JP2001157382A

JP2001157382A - 電力貯蔵装置の電池運用方法

Info

Publication number: JP2001157382A
Application number: JP33431399A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kumegawa; 宏久米川; Koya Hasebe; 孝弥長谷部; Kiyoshige Muramatsu; 清重村松; Takeshi Kawakatsu; 健川勝
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電力補償動作の常時実行と二次電池の定期的
な回復充電が可能な電力貯蔵装置における二次電池の運
用方法。【解決手段】双方向の電力変換器５の直流側に配設さ
れる複数の二次電池を第１グループの二次電池Ｂａと第
２グループの二次電池Ｂｂとに二分し、第１グループの
二次電池Ｂａで系統の電力補償動作を実行して、この二
次電池Ｂａの定期的な回復充電時に第２グループの二次
電池Ｂｂと交代させて第２グループの二次電池Ｂｂで電
力補償動作を途切れさせることなく継続させて実行する
ように電池運用することで、電力補償動作の常時実行と
二次電池の回復充電を両立させるようにすると共に、使
用頻度の低い第２のグループの二次電池Ｂｂの小容量
化、小形軽量化、低コスト化を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統の電力変
動の抑制や電力ピークを低減化する電力平準化という電
力補償機能を有する電力貯蔵装置における電力貯蔵用電
池の運用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】風力発電システムや大容量のアーク炉、
電鉄負荷、鉄鋼圧延負荷等の変動負荷を持つ電力系統
や、各種電気設備の配電系統に用いられる電力貯蔵装置
の具体例を図３に示し説明する。同図の電力貯蔵装置
は、例えば風力発電システム等の分散電源１と系統電源
２を連系させた電力系統に使用したもので、散電源１又
は負荷３と系統電源２との間に交流遮断器６と連系変圧
器４を介して電力変換器５を接続し、電力変換器５の直
流側に直流遮断器７を介して二次電池Ｂを接続して構成
される。

【０００３】電力変換器５は、インバータ機能とコンバ
ータ機能を有する双方向交直変換器で、分散電源１や系
統電源２からの交流電力を直流変換して二次電池Ｂに充
電するコンバータ運転と、二次電池Ｂに充電された直流
電力を交流変換して負荷３に供給するインバータ運転が
切換式に制御される。この切換制御で、次の電力補償動
作が行われる。

【０００４】例えば、風力発電システムのように頻繁に
電力変動が生じる分散電源１を対象とした場合、風力等
の変動により電力変動が頻繁に発生するため、二次電池
Ｂの放電電力を電力変換器５のインバータ運転により交
流変換し、その電力変換器５からの交流出力を連系変圧
器４を介して負荷３に供給することにより、電力変動を
抑制するようにしている。また、負荷３が電鉄負荷の場
合には、１日の電力パターンでは通常においてＰＭ１〜
４時頃の昼間の重負荷時間帯に電力ピークを迎える。そ
こで、電力貯蔵装置では、深夜並びに軽負荷時間帯（例
えばＡＭ８時から午後１時、ＰＭ５〜１０時頃）に電力
変換器５をコンバータ運転させて分散電源１や系統電源
２の交流電力で二次電池Ｂを充電し、その充電電力を重
負荷時間帯（ＰＭ１〜４時頃）に放電して、その放電電
力を負荷３に供給している。このように二次電池Ｂの放
電電力をピークシフトすることで１日の電力ピークを低
減して、電力の平準化が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように電力変動
が頻繁に生じる風力発電システム等の分散電源や、停止
することなしに連続運転される負荷に対しては、電力貯
蔵装置で電力変動の抑制や電力の平準化という電力補償
動作を途切れることなく常時行うことが、負荷のより安
定した運転上に、或いは、契約電力基本料金の低減化を
実現させる上で必要である。しかし、このような電力補
償動作を実行するために充放電が繰り返し行われる二次
電池の特有の特性から、上記電力補償動作を長期間に亘
って途切れることなく連続して行わせることが難しい。

【０００６】すなわち、電力貯蔵装置に使用される鉛電
池等の二次電池は頻繁な充放電を繰り返すため、運転始
めにおけるＳＯＣ（充電状態、電池充電量）を１００％
未満にして使用する必要がある。例えば、電力貯蔵装置
に一般的に使用される鉛電池においては、ＳＯＣ１００
％に満充電されたものを意図的に放電してＳＯＣ７０％
程度の定常状態にして使用しているが、このような鉛電
池は長時間連続使用すると時間経過に伴って電池内で硫
化鉛の結晶が蓄積するなどのサルフェーション現象が発
生して内部損失が増大し、そのために電池寿命が低下し
たり、充放電電力の差で徐々に充電容量が減少して、電
力貯蔵装置で求められる電力補償機能が著しく低下する
ことがある。そこで、長時間連続使用される鉛電池の場
合は、１週間から１０日に１回程度の割合で電力補償動
作を中断させて鉛電池をＳＯＣ１００％まで満充電して
サルフェーション抑制等の電池回復処理を行い、その
後、故意に所望のＳＯＣ７０％程度まで放電させて、電
力補償動作に再使用するようにしている。このように鉛
電池等の二次電池を定期的に満充電と放電の回復充電処
理を行うことで、二次電池の長寿命化が可能となり、二
次電池を使用した電力貯蔵装置の電力補償動作が安定す
る。

【０００７】ここで述べるＳＯＣとは、State of Charg
eの略で、すなわち、電池の充電状態のことである。鉛
電池は充電が進むと充電状態がいわゆるガス発生期に入
り、それ以後充電が進むと、急速に充電時の内部抵抗が
大きくなり、所望の充電電流を充電しようとすると、電
池の端子電圧が高くなる。そのため、通常の充電におい
ては、この期間に定電圧充電を行い、電圧の上昇を抑制
し充電を進める。

【０００８】これにより、電力補償動作はガス発生期以
前のＳＯＣで行う必要がある。ガス発生領域で使用する
と、ガス発生期前と同様の充電電流において、過電圧が
発生することになり、ガス発生による電解液の減少、電
池の内部温度上昇などを引き起こすことになり、電池の
寿命が短くなる要因となる。しかし、ＳＯＣが低すぎて
もサルフェーションが発生し、電池の寿命が短くなるの
でできるだけガス発生前の状態でかつサルフェーション
の発生を抑制できる高いＳＯＣで動作させる必要があ
る。このＳＯＣ状態が鉛電池であると、おおむね７０％
前後程度となる。

【０００９】ところで、鉛電池等の二次電池の回復充電
は、電池内部損傷を抑制するために時間的余裕を持たせ
て行うことが望ましくて、１回の回復充電（満充電から
定量の放電まで）に要する時間は概ね５〜７時間と長目
に設定してあり、この二次電池の回復充電の間、二次電
池を使った電力変動の抑制や電力の平準化という電力補
償動作を完全に停止しなければならなかった。このよう
な電力補償動作の一時的な停止は、二次電池が鉛電池の
場合に１週間から１０日に１回と頻度が少ないが、１回
の停止時間が５〜７時間と長くて、連続運転する負荷に
とっては回避されるべきものであり、他の負荷において
も問題視されるところである。

【００１０】それ故に、本発明の目的とするところは、
電力補償動作を停止させることなく二次電池の回復充電
が行えるようにする電力貯蔵装置の電池運用方法を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、電源と負荷との間に連系用変圧器を介して接
続された電力変換器の直流側に二次電池を複数台配設し
て、複数の二次電池で常時に電力補償動作を実行するよ
うにした電力貯蔵装置において、複数の二次電池を常時
の電力補償動作にのみ使用する第１グループと、この第
１グループの二次電池が回復充電される期間だけその回
復充電される二次電池に代わり電力補償動作に使用され
る第２グループとに二分したことを特徴とする。

【００１２】ここで、第１グループの二次電池の数は単
数或いは複数であり、この第１グループの二次電池が電
力補償動作に供されて定期的な回復充電時期に至ると、
第２グループの単数或いは複数の二次電池と交代され
て、第２グループの二次電池が電力補償動作を継続さ
せ、この間に第１グループの二次電池が回復充電され
る。つまり、第２グループの二次電池は、第１グループ
の二次電池の回復充電時だけに使用されるバックアップ
用電池で、このバックアップ用電池のバックアップ動作
で電力補償動作が途切れることなく常時行われるように
なる。第１グループの二次電池は回復充電が終了する
と、バックアップしていた第２グループの二次電池と交
代させられて電力補償動作に再び使用され、また、電力
補償動作から外された第２グループの二次電池は必要に
応じて回復充電されて次の電力補償動作時期まで待機す
る。このような第２グループの二次電池は、第１グルー
プの二次電池が定期的に回復充電されるときだけ使用さ
れるので、実質上の使用頻度が低くて第１グループの二
次電池と定格容量，ＳＯＣ等の異なる種類のものが適用
できる。

【００１３】例えば本発明の請求項２の発明は、上記第
１グループの二次電池の定格容量より第２グループの二
次電池の定格容量を小さく設定したことを特徴とする。
つまり、第２グループの二次電池の使用頻度が低く、か
つ、１回の使用時間が第１グループの二次電池の定期的
な回復充電時間程度と短時間で済むことから、第２グル
ープの二次電池に第１グループの二次電池の定格容量よ
りも小さな定格容量のものを使用することが可能であ
り、このようにすることで第２グループの二次電池に小
容量化された小型軽量で安価なものが使用できる。

【００１４】また、本発明の請求項３の発明は、上記第
２グループの二次電池をＳＯＣ（放電状態）１００％に
なるよう満充電しておいて、第１グループの二次電池に
代わり電力補償動作に使用する前にＳＯＣが第１グルー
プの定常時のＳＯＣより低い所定値まで下がるように放
電させてから電力補償動作に使用するようにしたことを
特徴とする。ここでの第２グループの二次電池は第１グ
ループの二次電池より小容量のもので、この小容量化に
応じてＳＯＣを第１グループの二次電池のＳＯＣより下
げることで電力補償動作時の出力電力の増大化が実行さ
れて、第２グループの二次電池が小容量電池であっても
電力補償動作に十分に供されるようになり、電力補償動
作が安定して継続される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明方法の実施形態を図１に示
し説明すると、図１の電力貯蔵装置は図３の電力貯蔵装
置に適用したもので、図３と同一又は相当部分には同一
符号を付して説明は省略する。図１の電力貯蔵装置は、
分散電源１又は系統電源２と負荷３との間に連系変圧器
４を介して双方向交直式電力変換器５を接続し、電力変
換器５の直流側に切換スイッチ１１を介して複数の二次
電池Ｂａ、Ｂｂを並列接続している。

【００１６】本発明においては、複数の二次電池Ｂａ、
Ｂｂを２つの第１グループと第２グループに分け、例え
ば二次電池Ｂａを第１グループ、残りの二次電池Ｂｂを
第２グループとして分け、第１グループの二次電池Ｂａ
を電力補償動作にのみ使用するグループとし、第２グル
ープの二次電池Ｂｂを第１グループの二次電池Ｂａが回
復充電される期間だけ電力補償動作に使用されるバック
アップ専用グループとしたことを特徴とする。

【００１７】第１グループの二次電池Ｂａの数は単数或
いは複数であり、複数の場合は複数が直列接続、或い
は、並列接続されて所定の電力補償動作をするだけの定
格容量の電池を構成する。第２グループの二次電池Ｂｂ
も単数或いは複数で構成され、後述するように短時間帯
であっても所定の電力補償動作をするだけの定格容量の
電池を構成する。切換スイッチ１１は、第１グループの
二次電池Ｂａと第２グループの二次電池Ｂｂのいずれか
一方を電力変換器５に選択的に接続する。切換スイッチ
１１の操作で電力変換器５に接続された二次電池Ｂａ又
はＢｂが電力補償動作に使用され、接続されない二次電
池Ｂｂ又はＢａが必要に応じて回復充電（満充電）され
る。この回復充電は、例えば図１に示される充電器（整
流器）１２で系統の交流電力を直流変換することで行う
か、或いは、図示しない別回路構成の専用充電器で行う
ようにすればよい。

【００１８】図１の電力貯蔵装置による電力系統の電力
補償動作と、二次電池Ｂａ又はＢｂの回復充電の各動作
を図２を参照して説明する。なお、図２は放電動作だけ
による２グループの二次電池Ｂａ、Ｂｂの合同による電
力補償動作の放電波形と、各グループの二次電池Ｂａ及
びＢｂだけによる電力補償動作の充放電波形を示してい
る。このような電力補償動作は、充電動作の場合も同様
に行われるのであるが、以下の説明は図２の放電動作だ
けで続ける。

【００１９】まず、図１の配線図に示すように、切換ス
イッチ１１が第１グループの二次電池Ｂａを電力変換器
５に接続して、第１グループの二次電池Ｂａで電力補償
動作が実行される。この電力補償動作は、第１グループ
の二次電池ＢａのＳＯＣを例えば７０％前後の定常状態
にして行われる。電力補償動作が所定時間継続して行わ
れて、第１グループの二次電池ａを回復充電する時期に
近付くと、切換スイッチ１１が作動して第１グループの
二次電池Ｂａと電力変換器５の接続を断ち、代わりに第
２グループの二次電池Ｂｂを電力変換器５に接続する。
このスイッチ動作で電力補償動作が、第１グループの二
次電池ａから第２グループの二次電池Ｂｂに切り換えら
れて、途切れることなく連続して継続される。

【００２０】第１グループの二次電池Ｂａが電力変換器
５から切り離されると、次は充電器１２に接続されて所
望の定期的な回復充電が行われる。二次電池Ｂａが鉛電
池の場合、その回復充電は例えば１週間に１回の割合で
十分に満充電される。ここで、図２に示すように１週間
の内の６日の期間ＬＴで第１グループの二次電池Ｂａを
電力補償動作に使用し、残り１日を電池回復期間ＳＴと
して、この１日２４時間の電池回復期間ＳＴ内で回復充
電を行うようにすれば、第１グループの二次電池Ｂａの
回復充電が７時間内に限られることなく、したがって十
分な時間的余裕を持って行われて、回復充電時に二次電
池に与えられるダメージを少なくすることができる。

【００２１】また、第１グループの二次電池Ｂａの回復
充電は、ＳＯＣ１００％まで満充電させてから、定常時
のＳＯＣ７０％程度まで放電させて終了する。この後に
切換スイッチ１１が作動して、第１グループの二次電池
Ｂａを電力変換器５に接続し、代わりに第２グループの
二次電池Ｂｂを電力変換器５から切り離して充電器１２
に接続して、電力補償動作が第２グループの二次電池Ｂ
ｂから第１グループの二次電池Ｂａに切り換えられ、こ
の場合も電力補償動作が途切れることなく継続される。
電力補償動作に供されなくなった第２グループの二次電
池Ｂｂは、必要に応じて充電器１２からの直流電力でＳ
ＯＣ１００％に満充電され、そのまま次の６日の期間Ｌ
Ｔが経過して再び電力補償動作に供される時期まで放置
状態に置かれ、電力補償動作に供される少し前にＳＯＣ
を定常値まで下げるように放電される。この第２グルー
プの二次電池Ｂｂが再び第１グループの二次電池Ｂａに
代わって短期間ＳＴだけ電力補償動作に使用され、この
間に第１グループの二次電池Ｂａが再び回復充電され
る。以上の電池交代が繰り返し行われて、電力補償動作
が長期間に亘り常時に実行され、何回もの定期的な電池
回復充電が繰り返し行われる。

【００２２】以上のように１週間に６日使用される使用
頻度の高い第１グループの二次電池Ｂａと１週間に１日
程度だけ使用される使用頻度の格段に低い第２グループ
の二次電池Ｂｂの定格容量は、両者同一であってもよい
が、使用頻度の高い第１グループの二次電池Ｂａの定格
容量より使用頻度の低い第２グループの二次電池Ｂｂの
定格容量を小さく設定することが望ましい。すなわち、
電力貯蔵装置の二次電池はその使用容量と寿命が比例関
係にあり、使用頻度の高い第１グループの二次電池Ｂａ
を大容量にして長期間の寿命を確保するようにすること
が必要であるが、使用頻度の低い第２グループの二次電
池Ｂｂを大容量にしなくて十分に小容量にしても使用頻
度が低くて実質的な使用時間が短くなり、その分、寿命
が延びる。そこで、使用頻度の高い第１グループの二次
電池Ｂａと使用頻度の低い第２グループの二次電池Ｂｂ
の各容量を各々の使用頻度と比例的に設定するようにし
て、２グループの二次電池Ｂｂを小容量化させる。この
ようにすれば小容量の第２グループの二次電池Ｂｂに、
大容量の第１グループの二次電池Ｂａに比べて小型軽量
で安価なものが適用できる。

【００２３】また、上記のように第１グループの二次電
池Ｂａに大容量電池を使用してＳＯＣ７０％程度の平常
状態で電力補償動作を行い、第２グループの二次電池Ｂ
ｂに小容量電池を使用して第１グループの二次電池Ｂａ
の回復充電時にバックアップ動作させる場合、第２グル
ープの二次電池ＢｂのＳＯＣを７０％より１０％程度小
さく設定することが望ましい。すなわち、大容量の第１
グループの二次電池Ｂａは、ＳＯＣ７０％程度にするこ
とで電力補償動作時に充電されてもガス発生等しない
（大容量ゆえに）が、第２グループの二次電池Ｂｂを小
容量化してＳＯＣ７０％程度で二次電池Ｂａと同じ補償
容量で電力補償動作をさせると小容量ゆえ充電電流のピ
ーク値に対して電圧が二次電池Ｂａのものより高くなる
ためにガス発生等のトラブルが発生し易くなることか
ら、小容量の第２グループの二次電池ＢｂにおいてはＳ
ＯＣを５０〜６０％程度に下げて使用する。このように
すると第１グループの二次電池Ｂｂが小容量でも充電幅
が増えてガス発生等のトラブルが発生し難くなり、小容
量電池による電力補償動作が安定する。このように第１
グループの二次電池Ｂｂを小容量化し、ＳＯＣを下げる
ことで、使用電池の小型軽量化、使用電池数の低減化が
可能となる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、電力変換器の直流側に
接続されて電力補償動作に供される複数の二次電池を２
グループに分け、一方の第１グループの二次電池が電力
補償動作に供されて定期的な回復充電時期に至ると、他
方の第２グループの二次電池と交代して第２グループの
二次電池による電力補償動作を実行させ、この間に第１
グループの二次電池を回復充電させるようにすること
で、電力補償動作が途切れることなく常時行われると共
に、二次電池の定期的な回復充電が時間的余裕を持って
行うことができる、したがって、高信頼度と長寿命な電
力貯蔵装置の提供が可能となる。

【００２５】また、第２グループの二次電池は、第１グ
ループの二次電池の定期的な回復充電時だけ電力補償動
作に繰り返し使用されるので、その使用頻度が第１グル
ープの二次電池に比べて大幅に低く、そのため、第１グ
ループの二次電池の定格容量より第２グループの二次電
池の定格容量を小さく設定することが可能であり、この
ようにすることで第２グループの二次電池に小容量化さ
れた小型軽量で安価なものが使用できるようになる。

【００２６】また、第２グループの二次電池を第１グル
ープの二次電池より小容量のものを使用すると共に、こ
の小容量化に応じてＳＯＣを第１グループの二次電池の
ＳＯＣより下げることで、小容量で使用頻度の低い第２
グループの二次電池を大容量で使用頻度の高い第１グル
ープの二次電池と同等の補償容量で電力補償動作をさせ
ることができて、高信頼性の電力貯蔵装置における二次
電池設備の小型化、低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施形態を示す電力貯蔵装置の回
路図

【図２】図１の電力貯蔵装置の２グループの二次電池に
よる電力補償動作と充放電動作例を示すタイムチャート

【図３】従来の電力貯蔵装置の一例を示す回路図

【符号の説明】

１分散電源２系統電源３負荷４連系変圧器５電力交換器Ｂａ第１グループの二次電池Ｂｂ第２グループの二次電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村松清重京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者川勝健京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源と負荷との間に連系用変圧器を介し
て接続された電力変換器の直流側に二次電池を複数台配
設して、複数の二次電池で常時に電力補償動作を実行す
るようにした電力貯蔵装置において、複数の二次電池を、常時の電力補償動作にのみ使用する
第１グループと、この第１グループの二次電池が回復充
電される期間だけその回復充電される二次電池に代わり
電力補償動作に使用される第２グループとに分けたこと
を特徴とする電力貯蔵装置の電池運用方法。
【請求項２】上記第１グループの二次電池の定格容量
より第２グループの二次電池の定格容量を小さく設定し
たことを特徴とする請求項１記載の電力貯蔵装置の電池
運用方法。
【請求項３】上記第２グループの二次電池をＳＯＣ
（充電状態）１００％に満充電しておいて、第１グルー
プの二次電池に代わり電力補償動作に使用する前にＳＯ
Ｃが第１グループの定常時のＳＯＣより低い所定値まで
下がるように放電させてから電力補償動作に使用するよ
うにしたことを特徴とする請求項２記載の電力貯蔵装置
の電池運用方法。