JP2003169421A

JP2003169421A - 電力貯蔵システム及びその制御方法

Info

Publication number: JP2003169421A
Application number: JP2001369186A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Nishida; 健彦西田; Tsutomu Hashimoto; 勉橋本; Katsuaki Kobayashi; 克明小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷系統の使用状態が急激に変化するような
場合に対して、即時的に電力を供給する。【解決手段】二次電池１１と、電源系統３０からの電
力を二次電池１１へ供給するとともに、二次電池１１か
らの電力を負荷系統２０へ供給する電力変換装置１２
と、二次電池１１の放電期間において、負荷系統２０の
電力消費状態に拘わらず、電力変換装置１２を一定の状
態で駆動させるシステム制御装置１３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷系統に対して
二次電池の電力を供給する電力貯蔵システム及びその制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、夜間と昼間の電力需要の差は増大
を続けており、特に夏期における昼間の電力需要は全発
電能力の上限に近づきつつある。このような問題の対応
策として、近年では、家庭用の電力貯蔵システムが開発
されている。この電力貯蔵システムは、大型の二次電池
を設置して夜間の余剰電力を蓄え、昼間の電力供給に
は、夜間に蓄電していた電力を放出するというものであ
り、電気料金が低額である夜間に蓄えた電力を昼間の電
力供給に使用するため、効率よく電力を使用することが
できる上、電気料金を低額に抑えることができる。

【０００３】ところで、上記電力貯蔵システムでは、昼
間の電力供給においては、負荷系統の使用状況（負荷の
電力消費状態）に応じて、最適な電力供給を行う電力供
給制御手法が一般的に採用されている。これは、その時
々の負荷系統の使用状況を反映した電力供給を行うた
め、効率の良い電力供給を行うことができる点で優れて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような電力供給制御手法では、負荷系統の使用状況の
検出から実際の電力供給までにタイムラグが生ずるた
め、負荷系統の電力消費が急激に増加した場合や、急峻
に立ち上がった場合には、即時的に応答できないという
問題があった。

【０００５】また、上述したような電力供給制御手法を
採用している電力貯蔵システムを無停電電源装置として
利用する場合には、制御系の応答遅れが生じるため、負
荷系統に対して無瞬断電源供給が実現できないといった
問題があった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、負荷系統の使用状態が急激に変化するような場
合に、電力を即時的に供給できる電力貯蔵システム及び
その制御方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、二次電池と、電力系統からの電力を前記
二次電池へ供給するとともに、前記二次電池からの電力
を負荷系統へ供給する電力変換手段と、前記二次電池の
放電期間において、前記負荷系統の電力消費状態に拘わ
らず、前記電力変換手段を一定の状態で駆動させる制御
手段とを具備することを特徴とする電力貯蔵システムを
提供する。

【０００８】このように、負荷系統の使用状況を一切検
出することなしに、常に一定の状態で電力変更装置を駆
動するので、負荷系統の消費電力が急激に増加した場合
にも、即時的に電力を供給することが可能となる。

【０００９】なお、上記電力変換手段は、二次電池の充
電時においては、電力系統からの交流電力から直流電力
を生成し、二次電池へ出力するとともに、二次電池の放
電時においては、二次電池からの直流電力から交流電力
を生成し、負荷又は電力系統へ供給するものである。ま
た、この電力変換手段は、複数のスイッチング素子を備
えており、このスイッチング素子が制御手段によってそ
れぞれ駆動されることにより、上述したような直流−交
流、及び直流−交流の変換を可能にする。なお、この電
力変換手段としては、例えば、双方向インバータが挙げ
られるが、インバータと整流器をそれぞれ個別に備える
構成としてもよい。

【００１０】また、上記制御手段は、二次電池の放電開
始から放電終了までの期間において、一貫して、予め設
定されている条件で電力変換手段を制御する。ここで、
一定の状態とは、電力変換手段が備える各スイッチング
素子を、所定の条件で継続駆動することをいう。

【００１１】例えば、一定周波数及び所定のデューティ
比で電力変換装置が備えるスイッチング素子をスイッチ
ング制御する。より具体的には、放電時（直流→交流）
には、電力系統の電流位相を監視しながら力率１で所定
の電力が出力されるようにデューティ比を制御し、充電
時（交流→直流）には、定電流モードでは出力電流、低
電圧モードでは出力電圧が一定になるようにデューティ
比を制御する。

【００１２】上述したように、負荷系統の使用状況に拘
わらず制御手段が一定の状態で電力変換手段を駆動する
ので、負荷系統の電力要求をフィードバックさせて行う
煩雑な電圧制御が不要となる。このため、制御手段の構
成を簡素化することができる。

【００１３】なお、本発明の電力貯蔵システムには、家
庭用として使用される小電力（例えば、数ｋＷ）の電力
貯蔵システムの他、業務用として使用される中級（例え
ば、数十ｋＷ）の電力貯蔵システム、発電所等等に設置
される大型の貯蔵システム（ＮａＳ電池により数百〜数
千ｋＷが出力可能）等も含まれる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記電力系統の停
電を検出する停電検出手段と、前記停電検出手段により
停電が検出された場合に、前記電力系統を前記負荷系統
及び前記電力変換手段から切断する電源遮断手段とを更
に備えることを特徴とする。

【００１５】本発明の電力貯蔵システムは、負荷の電力
消費状態に拘わらず、常時、負荷系統に対して一定の電
力供給を行うものであるので、電力系統の停電が検出さ
れた場合にも、電力系統を他の系統と切断するだけで、
負荷への電力供給を継続して行うことが可能となる。従
って、通信端末機器やパソコン等の商用電源のバックア
ップ用電源として使用される無停電電源装置（ＵＰＳ）
としても使用することが可能となる。

【００１６】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は請求項２に記載の電力貯蔵システムにおいて、前記
電力系統は分散電源を含み、前記二次電池は前記分散電
源の余剰電力によって充電されることを特徴とする。こ
のように分散電源の余剰電力により二次電池を充電する
ので、電力を効率よく利用することができる。なお、上
記分散電源としては、風力発電、太陽光発電、マイクロ
ガスタービン、燃料電池、小水力発電、バイオマス発
電、廃棄物発電（一般、産廃）、地熱発電等が挙げられ
る。なお、これらの分散電源には、自家発電設備用の小
型の発電機も含まれるものとする。また、商用電力系統
に分散電源が接続されている場合も含む。

【００１７】なお、上記電力貯蔵システムは、負荷が要
求量よりも発電量が多い場合には電力系統へ電力を逆潮
流（売電）し、発電量が不足する場合には分散電源を含
む電力系統から不足分電力をもらう（買電）ように動作
する。

【００１８】また、請求項４に記載の発明は、二次電池
と、前記電力系統からの電力を前記二次電池へ供給する
とともに、前記二次電池からの電力を前記負荷系統へ供
給する電力変換装置とを備える電力貯蔵システムの制御
方法であって、前記二次電池の放電期間において、前記
負荷系統の電力消費状態に拘わらず、前記電力変換装置
を一定の状態で駆動させることを特徴とする電力貯蔵シ
ステムの制御方法を提供する。

【００１９】このように、電力貯蔵システムの電力供給
の制御を極めて簡素化することにより、負荷系統の消費
電力が急激に増加した場合にも、即時的に電力を供給す
ることが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の一
実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
における電力貯蔵システムの構成を示す図である。図１
に示す電力貯蔵システム１は、二次電池１１と、電力系
統３０からの電力を二次電池１１へ供給するとともに、
二次電池１１の電力を負荷系統２０（負荷２１群）へ供
給する電力変換装置１２と、二次電池の充放電を制御す
べく電力変換装置１２を駆動するシステム制御装置１３
と、二次電池１１の両端の電圧を検出し、システム制御
装置１３へ検出結果を通知する電圧センサ１４と、停電
保護回路１５とを備えている。

【００２１】上記二次電池１１は、複数のセルが直接接
続されて構成されている。なお、この二次電池１１に
は、二次電池１１の信頼性、安全性を高めるために、セ
ルの電池電圧（残容量）を均一に保つためのセルバラン
ス回路の他、二次電池の過充電保護、過放電保護、過電
流保護、過昇温保護等を行うそれぞれの保護回路が付設
されている。

【００２２】具体的には、セルバランス回路としては、
周知の技術である、バイパス方式、コンデンサ方式等の
セルバランス回路が設けられており、全セルの充電完了
時のセル電圧を５０ｍＶ以内の誤差に抑えることにより
二次電池のサイクル劣化を防ぐ。また、保護回路として
は、各セルの電圧・温度等を検知するセンサをそれぞれ
設け、これらのセンサから伝達される種々の情報に基づ
いて、二次電池の異常を検出するユニット監視回路を設
ける。ユニット監視回路は、上記情報に基づいて過放
電、加充電、過昇温、過電流等を検出した場合、二次電
池１１と電力変換装置１２との間に介在しているスイッ
チを制御することにより、二次電池１１を電力変換装置
１２から切り離し、二次電池を保護する。

【００２３】また、上記電力変換装置１２は、電力系統
３０から供給される交流電力から直流電力を生成し、二
次電池１１へ出力するとともに、二次電池１１から供給
される直流電力から交流電力を生成し、負荷系統２０又
は電力系統３０へ供給する機能を備える、いわゆる双方
向インバータである。この電力変換装置１２は、複数の
スイッチング素子（例えば、サイリスタ、ＩＧＢＴ、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ等）から構成されており、このスイ
ッチング素子をシステム制御装置１３が所定のタイミン
グでスイッチング駆動することにより、二次電池１１の
充電時には、電力系統３０からの交流電力を整流して二
次電池１１へ供給する整流器として機能し、放電時には
二次電池からの電力を交流変換して負荷系統２０等へ出
力するインバータとして機能する。

【００２４】上記システム制御装置１３は、主に二次電
池１１の両端子電圧に基づいて、電力変換装置１２内の
スイッチング素子を制御するものであり、例えば、ＣＰ
Ｕと後述する種々の制御を実現させるためのプログラム
が格納されているＲＯＭと、処理過程において生じたデ
ータを一時格納するＲＡＭとから構成されており、ＣＰ
ＵがＲＯＭに書き込まれている種々のプログラムを読み
出して実行することにより、種々の制御を実現させる。
なお、各種専用のハードディスクによって種々の処理を
実現させてもよい。

【００２５】また、上記停電保護回路１５は、電力系統
３０の停電を検出する停電検出部と、電力系統とその他
の系統とを接続するスイッチ（いずれも図示せず）とを
備える。

【００２６】また、上記電力系統３０とは、一般の商用
電源の他、図２に示すように、風力発電５０、燃料電池
５１、ＭＧＴ（μガスタービン）５２、太陽光発電５
３、発電所５４等の分散電源をも含む。これら各分散電
源と、電力貯蔵システム１とはそれぞれ信号線で結ばれ
ており、この信号線を経由して、各分散電源の電力の貯
蔵状態や消費状態等の情報が電力貯蔵システム１に通知
される構成となっている。なお、信号線は情報を伝達で
きる手段であれば、どのようなものでもよく、特に限定
されない。

【００２７】次に、上記構成からなる電力貯蔵システム
１の動作について充電時、放電時、停電検出時とに分け
て順に説明する。

【００２８】（１）充電時（交流→直流）における動作充電時においては、システム制御装置１３は電力系統３
０から二次電池へ電力が供給されるように電力変換装置
１２内のスイッチング素子をスイッチング駆動する。こ
れにより、電力系統３０からの電力は電力変換装置１２
により直流電力へ変換され、二次電池１１が充電され
る。このとき、システム制御装置１３は、電圧センサ１
４から所定のタイミングで供給される二次電池１１の両
端子電圧に基づいて、これらのスイッチング素子の駆動
を制御する。具体的には、二次電池１１の両端子電圧
が、予め設定されている満充電検出閾値に達するまで
は、定電流充電を行う。なお、この定電流充電の電流値
は、二次電池１１を構成する電池によりそれぞれ異な
り、通常各電池の種別により固有の値となっている。

【００２９】そして、上記定電流充電を行うことによ
り、電圧センサ１４から通知される二次電池１１の両端
電圧が満充電検出閾値に達した場合には、電力変換装置
１２のスイッチング駆動を制御することにより、二次電
池へ供給される電流値を徐々に低下させる。そして、定
電流充電時に二次電池１１へ流れる電流値の１０％程度
まで電流が低下し、このときの二次電池１１の両端電圧
が満充電検出閾値に達すると、システム制御装置１３
は、二次電池１１が満充電状態であると判断して、電力
変換装置１２の駆動を終了する。これにより、二次電池
１１と電力系統３０とは非接続状態となり、電力系統３
０からの電力供給が停止する。

【００３０】なお、上述した二次電池１１の充電は、電
力系統３０の電力料金が比較的低下である夜間に行うこ
とが望ましい。このように、電力料金が安価なときに二
次電池１１を充電しておくことにより、電気料金を低額
に抑えることができる。また、図２に示した分散電源の
余剰電力によって充電するようにしても良い。このよう
にすれば、分散電源によって発電された電力を非常に有
効に使用することが可能となる。

【００３１】（２）放電時（直流→交流）における動作
について次に、電力貯蔵システム１の放電時における動作につい
て説明する。放電時においては、システム制御装置１３
は、負荷系統２０の電力消費状態に拘わらず、電力変換
装置１２を常に一定の状態で駆動させる。これは、予め
設定されているタイミングチャート等に基づき、電力変
換装置１２内のスイッチング素子をそれぞれ駆動する。
これにより、二次電池１１に蓄電されている電力を負荷
系統２０へ供給させる。このとき、負荷系統２０へ流れ
る電流は負荷系統２０の使用状態によって変化するが、
最大の電流は二次電池の出力限度の範囲で制限させるこ
ととなる。

【００３２】なお、上記のスイッチングの制御手法の一
例として、系統の電流位相（交流であるため正弦波）を
監視しながら力率１として系統電流位相に放電電流位相
を合わせ、所定の電力（電流）が出力されるようにデュ
ーティ比をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等を
用いて制御する手法が挙げられる。

【００３３】（３）停電検出時における動作停電検出部１５が電力系統３０の停電を検出すると、そ
の旨をシステム制御装置１３へ通知する。システム制御
装置１３は、電力系統３０が停電した旨を受けると、停
電保護回路１５に対して電力系統３０とその他の系統
（ここでは、電力変換装置１２及び負荷系統２０）との
接続を切断する旨の指示を出力する。これにより、停電
保護回路１５内のスイッチが電力系統３０と他の系統と
の接続を非接続状態とすることにより、電力系統３０と
の接続が切断される。

【００３４】以上、この発明の実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計等も含まれる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力貯蔵
システムによれば、二次電池と、電力系統からの電力を
二次電池へ供給するとともに、二次電池からの電力を負
荷系統へ供給する電力変換手段と、二次電池の放電期間
において、負荷系統の電力消費状態に拘わらず、電力変
換手段を一定の状態で駆動させる制御手段とを備えるの
で、負荷系統からの電力要求に応じた煩雑な電圧制御が
不要となる。これにより、負荷系統の急激な負荷変動に
おいても即時的に電力を供給することが可能となる。こ
れにより、電力要求が非常に瞬時に変化する機器、急激
に要求電力が立ち上がる機器に対して、非常に有効な電
源供給の手段として用いることができる。

【００３６】また、請求項２に記載の電力貯蔵システム
によれば、電力系統の停電を検出する停電検出手段と、
電力系統と他の系統とを接続する接続手段とを備える。
これにより、停電時には、電力系統を他の系統と切断
し、無瞬断で二次電池から負荷系統へ電力を供給するこ
とができるため、本発明の電力貯蔵システムを無停電電
源装置としても使用することが可能となる。

【００３７】また、請求項３に記載の電力貯蔵システム
によれば、電力系統は分散電源であり、二次電池は分散
電源の余剰電力によって充電されるので、電力を効率よ
く利用することができる。

【００３８】また、請求項４に記載の電力貯蔵システム
の制御方法は、二次電池の放電期間において、負荷系統
の電力消費状態に拘わらず、電力変換装置を一定の状態
で駆動させる。これにより、電力貯蔵システムの電力供
給の制御を極めて簡素化することができるため、負荷系
統の消費電力が急激に増加した場合にも、即時的に電力
を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システム
の構成を示すブロック図である。

【図２】同実施形態における電力系統３０を構成する
分散電源の一例について説明するための系統図である。

【符号の説明】

１電力貯蔵システム１１二次電池１２電力変換装置１３システム制御装置１４電圧センサ１５停電保護回路２０負荷系統２１負荷３０電力系統５０風力発電５１燃料電池５２ＭＧＴ（μガスタービン）５３太陽光発電５４発電所１００信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林克明長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内Ｆターム(参考） 5G066 AA04 AD14 AE11 CA09 DA08 FB15 HA11 HA17 HA19 HB06 HB07 HB09 JA02 JA03 JB03 KA12 LA01 5H030 AA00 AS03 BB07 BB08 BB10 BB21 FF41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池と、電力系統からの電力を前記二次電池へ供給するととも
に、前記二次電池からの電力を負荷系統へ供給する電力
変換手段と、前記二次電池の放電期間において、前記負荷系統の電力
消費状態に拘わらず、前記電力変換手段を一定の状態で
駆動させる制御手段とを具備することを特徴とする電力
貯蔵システム。
【請求項２】前記電力系統の停電を検出する停電検出
手段と、前記停電検出手段により停電が検出された場合に、前記
電力系統を前記負荷系統及び前記電力変換手段から切断
する電源遮断手段とを更に備えることを特徴とする請求
項１に記載の電力貯蔵システム。
【請求項３】前記電力系統は分散電源を含み、前記二
次電池は前記分散電源の余剰電力によって充電されるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力貯蔵
システム。
【請求項４】二次電池と、前記電力系統からの電力を
前記二次電池へ供給するとともに、前記二次電池からの
電力を前記負荷系統へ供給する電力変換装置とを備える
電力貯蔵システムの制御方法であって、前記二次電池の放電期間において、前記負荷系統の電力
消費状態に拘わらず、前記電力変換装置を一定の状態で
駆動させることを特徴とする電力貯蔵システムの制御方
法。