成果報告書詳細
管理番号20120000000497
タイトル平成22~23年度成果報告書 蓄電複合システム化技術開発 要素技術開発 次世代サービスステーションにおける蓄電・充電統合システムの研究開発
公開日2012/8/11
報告書年度2010 - 2011
委託先名JX日鉱日石エネルギー株式会社 日本電気株式会社 国立大学法人東京工業大学
プロジェクト番号P10008
部署名スマートコミュニティ部
和文要約件名:平成22年度?平成23年度成果報告書 蓄電複合システム化技術開発/要素技術開発/次世代サービスステーションにおける蓄電・充電統合システムの研究開発
将来的に予想されている太陽光発電(Photovoltaic Power Generation;PV)をはじめとする分散電源の普及に備え、本研究開発では地域コミュニティにて発生した余剰電力を有効に活用可能とする蓄電・充電統合システム(Battery & Charger Integration System;BCIS)の開発を目指す。この目標の達成に向け、平成22年度?平成23年度は、BCISの要求仕様、BCISを構成する各機能の設計、及び一部機能の試作を次の順序で実施した。
1. BCISの要求仕様設計
2. BCISのアーキテクチャ設計
3. 充電プロセス制御ソフトウェア(電力制御アルゴリズム)の設計
4. シミュレーションによる基本機能の動作検証
5. ハードウェアの設計・開発
6. ソフトウェアの設計・開発
BCISの要求仕様設計では、まずBCISが地域コミュニティや導入するサービスステーション(Service Station;SS)の電力負荷の一つとして位置付けられることから、BCIS外での電力使用状況に応じてBCISでの消費電力を制御する機能が必要であること、及び電気自動車(Electric Vehicle;EV)の普及状況や、BCISを導入したSSの規模に応じて、BCISの能力を柔軟に変更できることが求められることを明確にした。更に、BCISでは消耗品である定置用蓄電池を使用するため、運用中に蓄電池の劣化状態を観測し、交換のタイミングを決定するため仕組みが不可欠であることがわかった。システムアーキテクチャ設計では、前述の要求仕様設計の内容及び電力効率を考慮して、BCISの能力を柔軟に変更できるように、直流給電アーキテクチャを採用した。直流給電アーキテクチャでは、系統からの受電口である系統受電部にて、交流電力を直流電力に変換し、その電力を電池制御部が電力状況に応じて蓄電池に充電したり、蓄電池から電力を取り出し急速充電器(Quick Charger;QC)に給電したりする。本アーキテクチャでは、複数の系統受電部やQC、電池制御部を並列に接続することにより、BCISの能力可変を可能とした。また、系統受電部や電池制御部等のBCISを構成する各機能の動作を電力管理サーバが集中制御する構成とした。充電プロセス制御ソフトウェアの設計では、地域コミュニティやBCISの電力状況、及びBCISの運用方針を元に、QCと電池制御部の制御方法を決定する電力制御アルゴリズムを設計した。
シミュレーションによる基本機能の動作検証では、前述のアーキテクチャ及び電力制御アルゴリズムを踏まえて、BCISを構成する各機能やEVの振舞いを模擬するモジュールを計算機上に準備し、2台のEVを同時に充電する時に、2台目の充電待ち時間が電力制御アルゴリズムの未適用時に比べて20分短縮できること、及び系統からの受電電力を上限値内に抑える(ピークカットする)ことにより、電力制御アルゴリズムや各機能の有効性を確認した。更に、これらの活動の結果を踏まえて、ハードウェア及びソフトウェアの設計・開発を行った。ハードウェアについては詳細設計までを行い、系統受電部、電池制御部、及びQCの試作、単体での動作確認を行った。ソフトウェアについては、詳細設計及びコーディングを行った。今後、評価を行ったソフトウェアとハードウェアを統合したシステム環境を構築し、シミュレーションにて計算機上で確認した充電時間の短縮やピークカットを、実機においても実現できることを確認するとともに、実用化に向けた性能向上、機能拡張に取り組む必要がある。
英文要約Title:Development of Battery and Charger Integration System (BCIS) for next generation service station(FY2010-FY2011) Final Report
The spread of distributed power such as PV (Photovoltaic Power Generation) are expected in the future. In this research we aim the development of BCIS (Battery & Charger Integration System), which can utilize the surplus electric power made by distributed power in community area effectively. In fiscal year 2010, requirement of BCIS, a design of each function in BCIS and some of functions were made by the next order for achievement of this target.
1. Design of requirement of BCIS
2. Design of BCIS architecture
3. Design of software for charging control
4. Verification of basic functions using computer simulation
5. Development of hardware
6. Development of software
We cleared two requirements of BCIS. One is control function of power consumption in BCIS which depend on the condition of power consumption in other load. The other one is flexibility of capability change which depends on the condition of the spread of EV, or the size of service station. In addition, it was cleared that observation of power storage degradation and decision of exchange timing of power storage are necessary.We adopted direct current power supply architecture in terms of electric power efficiency. In the architecture power receiving unit converts AC power into DC power, and supplies DC power to power storage controller or quick charger. Flexibility of capability change is achieved by parallelization of each unit. Each unit is controlled by power management server.We designed power control algorithm which decide control method of quick charger and power storage controller based on power condition in community area , power condition in BCIS site and operation policy.We confirmed 20 minutes reduction of waiting time until recharge completion of second EV and peak cut of receiving power using, when charging two EV at the same time, by designed algorithm in verification of basic function by computer simulation.Furthermore, we developed hardware and software. As concerns hardware, detail design and prototyping of each unit have been completed. As concerns software, detail design and coding have been completed.We will integrate the hardware and the software, and build a BCIS. Then we will confirm effect of power control algorithm using the real system from now on.
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