以外的NaS电池11充放电至修正对象NaS电池11达到能修正的剩余容量为止。以手动的方式实施修正方法的选择时，电カ储藏装置I的操作人员參照表示在表示部的各种修正方法，并考虑具有电カ储藏装置I的系统系统10的当前和未来状况，将选择的修正方法输入操作部。操作人员所考虑的事项有天气预测、有无发电机故障、维护计划
坐寸O这样，在本实施方案的电カ储藏装置I中，事先预测直到完成剰余容量管理值修正为止的所需时间，从而选择预测时间较短的修正方法进行修正，由此能够使用与电カ储藏装置I的用途、运转状态相应的最佳修正方法来进行剩余容量管理值的修正。(1-3.仿真实验结果)图10和图11是表示进行仿真实验得到的由第一修正时间预测部173预测的充电末期修正所需的预测时间tl和放电末期修正所需的预测时间t2的图。图10是以短周期功率变化平稳为目的，在NaS电池11并设于风カ发电机等发电装置2的互联系统10中，仿真修正剩余容量管理值所需的预测时间的图。修正对象的NaS电池11的当前的剩余容量管理值设为额定容量的70%。当电カ储藏装置I包括ー个NaS电池11时，以如下方式进行仿真实验，S卩中止功率平稳，并利用与电カ系统3之间的电力授受来进行g在修正的充放电的方式。另外，当电カ储藏装置I包括多个NaS电池11吋，以如下方式进行仿真实验，即优先控制修正对象电池以使修正对象电池的充电量(或者放电量)増大，并控制其他NaS电池11的充放电量以达成作为系统的目的(能使功率平稳)。图10所示的实线表示以优先对修正对象NaS电池11充电的方式进行控制时的预测蓄电量随时间的变化，所述预测蓄电量为当前剰余容量管理值和预测充放电电能的和。另ー方面，虚线表示以优先使修正对象NaS电池11放电的方式进行控制时的预测蓄电量随时间的变化，所述预测蓄电量为当前剰余容量管理值和预测充放电电能的和。在图10 Ca)中，设优先对修正对象NaS电池11进行充电时所预测的能充电的预测充放电电能，和优先使修正对象NaS电池11进行放电时所预测的能放电的预测充放电电能为相等的电能。如图10 (a)所示，预测为实行充电末期修正要比实行放电末期修正在更短时间内完成剩余容量管理值的修正。因此，此时，修正方法选择部174选择充电末期修正。另ー方面，在图10 (b)中，设优先对修正对象NaS电池11进行充电时所预测的能充电的预测充放电电能，为比优先使修正对象NaS电池11进行放电时所预测的能放电的预测充放电电能小的电能。如图10 (b)所示，预测为实行放电末期修要正比实行充电末期修正在更短时间内完成剩余容量管理值的修正。因此，此时，修正方法选择部174选择放电末期修正。图11是对在以太阳能发电机为主要发电装置2的微电网上使用NaS电池11时的修正剰余容量管理值所需的时间进行仿真实验的图。为使功率变化以一天为周期变得平稳，用在这样的微电网上的NaS电池11，实行白天增加充电功率、夜间增加放电功率的运转。
预测充放电电能从过去的发电实际成绩、过去的负载实际成绩、天气预报(睛天的比率)、其他NaS电池11的剰余容量管理值等中预测。图11所示的实线表示以优先对修正对象NaS电池11充电的方式进行控制时的预测蓄电量随时间的变化，所述预测蓄电量为当前剰余容量管理值和预测充放电电能的和。虚线表示以优先使修正对象NaS电池11放电的方式进行控制时的预测蓄电量随时间的变化，所述预测蓄电量为当前剰余容量管理值和预测充放电电能的和。在图11(a)中，设修正对象NaS电池11的当前剩余容量管理值为额定容量的70%，当前时刻为零点。如图11 (a)所示，预测为实行放电末期修正要比实行充电末期修正在更短时间内完成剰余容量管理值的修正。因此，此时，修正方法选择部174选择放电末期修正。另ー方面，在图11 (b)中，设修正对象NaS电池11的当前剩余容量管理值为额定 容量的50%，当前时刻为八点。如图11(b)所示，预测为实行充电末期修正要比实行放电末期修正在更短时间内完成剰余容量管理值的修正。因此，此时，修正方法选择部174选择充电末期修正。这样，随着电カ储藏装置I的用途、运转状态，最佳的剰余容量管理值修正方法有所不同，但可以通过事先预测修正剰余容量管理值所需的时间，来选择与电カ储藏装置I的用途、运转状态相应的最佳剩余容量管理值修正方法。如上所说明的那样，本实施方案的电カ储藏装置I可以采用与电カ储藏装置I的用途、运转状态相应的最佳剩余容量管理值修正方法来进行剩余容量管理值的修正。(2.第二实施方案)(2-1.控制部25的构成)接着，对本发明的第二实施方案的电カ储藏装置I进行说明。以下，參照图12，对与第一实施方案的电カ储藏装置I的控制部15的构成不同的控制部25的构成进行说明。此外，对于与第一实施方案中说明的控制部15的构成要素相同的构成要素使用相同附图标记并省略其说明。图12是示意性地表示控制部25的构成的图。控制部25具备修正要求检测部16、第二修正方法判断部27、充放电指令部18，其中，第二修正方法判断部27用于判断对修正对象NaS电池11实行的剩余容量管理值的最佳修正方法。第二修正方法判断部27具备第一充放电电能计算部171 ;第二充放电电能计算部271，用于计算以下电能，ー个是从充电末期附近充放电至根据NaS电池使用目的而设定的规定剩余容量(以下也称为目标剰余容量)为止所需的电能，另ー个是从放电末期附近充放电至目标剩余容量为止所需的电能；充放电电能预测部172 ;第二修正时间预测部273，用于预测以下时间，一个是从修正要求检测部16检测出修正要求至充电末期修正完成后达到目标剩余容量为止所需的时间，另ー个是从修正要求检测部16检测出修正要求至放电末期修正完成后达到目标剩余容量为止所需的时间；修正方法选择部174。如后述那样，本实施方案的控制部25是为了使用最佳的修正方法来修正NaS电池11的剩余容量管理值而采用的。(2-2.控制部25的处理)接着，对控制部25的处理进行说明。
首先，利用修正要求检测部16，检测任一NaS电池11剩余容量管理值的修正要求。接着，利用第一充放电电能计算部171，计算剩余容量从当前剰余容量管理值直至成为进行修正时的剩余容量为止的NaS电池11充放电所需的电能。接着，利用充放电电能预测部172，预测今后修正对象NaS电池11能得到的预测充放电电能。
接着，利用第二充放电电能计算部271，对从充电末期附近充放电至目标剩余容量为止所需的电能和从放电末期附近充放电至目标剩余容量为止所需的电能。此处，目标剩余容量是指达成电カ储藏装置I的使用目的所需的最佳NaS电池的剰余容量。在充电末期和放电末期完成修正后，限制目标剩余容量以上的充电或放电。因此，优选地，在完成修正后，以达到适于电カ储藏装置I的使用目的的剰余容量(目标剩余容量)的方式对修正对象的NaS电池11进行充放电。例如，并设于微电网等，当仅出于吸收发电功率和负载功率变化的目的吋，设目标剰余容量约为额定容量的50%，不仅出于吸收变化的目的而且还出于均衡昼夜间需求电カ的目的而运转吋，白天目标剩余容量设为额定容量的10%，夜间则设为额定容量的90%。接着，利用第二修正时间预测部273，对以下时间进行预测，即从修正要求检测部16检测出修正要求至完成充电末期修正而达到目标剩余容量为止所需的时间，和从修正要求检测部16检测出修正要求至完成放电末期修正而达到目标剩余容量为止所需的时间。利用第二修正时间预测部273预测的时间是基于以下因素预测的，即由第一充放电电能计算部171计算出的充电至充电末期附近为止所需的电能和放电至放电末期附近为止所需的电能，由第二充放电电能计算部271计算出的从充电末期附近充放电至目标剰余容量为止所需的电能和从放电末期附近充放电至目标剩余容量为止所需的电能，由充放电电能预测部172预测的预测充放电电能，和充放电时的双向转换器、NaS电池中的损失。图13是表示从开始进行充电末期修正至达到目标剩余容量为止所需的预测时间的计算方法的流程图。如图13所示，图5中预测的完成充电末期修正的时间(tl)、与优先对修正对象的NaS电池11进行放电时剩余容量从充电末期附近达到目标剩余容量为止的时间加在一起的时间(t3)，成为从开始充电末期修正至达到目标剩余容量为止所需的预测时间。另ー方面，图14是表示从开始放电末期修正至达到目标剩余容量为止所需的预测时间的计算方法的流程图。如图14所示，图6中预测的完成放电末期修正的时间(t2)、与优先对修正对象的NaS电池11进行充电时剩余容量从放电末期附近达到目标剩余容量为止的时间加在一起的时间(t4),成为从开始放电末期修正至达到目标剩余容量为止所需的预测时间。接着，利用修正方法选择部174，对由第二修正时间预测部273预测的、从开始充电末期修正到达到目标剩余容量为止所需的预测时间(t3)和从开始放电末期修正到达到目标剩余容量为止所需的预测时间(t4)进行比较，选择预测时间较短的修正方法。另外，利用充放电指令部18，采用由修正方法选择部174选择的修正方法控制双向转换器13，以使修正对象NaS电池11和修正对象以外的NaS电池11进行充放电直至修正对象NaS电池11达到能修正的剩余容量为止。
这样，本实施方案的电カ储藏装置1，事先预测从开始充放电末期修正到达到目标剰余容量为止的所需时间，并选择预测时间较短的修正方法进行修正，由此能够采用与电カ储藏装置I的用途、运转状态相应的最佳剩余容量管理值的修正方法。(2-3.仿真实验结果)图15是表示进行仿真实验得到的由第二修正时间预测部273预测的预测时间t3和预测时间t4的图，t3为从开始充电末期修正到达到目标剩余容量为止所需的预测时间，t4为从开始放电末期修正到达到目标剩余容量为止所需的预测时间。图15是在与图10相同的互联系统10中对从开始充放电末期修正到达到目标剩余容量为止所需的预测时间进行仿真实验的图。修正对象的NaS电池11的当前剰余容量管理值设为额定容量的70%。另外，目标剩余容量设为额定容量的45%-55%。
图15所示的实线表示对修正对象NaS电池11以如下方式进行控制时的预测蓄电量随时间的变化，即直至进行充电末期修正为止优先对修正对象NaS电池11进行充电，并且从充电末期至达到目标剩余容量为止优先对修正对象NaS电池11进行放电。其中，预测蓄电量为当前剰余容量管理值和预测充放电电能的和。另ー方面，虚线表示对修正对象的NaS电池11以如下方式进行控制时的预测蓄电量随时间的变化，即直至进行放电末期修正为止优先对修正对象的NaS电池11进行放电，并且从放电末期开始至达到目标剩余容量为止优先对修正对象的NaS电池11进行充电。其中，预测蓄电量为当前剰余容量管理值和预测充放电电能的和。在图15 (a)中，设优先对修正对象NaS电池11进行充电时所预测的能充电的预测充放电电能，和优先使修正对象NaS电池11进行放电时所预测的能放电的预测充放电电能为相等的电能。如图15 (a)所示，预测为实行充电末期修正要比实行放电末期修正在更短时间内达到目标剩余容量。因此，此时，修正方法选择部174选择充电末期修正。另ー方面，在图15 (b)中，设优先对修正对象NaS电池11进行充电时所预测的能充电的预测充放电电能，为比优先使修正对象NaS电池11进行放电时所预测的能放电的预测充放电电能小的电能。如图14 (b)所示，预测为实行放电末期修正要比实行充电末期修正在更短时间内达到目标剩余容量。因此，此时，修正方法选择部174选择放电末期修正。这样，随着电カ储藏装置I的用途、运转状态，最佳的剰余容量管理值修正方法有所不同，但可以通过事先预测从开始修正剰余容量管理值至达到目标剩余容量为止所需的时间，来选择与电カ储藏装置I的用途、运转状态相应的最佳的剰余容量管理值修正方法。如上所说明的那样，本实施方案的电カ储藏装置I可以采用与电カ储藏装置I的用途、运转状态相应的最佳剩余容量管理值修正方法。(3.第三实施方案)第三实施方案涉及ー种具有第一实施方案电カ储藏装置I的微电网300。此外，采用第二实施方案的电カ储藏装置I来代替第一实施方案的电カ储藏装置I也可以。图16是表示本实施方案的微电网300构成的图。图16是表示微电网300的构成的一例，也可以是其他的构成。微电网是在电カ需求地设置分散型电源的小規模的电カ供应网，也称为分散型能源系统等。
如图16所示，在微电网300中，分散型电源301、能调整输出的分散型电源302、负载303以及电カ储藏装置I与电カ系统310相连接。另外，电カ系统310与外部电カ系统330相连接，外部电カ系统330与原子能发电厂331或火力发电厂332等相连接。分散型电源301、能调整输出的分散型电源302、负载303以及电カ储藏装置I的运转由微电网控制系统320控制。作为分散型电源301，例如有风カ发电机、太阳能发电机以及燃料电池等。另外，作为能调整输出的分散型电源302，例如有柴油发电机等。另外，作为负载303，例如有エ厂、办公楼以及普通家庭等。如上所述，由于利用太阳能或风カ等的自然能源的发电设备的电力供应不稳定，并且办公楼、エ厂以及普通家庭等的电カ负载随时间变化，因此，在微电网300中也需要补偿这些电カ供求的变化。作为补偿微电网300的电カ供求变化的装置，例如有能调整输出的分散型电源302或电カ储藏装置I等。使用电カ储藏装置I作为电カ供求变化的补偿装置所帯来的主要优势是，能使能调整输出的发电设备在高发电效率下运转。具体地，通过使用电カ储藏装置I来补偿功率变化，就能抑制能调整输出的发电设备的输出变化，因此，能使该发电设备以高输出功率(一般为额定输出)且一定的输出进行运转，即能使该发电设备以高发电效率运转。另外，其他的优点是可以减少CO2的排放。通过并用自然能源发电设备和电カ储藏装置，最終能使CO2排放为零。在构成微电网的电カ储藏装置I中，进行NaS电池11的剩余容量管理值的修正时，修正对象的NaS电池11能得到的预测充放电电能是基于以下因素预测的，即，预测的分散型电源301和分散型电源302今后发电输出的功率，通过调整非修正对象NaS电池11的充放电使非修正对象的NaS电池11能够输入输出的功率，电カ系统310 (或电カ储藏装置I)和外部电カ系统330之间的电力授受计划、能调整输出的分散型电源302的发电计划等。另外，优先对修正对象的NaS电池11进行充放电的方法，除了上述方法之外，还可以通过对能调整输出的分散型电源302的发电计划进行调整来实行。具体地，为优先对修正对象的NaS电池11充放电而进行的对能调整输出的分散型电源302的发电计划的调整，通过在能维持电力供求平衡的范围内调整该分散型电源302的输出来实行。例如，通过以如下方式调整该分散型电源302的运转来实行，即在能维持电カ供应平衡的范围内最大限度地改变该分散型电源302的输出，或者使因调整该分散型电源302的输出所引起的发电效率的下降在事先设定的允许范围内。这样，即使在微电网具备电カ储藏装置I的情况下，电カ储藏装置I也能得到与上述第一实施方案和第二实施方案相同的效果。(变形例)在上述实施方案中，充电末期修正是通过用一定的充电功率对修正对象的NaS电池11进行充电来实行的，但不限于此，也可以采用減少充电功率而实行充电的辅助充电操 作。充电末期修正可以在各辅助充电末期进行，但在以比第一阶段小的充电功率进行充电的第二阶段以后的阶段进行修正吋，在“依靠辅助充电的充电功率的上限值”和“预测的今后对修正对象电池优先进行充电时所能充电的充电功率”中选择较小的值为基础，计算充电末期修正的完成时刻就可以。
另外，充放电电能预测存在偏差而不能在预测的时刻完成修正时，此时，再次判断实施哪ー个修正也可。当重复多次后预测存在偏差而不能进行修正时，从操作画面等向操作人员通知也可。另外，以长周期的昼夜电カ平稳为目的使用电カ储藏装置1，并尽可能以NaS电池
11的蓄电量在白天处于放电末期、夜间处于充电末期的方式控制NaS电池11充电状态的情况下，第一修正方法判断部17和第二修正方法判断部27，根据由修正要求检测部16检测出的修正要求的时刻，夜间则优先采用充电末期修正、白天则优先采用放电末期修正也可。本发明被上文所详细说明，但上述说明是整个发明的例示而非对本发明的限定。因此，可以理解为，在不脱离本发明的范围内，可以提出无数的修改和变形。特别是， 当然可以推测将ー个实施方案的技术特征和其他的实施方案的技术特征组合的情況。
权利要求
1.ー种二次电池的控制方法，其用于在成为剩余容量管理值修正对象的二次电池的充电末期附近或放电末期附近对所述剰余容量管理值进行修正，所述二次电池的控制方法具备 第一电能计算エ序，其用于计算从所述剰余容量管理值充电至所述充电末期附近为止所需的电能、和从所述剰余容量管理值放电至所述放电末期附近为止所需的电能； 电能预测エ序，其用于预测所述二次电池能够得到的充放电电能； 修正时间预测エ序，其从所述第一电能计算エ序中计算出的电能和所述电能预测エ序中预测的电能，预测直至所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间和直至所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间； 修正方法选择エ序，其用于选择所述修正时间预测エ序所预测的时间中的预测时间较短的修正方法； 充放电控制エ序，其以采用所述选择的修正方法对所述二次电池的所述剩余容量管理值进行修正的方式控制所述二次电池的充电状态。
2.权利要求I所述的二次电池的控制方法， 其进ー步具备第二电能计算エ序，其用于计算从所述充电末期附近充放电至达到与所述二次电池的使用目的相应而设定的规定蓄电量为止所需的电能；从所述放电末期附近充放电至达到所述规定的蓄电量为止所需的电能， 所述修正时间预测エ序从所述第一电能计算エ序中计算出的电能、所述电能预测エ序中预测的电能、所述第二电能计算エ序中计算出的电能，预测在所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间、和在所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间。
3.权利要求I或2所述的二次电池的控制方法， 所述电能预测エ序将所述二次电池能够得到的充电电能和放电电能设为相同的电能。
4.权利要求I或2所述的二次电池的控制方法， 在设有多个二次电池的情况下， 当优先对所述修正对象的二次电池进行充电并优先使所述修正对象的二次电池以外的二次电池进行放电时，所述电能预测エ序对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预测， 当优先使所述修正对象的二次电池进行放电并优先对前期修正对象的二次电池以外的二次电池进行充电时，所述电能预测エ序对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预测。
5.ー种电カ储藏装置，其具有二次电池且具备 双向转换器，其用于控制所述二次电池的充放电； 控制部，其对所述双向转换器进行控制，以使需要进行修正的二次电池的剰余容量管理值达到充电末期附近或者放电末期附近， 所述控制部具备 第一电能计算部，其对在成为所述剰余容量管理值的修正对象的二次电池计算从所述剰余容量管理值充电至所述充电末期附近为止所需的电能、和从所述剰余容量管理值放电至所述放电末期附近为止所需的电能；电能预测部，其用于预测所述修正对象的二次电池能够得到的充放电电能； 修正时间预测部，其从所述第一电能计算エ序中计算出的电能和所述电能预测エ序中预测的电能，预测直至所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间、和直至所述放电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正为止所需的时间； 修正方法选择部，其用于选择由所述修正时间预测部预测的时间中的预测时间较短的修正方法； 充放电指令部，其以采用所述选择的修正方法对所述修正对象的二次电池的所述剩余容量管理值进行修正的方式控制所述双向转换器。
6.权利要求5所述的电カ储藏装置， 进ー步具备第二电能计算部，其用于计算从所述充电末期附近充放电至达到与所述二次电池的使用目的相应而设定的规定蓄电量为止所需的电能；从所述放电末期附近充放电至达到所述规定的蓄电量为止所需的电能， 所述修正时间预测部从所述第一电能计算部中计算出的电能、所述电能预测部中预测的电能、所述第二电能计算部中计算出的电能，预测在所述充电末期附近完成所述剩余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间、和在所述放电末期附近完成所述剰余容量管理值的修正并达到所述规定蓄电量为止所需的时间。
7.权利要求5或6所述的电カ储藏装置， 所述电能预测部将所述修正对象的二次电池能够得到的充电电能和放电电能设为相同的电能。
8.权利要求5或6所述的电カ储藏装置， 在设有多个二次电池的情况下， 当优先对所述修正对象的二次电池进行充电并优先使前期修正对象的二次电池以外的二次电池进行放电时，所述电能预测部对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预測， 当优先使所述修正对象的二次电池进行放电并优先对前期修正对象的二次电池以外的二次电池进行充电时，所述电能预测部对前期修正对象的二次电池能够得到的充放电电能进行预測。
全文摘要
本发明提供一种采用与二次电池的运转状态、自然环境等相应的最佳修正方法对剩余容量管理值进行修正的二次电池的控制方法。其具备第一电能计算工序，用于计算从剩余容量管理值充电至充电末期附近为止所需的电能、和从剩余容量管理值放电至放电末期附近为止所需的电能；电能预测工序，用于预测二次电池(11)能够得到的充放电电能；修正时间预测工序，从计算的电能和预测的电能预测直至充电末期附近完成修正为止所需的时间、和放电末期附近完成修正为止所需的时间；修正方法选择工序，用于选择修正时间预测工序所预测的时间中的预测时间较短的修正方法；充放电控制工序，以采用已选择的修正方法对二次电池(11)的剩余容量管理值进行修正的方式控制二次电池(11)的充电状态。
文档编号G01R31/36GK102687033SQ20108004439
公开日2012年9月19日 申请日期2010年9月24日 优先权日2009年10月30日
发明者八田哲也, 阿部浩幸 申请人:日本碍子株式会社