JP2012010453A

JP2012010453A - 蓄電池システム

Info

Publication number: JP2012010453A
Application number: JP2010142459A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ito; 鉱一伊藤; Yoko Umeda; 陽子梅田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: JP5556422B2

Abstract

【課題】大容量かつ充放電の応答性のよい蓄電池システムを提供することである。
【解決手段】電力系統１１の負荷変動に応じて余剰電力を充電するとともに不足電力を放電する大容量蓄電池１３と、充電深度が５０％未満の所定の充電用充電深度に維持され電力系統から電力を急速充電するための充電用リチウム電池１５と、充電深度が５０％を超える所定の放電用充電深度に維持され電力系統に電力を急速放電するための放電用リチウム電池１６とを用意し、制御装置１７は、通常時は接続切替装置１４にて大容量蓄電池１３を電力系統１１に接続して充放電制御を行い、電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、接続切替装置１４にて充電用リチウム電池１５を電力系統１１に接続して充電制御を行い、電力系統１１の負荷変動により急速放電が必要となったときは、接続切替装置１４にて放電用リチウム電池１６を電力系統１１に接続して放電制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統に接続された蓄電池を系統負荷制御に利用する蓄電池システムに関する。

蓄電池の大容量化に伴い、電力系統の系統負荷制御に蓄電池を利用することが検討されている。蓄電池には各種のものがあり、例えば、ＮＡＳ電池は、エネルギー密度が高く放電速度も速く、しかも安価である。また、リチウム電池は、エネルギー密度が高く、充放電速度も速く急速充放電が可能である。

電力系統の系統負荷制御に利用するには、大容量で充放電速度が速いものが適しているので、現状では、ＮＡＳ電池やリチウム電池を組み合わせて電力系統の系統負荷制御に利用することが考えられる。

自然エネルギ発電設備が接続された系統にＮＡＳ電池とキャパシタとを接続して、自然エネルギ発電設備の出力変動をＮＡＳ電池の遅れ時定数で平滑化し、ＮＡＳ電池で吸収できない早い変動成分をキャパシタで吸収し、自然エネルギを用いた発電設備の出力変動を低コストで効果的に抑制できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１３５３５５号公報

しかし、電力系統の系統負荷制御に利用するには、大容量で充放電の双方とも高い応答性を有し、しかも安価である蓄電池が求められる。ＮＡＳ電池は大容量で放電速度も速いが、充電速度が遅く急速充電ができないという難点を有する。また、リチウム電池は、エネルギー密度が高く充放電速度も速いので急速充放電が可能であるが、価格が高いと言う難点がある。

そこで、価格が安い中古のリチウム電池を利用することが考えられる。中古のリチウム電池は充電容量は十分あるが、充放電速度が新品のリチウム電池より遅くなる傾向があり、結果的に、充放電のいずれか、あるいは双方の速度が新品のリチウム電池より劣ることになる。

本発明の目的は、大容量かつ充放電の応答性のよい蓄電池システムを提供することである。

請求項１の発明に係る蓄電池システムは、電力系統の負荷変動に応じて余剰電力を充電するとともに不足電力を放電する大容量蓄電池と、充電深度が５０％未満の所定の充電用充電深度に維持され前記電力系統から電力を急速充電するための充電用リチウム電池と、充電深度が５０％を超える所定の放電用充電深度に維持され前記電力系統に電力を急速放電するための放電用リチウム電池と、通常時は前記大容量蓄電池を前記電力系統に接続し、前記電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは充電用リチウム電池を電力系統に接続し、前記電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは前記放電用リチウム電池を電力系統に接続する接続切替装置と、前記大容量蓄電池、前記充電用リチウム電池、前記放電用リチウム電池の充放電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る蓄電池システムは、請求項１の発明において、前記電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記放電用リチウム電池を電力系統に接続するとともに、前記充電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、前記制御装置は、前記放電用リチウム電池から前記電力系統に電力を放電する放電制御を行い、前記大容量蓄電池から前記充電用リチウム電池に電力を充電する充電制御を行い、前記放電用リチウム電池が放電停止となると、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池と前記放電用リチウム電池とを入れ替えることを特徴とする。

請求項３の発明に係る蓄電池システムは、請求項１の発明において、前記電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池を電力系統に接続するとともに、前記放電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、前記制御装置は、前記充電用リチウム電池に前記電力系統からの電力を充電する充電制御を行い、前記放電用リチウム電池から前記大容量蓄電池に電力を放電する放電制御を行い、前記充電用リチウム電池が充電停止となると、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池と前記放電用リチウム電池とを入れ替えることを特徴とする。

請求項４の発明に係る蓄電池システムは、請求項１の発明において、前記充電用リチウム電池として複数の充電用リチウム電池を有し、複数の充電用リチウム電池は、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持され、前記電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記放電用リチウム電池を前記電力系統に接続するとともに、前記複数の充電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、前記制御装置は、前記放電用リチウム電池から前記電力系統に電力を放電する放電制御を行い、前記複数の充電用リチウム電池にそれぞれ充電停止となるまで前記大容量蓄電池からの電力を充電する充電制御を行い、前記放電用リチウム電池が放電停止となると、前記接続切替装置は、前記放電用リチウム電池を前記充電用リチウム電池に切り替え、充電停止となった充電用リチウム電池を放電用リチウム電池に切り替えることを特徴とする。

請求項５の発明に係る蓄電池システムは、請求項１の発明において、
前記充電用リチウム電池として複数の充電用リチウム電池を有し、複数の充電用リチウム電池は、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持され、前記電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記複数の充電用リチウム電池を電力系統に接続するとともに、前記放電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、前記制御装置は、前記複数の充電用リチウム電池にそれぞれ充電停止となるまで前記電力系統からの電力を充電する充電制御を行い、前記放電用リチウム電池から前記大容量蓄電池に電力を放電する放電制御を行い、前記充電用リチウム電池が充電停止となると、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池を前記放電用リチウム電池に切り替え、放電停止となった放電用リチウム電池を充電用リチウム電池に切り替えることを特徴とする。

請求項６の発明に係る蓄電池システムは、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記大容量蓄電池は、ＮＡＳ電池または中古リチウム電池であることを特徴とする。

請求項７の発明に係わる蓄電池システムは、請求項１乃至６のいずれかの発明において、通常時は、前記電力系統に、前記大容量蓄電池だけでなく前記充電用リチウム電池あるいは前記放電用リチウム電池も接続されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、通常時は系統負荷制御に応じて大容量蓄電池に充放電し、電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは充電用リチウム電池に充電し、電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは放電用リチウム電池から電力系統に放電するので、大容量電池を有効活用しながら、充放電双方の応答特性を改善できる。

請求項２の発明によれば、電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは、放電用リチウム電池から電力系統に電力を放電する放電制御を行い、充電用リチウム電池に大容量蓄電池から電力を充電する充電制御を行い、放電用リチウム電池が放電停止となったときは充電用リチウム電池と放電用リチウム電池とを入れ替えるので、放電用リチウム電池の容量を越えた急速放電が必要となった場合であっても、その急速放電に対応できる。

請求項３の発明によれば、電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、充電用リチウム電池に電力系統からの電力を充電する充電制御を行い、放電用リチウム電池から大容量蓄電池に電力を放電する放電制御を行い、充電用リチウム電池が充電停止となったときは充電用リチウム電池と放電用リチウム電池とを入れ替えるので、充電用リチウム電池の容量を越えた急速充電が必要となった場合であっても、その急速充電に対応できる。

請求項４の発明によれば、電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは、放電用リチウム電池から電力系統に電力を放電する放電制御を行い、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持された複数の充電用リチウム電池に大容量蓄電池からの電力をそれぞれ充電停止となるまで充電する充電制御を行い、また、放電用リチウム電池が放電停止となったときは順次充電停止となった充電用リチウム電池を放電用とするので、放電用リチウム電池の容量を越えた急速放電が必要となった場合であっても、その急速放電に対応できる。また、充電速度が放電速度より遅いリチウム電池の場合であっても充放電制御を円滑に行うことができる。

請求項５の発明によれば、電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持された複数の充電用リチウム電池に電力系統からの電力を充電する充電制御を行い、放電用リチウム電池から大容量蓄電池に電力を放電する放電制御を行い、充電用リチウム電池が充電停止となったときは順次放電用のリチウム電池とするので、充電用リチウム電池の容量を越えた急速充電が必要となった場合であっても、その急速充電に対応できる。また、充電速度が放電速度より遅い場合であっても充放電制御を円滑に行うことができる。

請求項６の発明によれば、大容量蓄電池はＮＡＳ電池または中古リチウム電池であるので、大容量蓄電池を安価に構成できる。

請求項７の発明によれば、通常時にもリチウム電池の容量を有効活用できる。

本発明の実施形態に係る蓄電池システムの構成図。本発明の実施形態に係る蓄電池システムの通常運転時の構成図。本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速放電運転時の状態を示す構成図。本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速放電運転時の充電用リチウム電池及び放電用リチウム電池の充電深度の変化を示すグラフ。本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速充電運転時の状態を示す構成図。本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速充電運転時の充電用リチウム電池及び放電用リチウム電池の充電深度の変化を示すグラフ。本発明の他の実施形態に係る蓄電池システムの構成図。本発明の他の実施形態に係る蓄電池システムの急速放電運転時の充電用リチウム電池及び放電用リチウム電池の充電深度の変化を示すグラフ。本発明の他の実施形態に係る蓄電池システムの急速充電運転時の充電用リチウム電池及び放電用リチウム電池の充電深度の変化を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る蓄電池システムの構成図である。

電力系統１１には電力変換器１２ａを介して大容量蓄電池１３が接続されている。電力変換器１２ａは交直変換器であり、電力系統１１からの交流を直流に変換して大容量蓄電池１３に充電するとともに、大容量蓄電池１３に蓄電された電力を交流に変換して電力系統に供給する。

大容量蓄電池１３はＮＡＳ電池または中古リチウム電池で構成されている。ＮＡＳ電池は大容量で放電速度も速く低価格であるという特徴を有し、また、中古リチウム電池は充電容量が大きく新品のリチウム電池より充放電速度が遅いが低価格であるという特徴を有する。従って、電力系統１１の通常の負荷変動に応じて余剰電力を充電したり蓄電した電力を電力系統１１に放電するには適した蓄電池である。

また、電力系統１１には、電力変換器１２ｂ及び接続切替装置１４を介して充電用リチウム電池１５及び放電用リチウム電池１６が接続されている。電力変換器１２ｂは交直変換器であり、電力系統１１からの交流を直流に変換して充電用リチウム電池１５に充電するとともに、放電用リチウム電池１６に蓄電された電力を交流に変換して電力系統１１に供給する。

リチウム電池は高価格であるが充放電速度が速く急速充放電に適しているので、２個のリチウム電池を用意し、一方を充電用リチウム電池１５とし、他方を放電用リチウム電池１６として使用する。充電用リチウム電池１５は、常時は充電深度ＳＯＣが５０％未満の所定の充電用充電深度、例えば１０％〜３０％に維持され、電力系統１１の負荷が急に増大した場合に、電力系統１１からの電力を急速充電できるように待機している。同様に、放電用リチウム電池１６は、常時は充電深度ＳＯＣが５０％を超える所定の充電用充電深度、例えば８０％〜１００％に維持され、電力系統１１の負荷が急に減少した場合に、電力系統１１に電力を急速放電できるように待機している。

また、大容量蓄電池１３と、充電用リチウム電池１５及び放電用リチウム電池１６とは、電力変換器１２ｃ及び接続切替装置１４を介して接続されている。電力変換器１２ｃは直流・直流変換器であり、放電用リチウム電池１６が電力系統１１に電力を供給しているときは、大容量蓄電池１３からの直流を充電用リチウム電池１５に充電するとともに、充電用リチウム電池１５が電力系統１１から電力を蓄電しているときは、放電用リチウム電池１６に蓄電された電力を大容量蓄電池１３に充電する。

これにより、放電用リチウム電池１６が放電してその充電深度ＳＯＣが例えば１０％〜３０％になったときは充電用リチウム電池１５となり、同様に、充電用リチウム電池１５に蓄電されその充電深度ＳＯＣが例えば８０％〜１００％になったときは放電用リチウム電池１６となる。すなわち、充電用リチウム電池１５と放電用リチウム電池１６との入れ替えが行われる。

接続切替装置１４は、制御装置１７からの指令に基づき、大容量蓄電池１３、充電用リチウム電池１５、放電用リチウム電池１６の接続切替を行うものである。制御装置１７は、通常時は大容量蓄電池１３を電力系統１１に接続し、電力系統１１の通常の負荷変動に応じて、電力変換器１２ａに指令を出力して電力系統１１から余剰電力を大容量蓄電池１３に充電したり、電力変換器１２ｂに指令を出力して大容量蓄電池１３から電力を電力系統１１に放電したりする。

そして、電力系統１１の負荷変動により急速充電が必要となったときは、制御装置１７は、充電用リチウム電池１５を電力系統１１に接続するとともに、放電用リチウム電池１６を大容量蓄電池１３に接続して、電力変換器１２ｂに指令を出力して充電用リチウム電池１５に電力系統１１の過剰電力を充電し、電力変換器１２ｃに指令を出力して放電用リチウム電池１６の電力を大容量蓄電池１３に放電する。

同様に、電力系統１１の負荷変動により急速放電が必要となったときは、制御装置１７は、放電用リチウム電池１６を電力系統１１に接続するとともに、充電用リチウム電池１５を大容量蓄電池１３に接続して、電力変換器１２ｂに指令を出力して放電用リチウム電池１６から電力系統１１に放電し、電力変換器１２ｃに指令を出力して大容量蓄電池１３から充電用リチウム電池１５に電力を充電する。

図２は本発明の実施形態に係る蓄電池システムの通常運転時の状態を示す構成図である。通常運転時においては、制御装置１７は接続切替装置１４のスイッチＳ１をオンして大容量蓄電池１３を電力系統１１に接続し、スイッチＳ２〜Ｓ５をオフして充電用リチウム電池１５及び放電用リチウム電池１６を電力系統１１及び大容量蓄電池１３から切り離す。そして、制御装置１７は、電力系統１１の通常の負荷変動に応じて、電力変換器１２ａに指令を出力して大容量蓄電池１３の充放電制御を行う。電力系統１１に余剰電力がある場合には電力系統１１から余剰電力を大容量蓄電池１３に充電し、電力系統１１の電力が不足したときは大容量蓄電池１３から電力系統１１に電力を放電する。

図３は本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速放電運転時の状態を示す構成図である。電力系統１１の負荷変動により、通常運転時の状態から電力系統１１への急速放電が必要となったときは、制御装置１１は、接続切替装置１４のスイッチＳ１をオフし大容量蓄電池１３を電力系統１１から切り離すとともに、スイッチＳ３をオンして放電用リチウム電池１６を電力系統１１に接続し、スイッチＳ４をオンして充電用リチウム電池１５を大容量電池１３に接続する。

そして、制御装置１７は、電力変換器１２ｂに指令を出力して、放電用リチウム電池１６から電力系統１１に電力を放電する放電制御を行う。また、制御装置１７は、電力変換器１２ｃに指令を出力して、大容量蓄電池１３から充電用リチウム電池１５に電力を充電する充電制御を行う。

図４は本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速放電運転時の充電用リチウム電池１５及び放電用リチウム電池１６の充電深度ＳＯＣの変化を示すグラフである。いま、時点ｔ１で電力系統１１への急速放電が必要となったとする。放電用として待機していた放電用リチウム電池１６は、時点ｔ１から電力系統１１に放電を開始する。一方、充電用として待機していた充電用リチウム電池１５は、時点ｔ１から大容量蓄電池１３から充電を開始する。これにより、放電用リチウム電池１６の充電深度は降下し、充電用リチウム電池１５の充電深度は上昇する。

そして、時点ｔ２で放電用リチウム電池１６が放電停止電圧となり放電停止となると、放電用リチウム電池１６と充電用リチウム電池１５とを入れ替える。すなわち、時点ｔ２以降は、それまで充電用リチウム電池１５であったリチウム電池が放電用リチウム電池１６となる。この場合、接続切替装置１４は、時点ｔ２でスイッチＳ２をオフからオンに、スイッチＳ３をオンからオフに、スイッチＳ４をオンからオフに、スイッチＳ５をオフからオンに切り替える。以下同様に、時点３において、放電用リチウム電池１６が放電停止となると、放電用リチウム電池１６と充電用リチウム電池１５とを入れ替える。

このように、放電用リチウム電池１６が放電停止となったときは、充電用リチウム電池１５と放電用リチウム電池１６とを入れ替えて放電制御を継続するので、放電用リチウム電池１６の容量を越えた急速放電が必要となった場合であっても、その急速放電に対応できる。

図５は本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速充電運転時の状態を示す構成図である。電力系統１１の負荷変動により、通常運転時の状態から電力系統１１からの急速充電が必要となったときは、制御装置１１は、接続切替装置１４のスイッチＳ１をオフし大容量蓄電池１３を電力系統１１から切り離すとともに、スイッチＳ２をオンして充電用リチウム電池１５を電力系統１１に接続し、スイッチＳ５をオンして放電用リチウム電池１６を大容量電池１３に接続する。

そして、制御装置１７は、電力変換器１２ｂに指令を出力して、充電用リチウム電池１５に電力系統１１から電力を充電する充電制御を行う。また、制御装置１７は、電力変換器１２ｃに指令を出力して、放電用リチウム電池１６から大容量蓄電池１３に電力を放電する放電制御を行う。

図６は本発明の実施形態に係る蓄電池システムの急速充電運転時の充電用リチウム電池１５及び放電用リチウム電池１６の充電深度ＳＯＣの変化を示すグラフである。いま、時点ｔ１で電力系統１１からの急速充電が必要となったとする。充電用として待機していた充電用リチウム電池１５は、時点ｔ１から電力系統１１からの電力の充電を開始する。一方、放電用として待機していた放電用リチウム電池１６は、時点ｔ１から大容量蓄電池１３に放電を開始する。これにより、充電用リチウム電池１５の充電深度は上昇し、放電用リチウム電池１６の充電深度は降下する。

そして、時点ｔ２で充電用リチウム電池１５が充電停止電圧となり充電停止となると、充電用リチウム電池１５と放電用リチウム電池１６とを入れ替える。すなわち、時点ｔ２以降は、それまでリチウム電池が放電用リチウム電池１６であった充電用リチウム電池１５となる。

この場合、接続切替装置１４は、時点ｔ２でスイッチＳ２をオンからオフに、スイッチＳ３をオフからオンに、スイッチＳ４をオフからオンに、スイッチＳ５をオンからオフに切り替える。以下同様に、時点３において、充電用リチウム電池１５が充電停止となると、放電用リチウム電池１６と充電用リチウム電池１５とが入れ替えられる。

このように、充電用リチウム電池１５が充電停止となったときは充電用リチウム電池１５と放電用リチウム電池１６とを入れ替えて充電制御を継続するので、
充電用リチウム電池１５の容量を越えた急速充電が必要となった場合であっても、その急速充電に対応できる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。図７は本発明の他の実施形態に係る蓄電池システムの構成図である。この他の実施形態は、図１に示した実施形態に対し、充電用リチウム電池１５として複数の充電用リチウム電池１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有し、複数の充電用リチウム電池１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持しておき、電力系統１１の負荷変動により急速放電が必要となったときは、放電用リチウム電池１６を電力系統１１に接続するとともに、複数の充電用リチウム電池１５ａ、１５ｂ、１５ｃを大容量蓄電池１３に接続し、一方、電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、複数の充電用リチウム電池１５ａ、１５ｂ、１５ｃを電力系統１１に接続するとともに、放電用リチウム電池１６を大容量蓄電池１３に接続するようにしたものである。これは、一般に、多くの蓄電池は充電速度が遅く放電速度が速いことに対処するためである。

図７において、充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃは、常時は充電深度ＳＯＣが段階的に異なる所定の充電用充電深度、例えば、１０％〜３０％、３０％〜５０％、５０％〜７０％に維持され、電力系統１１の負荷が急に増大した場合に、電力系統１１からの電力を急速充電できるように待機している。同様に、放電用リチウム電池１６は、常時は充電深度ＳＯＣが５０％を超える所定の充電用充電深度、例えば８０％〜１００％に維持され、電力系統１１の負荷が急に減少した場合に、電力系統１１に電力を急速放電できるように待機している。充電リチウム電池１５ａ〜１５ｃ及び放電用リチウム電池１６は、いずれも充電速度が遅く放電速度が速い同じ特性のリチウム電池を用いている。

電力系統１１の負荷変動により、通常運転状態から急速放電が必要となったときは、制御装置１７は、接続切替装置１４のスイッチＳ１をオフし、大容量蓄電池１３を電力系統１１から切り離すとともに、スイッチＳ３をオンにして放電用リチウム電池１６を電力系統１１に接続し、スイッチＳ４ａ〜Ｓ４ｃをオンして充電用リチウム電池１５を大容量電池１３に接続する。

そして、制御装置１７は、電力変換器１２ｂに指令を出力して、放電用リチウム電池１６から電力系統１１に電力を放電する放電制御を行う。また、制御装置１７は、電力変換器１２ｃに指令を出力して、大容量蓄電池１３から充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃに電力を充電する充電制御を行う。

図８は本発明の他の実施形態に係る蓄電池システムの急速放電運転時の充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃ及び放電用リチウム電池１６の充電深度ＳＯＣの変化を示すグラフである。いま、時点ｔ１で電力系統１１への急速放電が必要となったとする。放電用として待機していた放電用リチウム電池１６は、時点ｔ１から電力系統１１に放電を開始する。一方、充電用として待機していた充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃは、時点ｔ１から大容量蓄電池１３から充電を開始する。これにより、放電用リチウム電池１６の充電深度は降下し、充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃの充電深度は上昇する。この場合、充電深度が５０％〜７０％と高く維持されていた充電用リチウム電池１５ｃが最も早く時点ｔ２で充電停止電圧となり充電を停止し、充電用リチウム電池１５ｂ、１５ａの順に時点ｔ３、ｔ４で充電停止電圧となり充電を停止する。

そして、時点ｔ２で放電用リチウム電池１６が放電停止電圧となり放電停止となると、放電用リチウム電池１６と充電用リチウム電池１５ｃとを入れ替える。すなわち、時点ｔ２以降は、それまで充電用リチウム電池１５ｃであったリチウム電池が放電用リチウム電池となり、放電用リチウム電池１６が充電用のリチウム電池となる。

この場合、接続切替装置１４は、時点ｔ２でスイッチＳ２ａをオフからオンに、スイッチＳ３をオンからオフに、スイッチＳ４ａをオンからオフに、スイッチＳ５をオフからオンに切り替える。

以下同様に、時点３において、放電用となったリチウム電池１５ｃが放電停止となると、そのリチウム電池１５ｃを充電用とし、充電用リチウム電池１５ｂを放電用とする入れ替えを行い、時点４において、放電用となったリチウム電池１５ｂが放電停止となると、そのリチウム電池１５ｂを充電用とし充電用リチウム電池１５ａを放電用とする入れ替えを行う。

充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃ及び放電用リチウム電池１６は、いずれも充電速度が遅く放電速度が速い同じ特性のリチウム電池を用いているので、以下、時点ｔ５〜ｔ９において、充電用と放電用との入れ替えを行って、電力系統１１への急速放電が必要なくなるまで、急速放電運転を継続する。

次に、電力系統１１の負荷変動により、通常運転時の状態から電力系統１１からの急速充電が必要となったときは、制御装置１１は、接続切替装置１４のスイッチＳ１をオフし大容量蓄電池１３を電力系統１１から切り離すとともに、スイッチＳ２ａ〜Ｓ２ｃをオンして充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃを電力系統１１に接続し、スイッチＳ５をオンして放電用リチウム電池１６を大容量電池１３に接続する。

図９は本発明の他の実施形態に係る蓄電池システムの急速充電運転時の充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃ及び放電用リチウム電池１６の充電深度ＳＯＣの変化を示すグラフである。いま、時点ｔ１で電力系統１１からの急速充電が必要となったとする。充電用として待機していた充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃは、時点ｔ１から電力系統１１から充電を開始する。一方、放電用として待機していた放電用リチウム電池１６は、時点ｔ１から大容量蓄電池１３に放電を開始する。これにより、放電用リチウム電池１６の充電深度は降下し、充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃの充電深度は上昇する。この場合、充電深度が５０％〜７０％と高く維持されていた充電用リチウム電池１５ｃが最も早く時点ｔ２で充電停止電圧となり充電を停止し、充電用リチウム電池１５ｂ、１５ａの順に時点ｔ３、ｔ４で充電停止電圧となり充電を停止する。

そして、時点ｔ２で充電深度が５０％〜７０％と高く維持されていた充電用リチウム電池１５ｃが充電停止電圧となり充電停止となると、充電用リチウム電池１５ｃと放電用リチウム電池１６とを入れ替える。すなわち、時点ｔ２以降は、それまで充電用リチウム電池１５ｃであったリチウム電池が放電用リチウム電池となり、放電用リチウム電池１６が充電用リチウム電池となる。

この場合、接続切替装置１４は、時点ｔ２でスイッチＳ２ａをオンからオフに、スイッチＳ３をオフからオンに、スイッチＳ４ａをオフからオンに、スイッチＳ５をオンからオフに切り替える。

以下同様に、時点３において、充電用リチウム電池１５ｂが充電停止となると、
そのリチウム電池１５ｂを放電用とし、充電用リチウム電池１５ｃを充電用とする入れ替えを行う。時点４において、放電用となったリチウム電池１５ｂが放電停止となると、そのリチウム電池１５ｂを充電用とし充電用リチウム電池１５ａを放電用とする入れ替えを行う。

充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃ及び放電用リチウム電池１６は、いずれも充電速度が遅く放電速度が速い同じ特性のリチウム電池を用いているので、以下、時点ｔ５〜ｔ９において、充電用と放電用との入れ替えを行って、電力系統１１からの急速充電が必要なくなるまで、急速充電運転を継続する。

本発明の他の実施形態によれば、電力系統１１の負荷変動により急速放電が必要となったときは、放電用リチウム電池１６から電力系統１１に電力を放電する放電制御を行うので、即座に急速放電に対応できる。また、放電用リチウム電池１６からの放電中に、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持された複数の充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｂに大容量蓄電池１３からの電力をそれぞれ充電するので、リチウム電池の充電速度が放電速度より遅い場合であっても、放電用リチウム電池１６が放電停止となるまでの間に、いずれかの充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃを放電用とすることができる。従って、放電用リチウム電池１６の容量を越えた急速放電が必要となった場合であっても、その急速放電に対応できる。

また、電力系統１１の負荷変動により急速充電が必要となったときは、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持された複数の充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃに電力系統１１からの電力を充電する充電制御を行うので、即座に急速充電に対応できる。その複数の充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃに充電中に、放電用リチウム電池１６から大容量蓄電池１３に電力を放電する放電制御を行い、その放電用リチウム電池１６を充電用としておけるので、充電用リチウム電池１５ａ〜１５ｃの容量を越えた急速充電が必要となった場合であっても、その急速充電に対応できる。

なお、通常時は、電力系統１１に、大容量蓄電池１３だけでなく充電用リチウム電池１５あるいは放電用リチウム電池１６も接続されるように構成してもよい。接続される充電用リチウム電池１５あるいは放電用リチウム電池１６の充電深度ＳＯＣは、所定の充電用充電深度あるいは所定の放電用充電深度の範囲で維持される。通常時もリチウム電池を電力系統１１に接続することで、リチウム電池の容量を通常時にも有効活用できる。

１１…電力系統、１２…電力変換器、１３…大容量蓄電池、１４…接続切替装置、１５…充電用リチウム電池、１６…放電用リチウム電池、１７…制御装置

Claims

電力系統の負荷変動に応じて余剰電力を充電するとともに不足電力を放電する大容量蓄電池と、
充電深度が５０％未満の所定の充電用充電深度に維持され前記電力系統から電力を急速充電するための充電用リチウム電池と、
充電深度が５０％を超える所定の放電用充電深度に維持され前記電力系統に電力を急速放電するための放電用リチウム電池と、
通常時は前記大容量蓄電池を前記電力系統に接続し、前記電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは充電用リチウム電池を電力系統に接続し、前記電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは前記放電用リチウム電池を電力系統に接続する接続切替装置と、
前記大容量蓄電池、前記充電用リチウム電池、前記放電用リチウム電池の充放電制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする蓄電池システム。
前記電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記放電用リチウム電池を電力系統に接続するとともに、前記充電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、
前記制御装置は、前記放電用リチウム電池から前記電力系統に電力を放電する放電制御を行い、前記大容量蓄電池から前記充電用リチウム電池に電力を充電する充電制御を行い、
前記放電用リチウム電池が放電停止となると、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池と前記放電用リチウム電池とを入れ替えることを特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。
前記電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池を電力系統に接続するとともに、前記放電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、
前記制御装置は、前記充電用リチウム電池に前記電力系統からの電力を充電する充電制御を行い、前記放電用リチウム電池から前記大容量蓄電池に電力を放電する放電制御を行い、
前記充電用リチウム電池が充電停止となると、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池と前記放電用リチウム電池とを入れ替えることを特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。
前記充電用リチウム電池として複数の充電用リチウム電池を有し、複数の充電用リチウム電池は、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持され、
前記電力系統の負荷変動により急速放電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記放電用リチウム電池を前記電力系統に接続するとともに、前記複数の充電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、
前記制御装置は、前記放電用リチウム電池から前記電力系統に電力を放電する放電制御を行い、前記複数の充電用リチウム電池にそれぞれ充電停止となるまで前記大容量蓄電池からの電力を充電する充電制御を行い、
前記放電用リチウム電池が放電停止となると、前記接続切替装置は、前記放電用リチウム電池を前記充電用リチウム電池に切り替え、充電停止となった充電用リチウム電池を放電用リチウム電池に切り替えることを特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。
前記充電用リチウム電池として複数の充電用リチウム電池を有し、複数の充電用リチウム電池は、段階的に異なる所定の充電用充電深度に維持され、
前記電力系統の負荷変動により急速充電が必要となったときは、前記接続切替装置は、前記複数の充電用リチウム電池を電力系統に接続するとともに、前記放電用リチウム電池を前記大容量蓄電池に接続し、
前記制御装置は、前記複数の充電用リチウム電池にそれぞれ充電停止となるまで前記電力系統からの電力を充電する充電制御を行い、前記放電用リチウム電池から前記大容量蓄電池に電力を放電する放電制御を行い、
前記充電用リチウム電池が充電停止となると、前記接続切替装置は、前記充電用リチウム電池を前記放電用リチウム電池に切り替え、放電停止となった放電用リチウム電池を充電用リチウム電池に切り替えることを特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。
前記大容量蓄電池は、ＮＡＳ電池または中古リチウム電池であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電池システム。
通常時は、前記電力系統に、前記大容量蓄電池だけでなく前記充電用リチウム電池あるいは前記放電用リチウム電池も接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電池システム。