JP2012205490A - 複合蓄電池エネルギー管理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用目的に応じて複数の蓄電池の充放電を管理する。
【解決手段】 実施形態の複合蓄電池エネルギー管理システムは、運用モード設定手段、評価関数設定手段及び充放電指令値送出手段を備えている。前記運用モード設定手段は、前記蓄電池ユニット群の使用目的に応じた運用モードを設定する。前記評価関数設定手段は、前記設定された運用モードを含む複数の運用モードを重み付け可能として前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを評価する評価関数を設定する。前記充放電指令値送出手段は、前記設定された評価関数に基づいて、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定し、当該充放電スケジュールに応じた前記充放電指令値を当該各蓄電池ユニットに送出する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、複合蓄電池エネルギー管理システム及び方法に関する。

ビル、工場、社会基盤、家庭などにおいては、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー型分散電源の普及に伴い、供給が不安定なこれらの自然エネルギーによる電力供給を安定化させるために電力供給用の定置用蓄電池システムの必要性が高まっている。

このような定置用蓄電池システムは、電力変動の抑制、停電時のバックアップ電源による供給信頼性の確保、負荷の平準化やピークカットによる供給電力最大容量の低減など、様々な目的に応じた用途が想定されている。

また、定置用蓄電池システムは、電気自動車用やパーソナルコンピュータのような可搬式装置とは異なり、多少の大型化、大重量化が許容される一方で、各施設、設備への電力供給を賄うための大容量化、高出力化が要求される。そこで、複数の蓄電池を複合化した蓄電池システムが必要とされる。

これに対し、電気自動車で使用されるリチウムイオン電池などの高性能な蓄電池は、特性劣化とともに交換される。このため、今後の電気自動車の普及に伴い、中古の蓄電池が大量に出現することが見込まれる。

従って、これらの中古の蓄電池を定置用蓄電池システムに流用することがリユース、リサイクル社会を目指した環境面でも、普及を狙った経済面でも必要とされている。

中古の蓄電池を流用する場合、異なるメーカの異なる特性を持つ蓄電池の組み合わせや、新品の蓄電池と中古の蓄電池の組み合わせなどが蓄電池システムの構成として考えられる。

特開２０１０−９８７９３号公報 特開２００６−１７４５４０号公報 特開２００８−５４３８９号公報

しかしながら、以上のような蓄電池システムについては、本発明者の検討によれば、使用目的に応じて複数の蓄電池の充放電を管理する管理システムを提供することが好ましいと考えられる。

本発明が解決しようとする課題は、使用目的に応じて複数の蓄電池の充放電を管理し得る複合蓄電池エネルギー管理システム及び方法を提供することである。

実施形態の複合蓄電池エネルギー管理システムは、充放電指令値に追従するように蓄電池の充放電量を調整可能な複数の蓄電池ユニットからなる蓄電池ユニット群を管理する。

ここで、前記複合蓄電池エネルギー管理システムは、運用モード設定手段、評価関数設定手段及び充放電指令値送出手段を備えている。

前記運用モード設定手段は、前記蓄電池ユニット群の使用目的に応じた運用モードを設定する。

前記評価関数設定手段は、前記設定された運用モードを含む複数の運用モードを重み付け可能として前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを評価する評価関数を設定する。

前記充放電指令値送出手段は、前記設定された評価関数に基づいて、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定し、当該充放電スケジュールに応じた前記充放電指令値を当該各蓄電池ユニットに送出する。

第１の実施形態に係る複合蓄電池エネルギー管理システムが適用された複合蓄電池システムの構成例を示す模式図である。 同実施形態における複合蓄電池エネルギー管理システム及びその周辺構成の一例を示す模式図である。 同実施形態における蓄電池特性データベースを説明するための模式図である。 同実施形態における蓄電池構成データベースを説明するための模式図である。 第２の実施形態に係る複合蓄電池エネルギー管理システム及びその周辺構成の一例を示す模式図である。 一般的な蓄電池システムの構成例を示す模式図である。

以下、各実施形態について図面を用いて説明するが、その前に、一般的な蓄電池システムについて説明する。一般的な蓄電池システムの構成例を図６に示す。一般的な蓄電池システムの個々の蓄電池ユニット１０は、例えばＰＣＳ（パワーコンディショニングシステム）１１、蓄電池（バッテリー）管理システム（ＢＭＳ）１２、蓄電池（バッテリーモジュール）１３などから構成される。また、この蓄電池ユニット１０は、負荷設備２０、所内系統３０、商用系統４０などに接続される。

ここで、蓄電池管理システム１２は、各蓄電池１３の電圧、温度、電流などを監視し、蓄電池１３の異常を監視、健全性を保つための監視機能を有する。

ＰＣＳ１１は、所内系統３０の電圧を監視し、所内系統３０の電圧が維持されるように蓄電池ユニット１０の充放電量を調整する。あるいは、ＰＣＳ１１は、外部から受けた充放電指令値に追従するように蓄電池ユニット１０の充放電量を調整する。

以上が一般的な蓄電池システムの説明である。続いて、各実施形態に係る複合蓄電池エネルギー管理システムについて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態に係る複合蓄電池エネルギー管理システムが適用された複合蓄電池システムの構成例を示す模式図である。この複合蓄電池システムは、図６と同様に、蓄電池ユニット１０、ＰＣＳ１１、蓄電池管理システム（ＢＭＳ）１２、蓄電池（バッテリーモジュール）１３、負荷設備２０、所内系統３０及び商用系統４０などで構成される。しかしながら、複合蓄電池システムは、前述した蓄電池ユニット１０と同様の構成を有する異種、新旧の混在した複数の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍがある。これに伴い、複合蓄電池システムは、複数の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍを管理するための複合蓄電池エネルギー管理システム５０及び管理端末６０を有している。なお、複数の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍは、複合蓄電池エネルギー管理システム５０から受ける充放電指令値に追従するように蓄電池の充放電量を調整可能なものであり、蓄電池状態量（ＳＯＣ）を複合蓄電池エネルギー管理システム５０に送出する機能をもっている。なお、複合蓄電池エネルギー管理システム５０は、所望により、「蓄電池管理システム５０」又は「蓄電池管理装置５０」の如き、他の名称に読み替えてもよい。

ここで、複合蓄電池エネルギー管理システム５０は、図２に示すように、運用モード設定部５１、充放電目標値算出部５２、評価関数・制約条件設定部５３、充放電指令値算出部５４、蓄電池特性データベース５５及び蓄電池構成データベース５６を備えている。また、複合蓄電池エネルギー管理システム５０は、複数の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍからなる蓄電池ユニット群Ｇ１０と、管理端末６０との間に設けられている。但し、各部５１〜５７は、管理端末６０に実装されてもよく、あるいは、インターネットなどの広域ネットワークを通じてクラウドコンピュータ上に実装してもよい。また、複合蓄電池エネルギー管理システム５０は、ハードウェア構成、又はハードウェア資源とソフトウェアとの組合せ構成のいずれでも実施可能となっている。組合せ構成のソフトウェアとしては、予めネットワーク又は記憶媒体から例えば管理端末６０のコンピュータにインストールされ、各部５１〜５７の機能を実現させるためのプログラムが用いられる。また、管理端末６０は、運用モード、運用目的指令、運用条件及び運用状態などの信号を各部５１，５２に送信する機能をもっている。

ここで、運用モード設定部５１では、蓄電池ユニット群の使用目的に応じた運用モードを評価関数・制約条件設定部５３に設定するものであり、例えば、管理端末６０から運用モード信号を受けると、運用モード信号に応じた運用モード指令値を評価関数・制約条件設定部５３に設定する機能をもっている。

ここで、運用モード指令値は、例えば、負荷追従優先モード、寿命優先モード又は待機時間優先モードを示す値が設定可能となっている。負荷追従優先モードは、充放電指令値への追従を優先した運用モードである。寿命優先モードは、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度に応じた寿命の最大化を優先した運用モードである。待機時間優先モードは、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍにおける充放電による通電状態にない待機状態を示す待機時間であって、当該各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度に応じた待機時間の最大化を優先した運用モードである。但し、運用モードは、これに限らず、オペレータや管理端末６０からの外部入力指示による緊急時の急速充放電モード、均等配分充放電モード、順次充放電モード、蓄電池テストモード、蓄電池保守モードなどの各種運用モードを設定してもよい。

充放電目標値算出部（充放電量目標値設定手段）５２は、使用目的に応じた充放電量目標値を評価関数・制約条件設定部５３に設定するものであり、例えば、管理端末６０から受ける使用目的指令、運用条件、運用状態などの信号に応じて、充放電目標値を算出する機能と、算出した充放電目標値を評価関数・制約条件設定部５３に設定する機能とをもっている。但し、充放電目標値を算出する機能は、必須ではなく、省略してもよい。この場合、充放電目標値算出部５２は、例えば、管理端末６０から充放電目標値の入力を受け付け、この充放電目標値を評価関数・制約条件設定部５３に設定するものとしてもよい。

評価関数・制約条件設定部５３は、運用モード設定部５１に設定された運用モードを含む複数の運用モードを重み付け可能として各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを評価する評価関数を設定する機能と、蓄電池特性データベース５５内の特性パラメータ及び蓄電池構成データベース５６内の構成パラメータに基づいて、各蓄電池ユニットの制約条件を設定する機能をもっている。

評価関数を設定する機能は、例えば、運用モード設定部５１に設定された運用モードが負荷追従優先モードのとき、当該負荷追従優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、充放電目標値算出部５２に設定された充放電量目標値を含む評価関数を設定する。

また、評価関数を設定する機能は、例えば、運用モード設定部５１に設定された運用モードが寿命優先モードのとき、当該寿命優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、特性パラメータ及び構成パラメータに基づく各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度を含む評価関数を設定する。

また、評価関数を設定する機能は、例えば、運用モード設定部５１に設定された運用モードが待機時間優先モードのとき、当該待機時間優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、特性パラメータ及び構成パラメータに基づく各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度を含む評価関数を設定する。

充放電指令値算出部（充放電指令値送出手段）５４は、評価関数・制約条件設定部５３に設定された評価関数に基づいて、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを個別に決定し、当該充放電スケジュールに応じた充放電指令値を当該各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍに送出する機能をもっている。

充放電スケジュールを個別に決定する機能は、具体的には例えば、評価関数・制約条件設定部５３が設定した評価関数及び制約条件に基づく数理計画アルゴリズムにより、個々の蓄電池の時刻毎の充放電量からなる充放電スケジュールを算出する。充放電指令値は、充放電スケジュールにおける個々の蓄電池の時刻毎の充放電量を示している。

また、充放電指令値算出部５４は、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを個別に決定するときに、当該各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの制約条件を満たすように決定する機能をもっている。

また、充放電指令値算出部５４は、例えば、負荷追従優先モードの重み付けを重くした評価関数の場合、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを個別に決定するときに、充放電量目標値への追従誤差を最小とするように決定する。

また、充放電指令値算出部５４は、例えば、寿命優先モードの重み付けを重くした評価関数の場合、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを個別に決定するときに、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの制約条件を満たすと共に、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度に応じた寿命を最大化するように決定する。

また、充放電指令値算出部５４は、例えば、待機時間優先モードの重み付けを重くした評価関数の場合、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを個別に決定するときに、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの制約条件を満たすと共に、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度に応じた待機時間を最大化するように決定する。

蓄電池特性データベース５５は、図３に示すように、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍに使用可能な蓄電池の種別毎の特性を示す特性パラメータを格納するものであり、当該特性パラメータを評価関数・制約条件設定部５３に送信する機能をもっていてもよい。ここで、種別毎の特性は、経過時間（使用年）毎に示されていてもよい。特性パラメータは、種別毎の特性及び重要度を示すものとしてもよい。なお、図３中、“ＬＩＢ”は、蓄電池の材料に基づく種別情報であり、リチウムイオン蓄電池を意味している。“ＰＢ”は、蓄電池の材料に基づく種別情報であり、鉛蓄電池を意味している。これは図４中の“ＬＩＢ”，“ＰＢ”も同様である。

また、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍは、前述した通り、異種、新旧の蓄電池１３が混在している。異種の蓄電池として、例えばリチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、ＮａＳ電池などが想定され、それぞれの種別ごとに特性パラメータが蓄電池特性データベース５５に格納されている。また、新旧混在の蓄電池として、新品から中古品、減価償却済みの蓄電池について使用年あるいは余寿命ごとに特性パラメータが蓄電池特性データベース５５に格納されている。

特性パラメータは具体的には、後述する［数式２］の評価関数の各重み係数η（ｉ，ｊ）、φ（ｉ，ｊ）や、後述する［数式３］の寿命コスト、後述する［数式４］、［数式５］、［数式６］、［数式７］の各制約条件に関する閾値、などのパラメータである。

蓄電池構成データベース５６は、図４に示すように、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍを構成する蓄電池の種別を示す構成パラメータを格納するものであり、当該構成パラメータを評価関数・制約条件設定部５３に送信する機能をもっていてもよい。構成パラメータは、蓄電池の種別に加え、蓄電池の経過時間（使用年）を示すものとしてもよい。図４に示す例では、蓄電池構成データベース５６は、蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍを識別する蓄電池ユニット番号ｊ、蓄電池の種別及び経過時間（使用年）を関連付けて格納している。

次に、以上のように構成された複合蓄電池エネルギー管理システムの動作について説明する。

運用モード設定部５１では、管理端末６０から運用モード信号を受け取り、その運用モードに応じた運用モード指令値を評価関数・制約条件設定部５３に設定する。具体的には例えば、負荷追従優先モード、寿命優先モード又は待機時間優先モードを示す運用モード指令値を設定する。

充放電目標値算出部５２は、管理端末６０から受ける使用目的指令、運用条件、運用状態などの信号に応じて、充放電目標値を算出する。具体的には、充放電目標値算出部５２は、運用当日の天候条件から太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電量を予測し、あるいは商用系統からの受電契約に基づく受電計画を決定し、あるいは負荷設備の消費電力を需要予測機能で予測し、それらの電力需給のミスマッチを解消するための条件から複合蓄電池システムに対する充放電目標値を、例えば、以下の［数式１］で算出する。なお、充放電目標値算出部５２は、［数式１］で用いる商用系統受電計画量（ｉ）、自然エネルギー発電予測値（ｉ）、負荷設備需要予測値（ｉ）の入力を管理端末６０から受け付けてもよい。

［数式１］
充放電目標値（ｉ）＝商用系統受電計画量（ｉ）＋自然エネルギー発電予測値（ｉ）−負荷設備需要予測値（ｉ）
ｉは各時刻を意味する添え字である。

評価関数・制約条件設定部５３は、運用モード設定部５１から運用モード指令値、充放電目標値算出部５２から充放電目標値、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍから蓄電池状態量信号を受け取り、各データベース５６，５７内の特性パラメータ及び構成パラメータに基づき、個々の蓄電池の運用最適化のための評価関数、制約条件を設定する。具体的には、例えば次式を最小化すべき評価関数Ｊとして設定する。

ｉ＝１，２，３，…，ｎは各時刻を意味する添え字であり、ｎは管理すべき単位時間の長さを意味する。

ｊ＝１，２，３，…，ｍは個々の蓄電池ユニットを意味する添え字（蓄電池ユニット番号）であり、ｍは管理すべき蓄電池のユニット数と同じ値である。

また、充放電量（ｉ，ｊ）は充放電指令値算出部５４で算出する、第ｊ番目の蓄電池ユニットの時刻ｉにおける充放電量を意味する独立変数であり、放電量がプラス、充電量がマイナスとする。ある期間内の充放電量（ｉ，ｊ）の集合は、当該ある期間内の充放電スケジュールに相当する。

寿命コスト（ｉ，ｊ）は、各時刻ｉにおける個々の蓄電池ｊの特性に応じた寿命消費量をコストに換算した指標で、例えば以下に示すように算出される。

［数式３］
寿命コスト（ｉ，ｊ）＝寿命コスト（サイクル）＋寿命コスト（通電時間）＋寿命コスト（最大電流）＋寿命コスト（満充電）＋寿命コスト（完全放電）＋寿命コスト（ＳＯＣ）
ここで、右辺各項の寿命コストは、以下の通りである。

寿命コスト（サイクル）
＝一回あたりの充放電で消費される寿命／初期寿命×蓄電池初期コスト
寿命コスト（通電時間）
＝単位時間あたりの通電で消費される寿命／初期寿命×蓄電池初期コスト
寿命コスト（最大電流）
＝充放電の電流の最大値に応じて消費される寿命／初期寿命×蓄電池初期コスト
寿命コスト（満充電）
＝満充電状態に応じて消費される寿命／初期寿命×蓄電池初期コスト
寿命コスト（完全放電）
＝完全放電状態に応じて消費される寿命／初期寿命×蓄電池初期コスト
寿命コスト（ＳＯＣ）
＝充電残量（ＳＯＣ）の状態に応じて消費される寿命／初期寿命×蓄電池初期コスト
これらの寿命コストは、各蓄電池ユニットｊ＝１，２，３，…，ｍそれぞれに個別に設定されるものとする。各蓄電池１３は異種、新旧異なるものであるが、蓄電池特性データベース５５及び蓄電池構成データベース５６から参照される。

蓄電池起動状態（ｉ，ｊ）は、各時刻ｉにおけるｊ番目の蓄電池１３やＰＣＳ１１の通電状態を意味する変数であり、
蓄電池１３、ＰＣＳ１１が通電状態（充電中あるいは放電中）の場合には蓄電池起動状態（ｉ，ｊ）＝１と定義し、
蓄電池１３、ＰＣＳ１１が休止状態（電流０）の場合には蓄電池起動状態（ｉ，ｊ）＝０
と定義する。なお、休止状態は、待機状態と読み替えてもよい。

［数式２］の第一項は、蓄電池の運用で蓄電池システム全体に要求された充放電量目標値に対し、実際に実現した充放電量との二乗誤差を意味する項である。

［数式２］の第二項は、蓄電池の運用に伴う寿命消費量の影響を意味する項である。

［数式２］の第三項は、蓄電池の充放電ロスやＰＣＳにおける電力変換ロスの影響を意味する項である。

［数式２］のいずれの項も最小化することが望まれ、それは評価関数［数式２］を最小化することで実現できる。

［数式２］中のλ、η、φはそれぞれの項に対する全体の重み係数を意味し、運用モード設定部５１から受けた運用モード指令値に応じて評価関数・制約条件設定部５３により設定される。

例えば、運用モード指令値が負荷追従優先モードを示す場合、評価関数・制約条件設定部５３は、重み係数λ、η、φをλ≠０、η＝０、φ＝０と設定、あるいはλ＞＞η，λ＞＞φと設定する。

また、運用モード指令値が寿命優先モードを示す場合、評価関数・制約条件設定部５３は、重み係数λ、η、φをη≠０、λ≒０、φ＝０と設定、あるいはη＞＞λ，η＞＞φと設定する。

また、運用モード指令値が待機時間優先モードを示す場合、評価関数・制約条件設定部５３は、重み係数λ、η、φをφ≠０、λ≒０、η＝０と設定、あるいはφ＞＞λ，φ＞＞ηと設定する。

また、［数式２］中のλ（ｉ）、η（ｉ，ｊ）、φ（ｉ，ｊ）は各時刻ｉあるいは各蓄電池ユニット１０−ｊ（但し、ｊ＝１，２，…，ｍ）に対する個別の重み係数を意味し、現時点からｎ時点先までの各時刻における運用の重要度、個々の蓄電池ユニット個別の重要度に応じて蓄電池特性データベース５５に設定されているものとする。例えば、ある時刻において優先的に運用する蓄電池を設定したり、蓄電池の余寿命や価格に応じて設定することにより、個々の蓄電池ユニットの機械的特性だけでなく、個々の蓄電池ユニットの運用を考慮した充放電スケジュールとすることができる。

以上の評価関数と同様に、評価関数・制約条件設定部５３は、以下の［数式４］、［数式５］及び［数式７］を制約条件として設定する。

［数式４］
充放電追従の制約条件は次式の通りである。

充放電目標値（ｉ）・（１−ε）≦充放電量（ｉ）≦充放電目標値（ｉ）・（１＋ε）
この式は、ε［％］の許容誤差以内で蓄電池の運用で蓄電池システム全体に要求された充放電量目標値に対し、実際の充放電量が追従する条件を意味する。閾値εは例えばε＝０．０３（３％）などと設定する。

［数式５］
寿命消費の制約条件は次式の通りである。

寿命コスト（ｉ）≦寿命コスト許容値
この式は、蓄電池の寿命消費が予め設定された寿命コスト許容値以下になる条件を意味する。寿命コスト許容値は、例えば目標寿命［時間］に対して次式により計算され、予め蓄電池特性データベース５５に設定される。

［数式６］
寿命コスト許容値［￥／時］ ＝ 蓄電池初期コスト［￥］／目標寿命［時間］
［数式７］
待機時間の制約条件は次式の通りである。

単位時間中の稼動時間／単位時間
＝（単位時間−単位時間中の待機時間）／単位時間 ≧ 許容稼動率
この式は、単位時間あたりの蓄電池１３およびＰＣＳ１１の通電状態を制限するもので、許容稼働率で指定された稼働率以下になる条件を意味する。許容稼働率は予め蓄電池特性データベース５５に設定されている。

これらの制約条件は、個々の蓄電池１０−ｊ（但し、ｊ＝１，…ｍ）に与えられるものとする。

充放電指令値算出部５４は、評価関数・制約条件設定部５３が設定した評価関数及び制約条件に基づく数理計画アルゴリズムにより、個々の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを算出する。

具体的には、［数式２］の評価関数は、第一項が二次形式、第二項と第三項が線形形式なので、数理計画法の一つである二次計画法により解を得ることができる。結果として求められた充放電量（ｉ，ｊ）は、第ｊ番目の蓄電池ユニット１０−ｊの時刻ｉにおける充放電量指令値として、各蓄電池ユニット１０−ｊに送出される。

各蓄電池ユニット１０−ｊは、この充放電指令値に応じて充放電量を調整する。

上述したように本実施形態によれば、複数の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍから構成される複合蓄電池システムにおいて、使用目的に応じた運用モードを設定し、設定した運用モードに応じて、個々の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを決定する構成により、使用目的に応じて複数の蓄電池の充放電を管理することができる。

例えば、電力変動抑制、ピークカット、負荷平準化、バックアップ電源などの多様な使用目的に応じて、負荷追従優先モード、寿命優先モード、待機時間優先モードなど複数の運用モードを備えた構成により、蓄電池の柔軟な充放電管理を実現することができる。

また、複数の蓄電池１３が異なる特性及び構成を有する場合に、それぞれの特性パラメータ及び構成パラメータを個別に管理する各データベース５５，５６を備えた構成により、特性パラメータ及び構成パラメータを考慮して個々の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを決定することができる。また、異なる蓄電池の寿命や安全性、経済性などの運用制約条件を考慮した、柔軟な充放電管理を実現することができる。

複数の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍが異なる経年履歴による異なる余寿命特性あるいは劣化特性を有する場合に、それぞれの特性パラメータ及び構成パラメータを個別に管理する各データベース５５，５６を備えた構成により、特性パラメータ及び構成パラメータを考慮して個々の蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを決定することができる。

負荷追従優先モードが設定された場合、負荷追従優先モードの重み付けを重くした評価関数が設定され、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールが、充放電量目標値への追従誤差を最小とするように決定される。また、負荷追従優先モードにより、多様な使用目的に対する要求充放電量への追従を優先した柔軟な充放電管理を実現することができる。

寿命優先モードが設定された場合、寿命優先モードの重み付けを重くした評価関数が設定され、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールが、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの制約条件を満たすと共に、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度に応じた寿命を最大化するように決定される。また、寿命優先モードにより、個々の蓄電池の寿命の最大化を考慮した、柔軟な充放電管理を実現することができる。

待機時間モードが設定された場合、待機時間優先モードの重み付けを重くした評価関数が設定され、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールが、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの制約条件を満たすと共に、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの重要度に応じた待機時間を最大化するように決定される。また、待機時間優先モードにより、蓄電池の充放電ロスや蓄電池システムに装備されるインバータ装置などのパワーコンディショナーの電力変換ロスの最小化を考慮した、柔軟な充放電管理を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は第２の実施形態に係る複合蓄電池エネルギー管理システム及びその周辺構成の一例を示す模式図であり、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。

第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図１及び図２に示した複合蓄電池エネルギー管理システム５０に比べ、図５に示すように、運用モード設定部５１が設定した運用モードを蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの運用状態に応じて切り替え可能な動的モード管理部５７を更に備えている。

動的モード管理部５７は、所内系統３０や負荷設備２０の運用条件、蓄電池ユニット群Ｇ１０の運用状態の情報からリアルタイムで運用モードを決定し、当該決定した運用モードに切り替える指令を運用モード設定部５１に送信するものである。これに伴い、管理端末６０は、運用モード、運用目的指令、運用条件及び運用状態などの信号を動的モード管理部５７に送信する機能をもっている。

ここで、評価関数により評価される複数の運用モードは、充放電指令値への追従を優先した負荷追従優先モードと、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの寿命の最大化を優先した寿命優先モードと、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの待機時間の最大化を優先した待機時間優先モードとを含んでいるとする。

例えば、動的モード管理部５７は、運用モード設定部５１が寿命優先モード又は待機時間優先モードを設定した場合に、蓄電池ユニット群Ｇ１０の運用状態から供給電力の不足を予測したときには、運用モード設定部５１が設定した寿命優先モード又は待機時間優先モードを負荷追従優先モードに切り替える機能を有してもよい。

また例えば、動的モード管理部５７は、運用モード設定部５１が負荷追従優先モード又は待機時間優先モードを設定した場合に、蓄電池ユニット群Ｇ１０の充放電量に十分な自由度があることを判定したときには、運用モード設定部５１が設定した負荷追従優先モード又は待機時間優先モードを寿命優先モードに切り替える機能を有してもよい。

また例えば、動的モード管理部５７は、運用モード設定部５１が負荷追従優先モード又は寿命優先モードを設定した場合に、蓄電池ユニット群Ｇ１０の充放電量に十分な自由度があり、且つ現在の充放電状態が充放電目標値を達成しているときには、運用モード設定部５１が設定した負荷追従優先モード又は寿命優先モードを待機時間優先モードに切り替える機能を有してもよい。

次に、以上のように構成された複合蓄電池エネルギー管理システムの動作について説明する。

いま、複合蓄電池エネルギー管理システム５０は、前述同様に、運用モード設定部５１が設定した運用モードに基づく評価関数が設定され、評価関数から算出された充放電スケジュールに従った充放電指令値が各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍに送出されているとする。

このとき、動的モード管理部５７は、所内系統３０や負荷設備２０の運用条件、運用状態の情報からリアルタイムで運用モードを決定し、運用モード設定部５１に指令を発信する。

例えば、太陽光発電量予測結果と負荷設備の需要予測結果の差が大きく、供給電力の不足が予測される場合、供給放電量への追従が最優先となるため、運用モードを負荷追従優先モードに切り替える指令を発信する。

あるいは天候の不順から太陽光発電量が大幅に変動することが予想される場合、蓄電池の充電余力と放電余力の両方を確保する必要から、全体の充電量が例えば５０％になるような充放電目標値が設定され、その充放電目標値への追従が最優先となるため、負荷追従優先モードに切り替える指令を発信する。

あるいは、負荷設備の需要予測値が小さく、一方で太陽光発電量予測値が大きく、その結果、余剰電力が発生する見込みの場合、十分な充電余力を確保する必要から、全体の充電量が例えば１０％になるような充放電目標値が設定され、その充放電目標値への追従が最優先となるため、負荷追従優先モードに切り替える指令を発信する。

あるいは、商用系統４０からの受電、逆潮流などの条件が緩和され、蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電量に十分な自由度があると判断される場合、蓄電池１３の寿命を考慮し、寿命優先モードに切り替える指令を発信する。

あるいは、同じく、蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電量に十分な自由度があり、かつ、現在の充放電状態が充放電目標値を達成している場合、不必要な充放電の抑制により蓄電池１３の充放電ロスやＰＣＳ１１の電力変換ロスを回避することが有効と判断される場合は、待機時間優先モードに切り替える指令を発信する。

以上の運用モード判定ロジックは、個々のモードごとに、判断基準を自由にプログラミングすることが可能である。具体的には、次のようなif then文で記載される。

（例） if 余剰電力 ≧ 余剰電力上限 then 負荷追従モード設定
いずれにしても、運用モード設定部５１は、動的モード管理部５７から受けた指令に従って、切り替えた運用モードを評価関数・制約条件設定部５３に設定する。

以下、複合蓄電池エネルギー管理システムでは、この切り替えた運用モードに基づく評価関数が設定され、評価関数から算出された充放電スケジュールに従った充放電指令値が各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍに送出される。

上述したように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、負荷追従優先モード、寿命優先モード及び待機時間優先モードといった各運用モードを複合的に考慮した動的モード管理部５７を備えた構成により、使用目的の変化と個々の蓄電池の状態に応じて、各運用モードを自動的に切り替える、柔軟な充放電管理を実現することができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、蓄電池ユニット群Ｇ１０の使用目的に応じた運用モードを設定し、設定された運用モードを含む複数の運用モードを重み付け可能として各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを評価する評価関数を設定し、設定された評価関数に基づいて、各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍの充放電スケジュールを個別に決定し、当該充放電スケジュールに応じた充放電指令値を当該各蓄電池ユニット１０−１〜１０−ｍに送出する構成により、使用目的に応じて複数の蓄電池の充放電を管理することができる。

なお、上記の各実施形態に記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯ）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。

また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。

また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が上記実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。

さらに、各実施形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。

また、記憶媒体は１つに限らず、複数の媒体から上記の各実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。

なお、各実施形態におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上記の各実施形態における各処理を実行するものであって、パソコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。

また、各実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０−１〜１０−ｍ…蓄電池ユニット、１１…ＰＣＳ、１２…蓄電池管理システム、１３…蓄電池、２０…負荷設備、３０…所内系統、４０…商用系統、５０…複合蓄電池エネルギー管理システム、５１…運用モード設定部、５２…充放電目標値算出部、５３…評価関数・制約条件設定部、５４…充放電指令値算出部、５５…蓄電池特性データベース、５６…蓄電池構成データベース、５７…動的モード管理部、６０…管理端末、Ｇ１０…蓄電池ユニット群。

Claims (11)

1. 充放電指令値に追従するように蓄電池の充放電量を調整可能な複数の蓄電池ユニットからなる蓄電池ユニット群を管理する複合蓄電池エネルギー管理システムであって、
   前記蓄電池ユニット群の使用目的に応じた運用モードを設定する運用モード設定手段と、
   前記設定された運用モードを含む複数の運用モードを重み付け可能として前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを評価する評価関数を設定する評価関数設定手段と、
   前記設定された評価関数に基づいて、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定し、当該充放電スケジュールに応じた前記充放電指令値を当該各蓄電池ユニットに送出する充放電指令値送出手段と、
   を備えたことを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
2. 請求項１に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記各蓄電池ユニットに使用可能な蓄電池の種別毎の特性を示す特性パラメータを格納する蓄電池特性格納手段と、
   前記各蓄電池ユニットを構成する蓄電池の種別を示す構成パラメータを格納する蓄電池構成格納手段と、
   前記特性パラメータ及び前記構成パラメータに基づいて、前記各蓄電池ユニットの制約条件を設定する制約条件設定手段とを更に備え、
   前記充放電指令値送出手段は、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定するときに、前記各蓄電池ユニットの制約条件を満たすように決定することを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
3. 請求項２に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記種別毎の特性は、経過時間毎に示されていることを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
4. 請求項１に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記複数の運用モードは、前記充放電指令値への追従を優先した負荷追従優先モードを含むことを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
5. 請求項４に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記使用目的に応じた充放電量目標値を設定する充放電量目標値設定手段を更に備え、
   前記評価関数設定手段は、前記設定された運用モードが前記負荷追従優先モードのとき、当該負荷追従優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、前記設定された充放電量目標値を含む前記評価関数を設定し、
   前記充放電指令値送出手段は、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定するときに、前記充放電量目標値への追従誤差を最小とするように決定することを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
6. 請求項１に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記複数の運用モードは、前記各蓄電池ユニットの重要度に応じた寿命の最大化を優先した寿命優先モードを含むことを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
7. 請求項６に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記各蓄電池ユニットに使用可能な蓄電池の種別毎の特性及び前記重要度を示す特性パラメータを格納する蓄電池特性格納手段と、
   前記各蓄電池ユニットを構成する蓄電池の種別を示す構成パラメータを格納する蓄電池構成格納手段と、
   前記特性パラメータ及び前記構成パラメータに基づいて、前記各蓄電池ユニットの制約条件を設定する制約条件設定手段とを更に備え、
   前記評価関数設定手段は、前記設定された運用モードが前記寿命優先モードのとき、当該寿命優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、前記特性パラメータ及び前記構成パラメータに基づく前記各蓄電池ユニットの重要度を含む前記評価関数を設定し、
   前記充放電指令値送出手段は、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定するときに、前記各蓄電池ユニットの制約条件を満たすと共に、前記各蓄電池ユニットの重要度に応じた寿命を最大化するように決定することを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
8. 請求項１に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記複数の運用モードは、前記各蓄電池ユニットにおける充放電による通電状態にない待機状態を示す待機時間であって、当該各蓄電池ユニットの重要度に応じた前記待機時間の最大化を優先した待機時間優先モードを含むことを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
9. 請求項８に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
   前記各蓄電池ユニットに使用可能な蓄電池の種別毎の特性及び前記重要度を示す特性パラメータを格納する蓄電池特性格納手段と、
   前記各蓄電池ユニットを構成する蓄電池の種別を示す構成パラメータを格納する蓄電池構成格納手段と、
   前記特性パラメータ及び前記構成パラメータに基づいて、前記各蓄電池ユニットの制約条件を設定する制約条件設定手段とを更に備え、
   前記評価関数設定手段は、前記設定された運用モードが前記待機時間優先モードのとき、当該待機時間優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、前記特性パラメータ及び前記構成パラメータに基づく前記各蓄電池ユニットの重要度を含む前記評価関数を設定し、
   前記充放電指令値送出手段は、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定するときに、前記各蓄電池ユニットの制約条件を満たすと共に、前記各蓄電池ユニットの重要度に応じた待機時間を最大化するように決定することを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
10. 請求項１に記載の複合蓄電池エネルギー管理システムにおいて、
    前記複数の運用モードは、前記充放電指令値への追従を優先した負荷追従優先モードと、前記各蓄電池ユニットの寿命の最大化を優先した寿命優先モードと、前記各蓄電池ユニットの待機時間の最大化を優先した待機時間優先モードとを含んでおり、
    前記運用モード設定手段が前記寿命優先モード又は前記待機時間優先モードを設定した場合に、前記蓄電池ユニット群の運用状態から供給電力の不足を予測したときには、前記運用モード設定手段が設定した寿命優先モード又は待機時間優先モードを前記負荷追従優先モードに切り替える第１の動的モード管理手段と、
    前記運用モード設定手段が前記負荷追従優先モード又は前記待機時間優先モードを設定した場合に、前記蓄電池ユニット群の充放電量に十分な自由度があることを判定したときには、前記運用モード設定手段が設定した負荷追従優先モード又は待機時間優先モードを前記寿命優先モードに切り替える第２の動的モード管理手段と、
    前記運用モード設定手段が前記負荷追従優先モード又は前記寿命優先モードを設定した場合に、前記蓄電池ユニット群の充放電量に十分な自由度があり、且つ現在の充放電状態が充放電目標値を達成しているときには、前記運用モード設定手段が設定した負荷追従優先モード又は寿命優先モードを前記待機時間優先モードに切り替える第３の動的モード管理手段と、
    を更に備えたことを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理システム。
11. 運用モード設定手段、評価関数設定手段及び充放電指令値送出手段を備え、充放電指令値に追従するように蓄電池の充放電量を調整可能な複数の蓄電池ユニットからなる蓄電池ユニット群を管理する複合蓄電池エネルギー管理システムが実行する複合蓄電池エネルギー管理方法であって、
    前記運用モード設定手段が、前記蓄電池ユニット群の使用目的に応じた運用モードを設定する運用モード設定工程と、
    前記評価関数設定手段が、前記設定された運用モードを含む複数の運用モードを重み付け可能として前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを評価する評価関数を設定する評価関数設定工程と、
    前記充放電指令値送出手段が、前記設定された評価関数に基づいて、前記各蓄電池ユニットの充放電スケジュールを個別に決定し、当該充放電スケジュールに応じた前記充放電指令値を当該各蓄電池ユニットに送出する充放電指令値送出工程と、
    を備えたことを特徴とする複合蓄電池エネルギー管理方法。

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