JP2013051838A - 電池運用装置、電池運用方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的に蓄電池の運用を行うこと。
【解決手段】蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部を備えた電池運用装置が、記憶部から前記タイミングを読み出し、記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の充電や放電などの運用を行うための技術に関する。

自然エネルギーを用いた創エネルギーおよび節電による省エネルギーへの関心・必要性が高まっている。その一方で、蓄電池を用いた負荷平準化への期待も高まっている。例えば、特許文献１に記載の技術のように、蓄電池を設置することによって電力負荷を平準化しようとする技術が提案されている。

特許第４５９６６９５号公報

しかしながら、蓄電池は依然高価である。また、蓄電池は、充放電サイクルにより充放電できる容量が劣化してしまう（劣化特性）。そのため、蓄電池の設置は、停電時におけるエネルギーセキュリティの確保という目的には有効であるものの、格安な深夜電力を日中使用することによる光熱費低減を目的とした場合にはその効果は十分ではない。例えば、一般的に個人ユーザへの導入を促すためには、初期投資費用を１０年程度で回収できることが重要である。しかし、現在の蓄電池のコスト及び劣化特性を考慮すると、必ずしもその目標を達成できるとはいえない。
上記事情に鑑み、本発明は、より効率的に蓄電池の運用を行うための技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する制御部と、を備える電池運用装置である。

本発明の一態様は、上述した電池運用装置であって、前記制御部は、自家発電機により発電された電力を負荷に供給し、前記放電を開始するタイミングは、前記自家発電機による発電量が一日の中で相対的に低い時間帯に設定されている。

本発明の一態様は、蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部を備えた電池運用装置が、前記記憶部から前記タイミングを読み出す読出ステップと、前記記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する制御ステップと、を有する電池運用方法である。

本発明の一態様は、蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部を備えた電池運用装置に対し、前記記憶部から前記タイミングを読み出す読出ステップと、前記記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する制御ステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムである。

本発明により、より効率的に蓄電池の運用を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態である蓄電池システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 電池運用装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。 蓄電池の使用予定期間を１０年とし、その期間における蓄電池の一回当たりに充放電可能な電力量を表す図である。 従来の蓄電池運用例を示す図である。 本発明の一実施形態である蓄電池システムと、従来の運用方法を用いたシステムとの運用結果を比較するための表である。

図１は、本発明の一実施形態である蓄電池システム９００のシステム構成を表すシステム構成図である。蓄電池システム９００は、電池運用装置１００、蓄電池２００、商用系統電源３００、自家発電機４００を備える。電池運用装置１００は、予め決められた運用スケジュールに従って蓄電池２００の充電及び放電を制御する。

蓄電池２００は、充電することによって電気を蓄えて繰り返し電池として使用できる装置であり、電池運用装置１００によって充電及び放電を制御可能であればどのように構成されても良い。
商用系統電源３００は、商用系統から供給される電力を、電池運用装置１００を介して蓄電池２００及び負荷５００に供給する装置である。

自家発電機４００は、蓄電池システム９００のユーザが商用系統から電力を購入することなく電力を発生させるための装置である。例えば、自家発電機４００は、ＰＶ（Photovoltaic）発電（太陽光発電）機器や風力発電機器などの装置である。
負荷５００は、蓄電池システム９００のユーザが使用する電気製品であり、電池運用装置１００を介して蓄電池２００、商用系統電源３００、自家発電機４００のいずれかから供給される電力を消費することによって動作する装置である。負荷５００は、例えば照明器具、家電製品、コンピュータなどである。

次に、電池運用装置１００について詳細に説明する。電池運用装置１００は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータやセットトップボックスなどの情報処理装置を用いて構成される。電池運用装置１００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、電池運用プログラムを実行する。電池運用プログラムの実行によって、電池運用装置１００は、運用スケジュール記憶部１０１、時刻出力部１０２、制御部１０３を備える装置として機能する。

なお、電池運用装置１００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。電池運用プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。電池運用プログラムは、電気通信回線を介して送信されても良い。

運用スケジュール記憶部１０１は、半導体記憶装置や磁気ハードディスク装置などの記憶装置を用いて構成される。運用スケジュール記憶部１０１は、蓄電池２００の運用スケジュールを記憶する。運用スケジュールは、蓄電池２００の充電が行われるタイミング及び放電が行われるタイミングを示す情報である。

例えば、運用スケジュールは、蓄電池２００の充電が開始される時刻（以下、「充電開始時刻」という。）と、放電が開始される時刻（以下、「放電開始時刻」という。）と、ＳＯＣ（State Of Charge）使用範囲を表す情報である。ＳＯＣ使用範囲は、蓄電池２００の蓄電容量の最小値（以下、「最小容量」という。）と最大値（以下、「最大容量」という。）とを表す値である。ＳＯＣ使用範囲は、例えばその時点の蓄電池２００の最大蓄電容量に対するパーセンテージで示される。ＳＯＣ使用範囲が１０〜９０％である場合には、その時点の蓄電池２００の最大蓄電容量の１０％（最小容量）まで放電し、最大蓄電容量の９０％（最大容量）まで充電を行うことを表す。なお、その時点の蓄電池２００の最大蓄電容量とは、劣化をした上での蓄電池２００の最大の蓄電容量である。従って、蓄電池２００の使用開始時と、期間が経過した後とでは、最大蓄電容量は変化する。

時刻出力部１０２は、現在時刻の値を出力する。
制御部１０３は、運用スケジュール記憶部１０１に記憶されている運用スケジュールを読み出し、読み出した運用スケジュールに従って、蓄電池２００の充電及び放電のタイミングを制御する。制御部１０３は、時刻出力部１０２から出力される現在時刻の値と運用スケジュールに定められている時刻とを比較することによって、運用スケジュールにしたがった制御を実現する。

制御部１０３は、運用スケジュールに定められている充電開始時刻になると、蓄電池２００への充電を開始する。充電開始時刻は、少なくとも商用系統から購入される電力の単価が一日のうちで相対的に安い時間に設定される。制御部１０３は、蓄電池２００の蓄電容量が運用スケジュールに定められている最大容量になると、充電を終了する。

制御部１０３は、運用スケジュールに定められている放電開始時刻になると、蓄電池２００からの放電を開始する。蓄電池２００から放電される電力は負荷５００に供給される。放電開始時刻は、少なくとも商用系統から購入される電力の単価が一日のうちで相対的に高い時間に設定される。また、放電開始時刻は、充電開始時刻から開始された充電が完了する（蓄電容量が最大容量になる）までの時間を確保できるように、充電開始時刻から離して設定される。制御部１０３は、蓄電池２００の蓄電容量が運用スケジュールに定められている最小容量になると、放電を終了する。

また、制御部１０３は、自家発電機４００によって供給される電力の一部又は全部を負荷５００に供給する。また、制御部１０３は、商用系統電源３００から供給される電力を負荷５００に供給する。

制御部１０３は、蓄電池２００に対する充電を行っている状態（以下、「充電状態」という。）では、商用系統電源３００から供給される電力と、自家発電機４００から供給される電力とに基づいて充電を行う。また、制御部１０３は、充電状態では、商用系統電源３００から供給される電力と、自家発電機４００から供給される電力とを負荷５００に供給する。

一方、制御部１０３は、蓄電池２００から放電を行っている状態（以下、「放電状態」という。）では、商用系統電源３００から供給される電力と、自家発電機４００から供給される電力と、蓄電池２００から供給される電力とを負荷５００に供給する。
また、充電状態でも放電状態でも無い状態（以下、「平常状態」という。）では、制御部１０３は、商用系統電源３００から供給される電力と、自家発電機４００から供給される電力とを負荷５００に供給する。
以下、運用スケジュール及び制御部１０３の処理について具体例を述べる。

［第一実施形態］
第一実施形態では、制御部１０３は、蓄電池２００に対する充電を商用系統電源３００から供給される電力のみによって行う。充電開始時刻は、最も安く充電が完了するように設定される。例えば、商用系統から供給される電力の単価が一日の中で最も安い時間帯が開始する時刻として充電開始時刻が設定されても良い。充電状態における制御部１０３は、負荷５００に対し、自家発電機４００から供給される電力を優先的に供給し、足りない分を商用系統電源３００から供給する。

放電開始時刻は、商用系統から供給される電力によって負荷５００による全ての消費電力を賄った場合との電力費用との差が最も大きくなるように設定される。例えば、商用系統から供給される電力の単価が一日の中で最も高い時間帯が開始する時刻として放電開始時刻が設定されても良い。放電状態における制御部１０３は、負荷５００に対し、自家発電機４００から供給される電力を優先的に供給し、足りない分を蓄電池２００の放電によって生じる電力を供給し、それでも足りない分を商用系統電源３００から供給する。

平常状態における制御部１０３は、負荷５００に対し、自家発電機４００から供給される電力を優先的に供給し、足りない分を商用系統電源３００から供給する。第一実施形態では、商用系統電源３００から電力を購入することで生じる費用を効果的に抑えることが可能となる。

［第二実施形態］
第二実施形態では、制御部１０３は、自家発電機４００により負荷５００へ電力を供給して余った電力（以下、「余剰電力」という。）がある場合には、余剰電力を蓄電池２００への充電に用いる。以下、詳細に説明する。充電開始時刻は、最も安く充電が完了するように設定される。例えば、商用系統から供給される電力の単価が一日の中で最も安い時間帯が開始する時刻として充電開始時刻が設定されても良い。充電状態における制御部１０３は、負荷５００に対し、自家発電機４００から供給される電力を優先的に供給し、足りない分を商用系統電源３００から供給する。充電状態における制御部１０３は、余剰電力が存在する場合には、余剰電力を蓄電池２００への充電に用いる。

第二実施形態では、蓄電池２００に商用系統電源３００から供給される電力が、余剰電力分だけ減少する。したがって、蓄電池２００の充電に要する電力費用が減少する。放電開始時刻、放電状態における制御部１０３の動作、平常状態における制御部１０３の動作は第一実施形態と同じであるため説明を省略する。第二実施形態では、商用系統電源３００から電力を購入することで生じる費用を効果的に抑えることが可能となる。

［第三実施形態］
第三実施形態では、充電開始時刻及び充電状態における制御部１０３の動作、平常状態における制御部１０３の動作は第一実施形態と同じであるため説明を省略する。放電開始時刻は、商用系統から供給される電力量が最も少なくなるように設定される。例えば、自家発電機４００から供給される電力が所定の閾値以下になる時刻の統計値（例えば平均値や最頻値など）として決定されても良い。例えば自家発電機４００が太陽光発電機である場合には、日没の時刻又はその前後の時刻として放電開始時刻が設定されても良い。放電状態における制御部１０３は、負荷５００に対し、蓄電池２００の放電によって生じる電力を優先的に供給し、足りない分を商用系統電源３００から供給する。

このように構成された第三実施形態では、自家発電機４００によって電力が供給される間は、例え充電が完了していたとしても、平常状態として自家発電機４００から優先的に電力が供給される。そのため、商用系統から供給される電力量を低く抑えることにより、自家発電機４００による電力供給率（電力自給率）を高めることが可能となる。また、自家発電機４００により発電される電力の有効活用率を高めることも可能となる。
なお、第三実施形態において、充電開始時刻及び充電状態における制御部１０３の動作を第二実施形態と同じように構成しても良い。

図２は、電池運用装置１００の動作の流れの一例を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、蓄電池２００に充電がなされていない状態で処理が開始した場合の動作例を示す。まず、制御部１０３は、時刻出力部１０２から出力される時刻の値が充電開始時刻になるまで待機する（ステップＳ１０１−ＮＯ）。時刻が充電開始時刻になると（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、制御部１０３は蓄電池２００の充電を開始する（ステップＳ１０２）。充電の開始により蓄電池システム９００は充電状態となる。

次に、制御部１０３は、蓄電池の蓄電容量を定期的に検出し、最大容量に達したか否か判定する（ステップＳ１０３）。蓄電容量が最大容量に達するまでは（ステップＳ１０３−ＮＯ）、制御部１０３は蓄電池２００の充電を継続する（ステップＳ１０４）。一方、蓄電容量が最大容量に達すると（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、制御部１０３は蓄電池２００の充電を終了する（ステップＳ１０５）。充電の終了により、蓄電池システム９００の状態は平常状態となる。

次に、制御部１０３は、時刻出力部１０２から出力される時刻の値が放電開始時刻になるまで待機する（ステップＳ１０６−ＮＯ）。時刻が放電開始時刻になると（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）、制御部１０３は蓄電池２００の放電を開始する（ステップＳ１０７）。放電の開始により、蓄電池システム９００の状態は放電状態となる。

次に、制御部１０３は、蓄電池の蓄電容量を定期的に検出し、最小容量に達したか否か判定する（ステップＳ１０８）。蓄電容量が最小容量に達していない場合には（ステップＳ１０８−ＮＯ）、制御部１０３は時刻が充電開始時刻になったか否か判定する（ステップＳ１０９）。充電開始時刻になっていない場合には（ステップＳ１０９−ＮＯ）、制御部１０３は蓄電池２００の放電を継続する（ステップＳ１１０）。

一方、蓄電容量が最小容量に達すると（ステップＳ１０８−ＹＥＳ）、制御部１０３は蓄電池２００の放電を終了する（ステップＳ１１１）。放電の終了により、蓄電池システム９００の状態は平常状態となる。そして、制御部１０３はステップＳ１０１の処理に戻って処理を継続する。
また、蓄電容量が最小容量に達していない場合であっても、時刻が充電開始時刻となった場合（ステップＳ１０９−ＹＥＳ）、制御部１０３はステップＳ１０２の処理に戻って充電を開始し（ステップＳ１０２）、ステップＳ１０３以降の処理を実行する。

図３は、蓄電池２００の使用予定期間を１０年とし、その期間における蓄電池２００の一回当たりに充放電可能な電力量（以下、「充放電量」という。）を表す図である。ＳＯＣ使用範囲を広く設定して（例えば１０〜９０％）蓄電池２００を運用し続けた場合は、ＳＯＣ使用範囲を狭く設定して運用し続けた場合に比べて容量劣化が顕著である。

一方、ＳＯＣ使用範囲が狭ければ狭いほど、容量劣化は抑制される。そのため、当初はＳＯＣ使用範囲が１０〜９０％である場合が最も充放電量が多いものの、経過年数５年目を境にしてＳＯＣ使用範囲２０〜８０％の場合と充放電量が逆転する。さらに、ＳＯＣ使用範囲が１０〜９０％である場合は、経過年数８年目を境にしてＳＯＣ３０〜７０％の場合と充放電量が逆転する。このように、充放電量は、ＳＯＣ使用範囲及び経過年数（経過期間）と関連している。したがって、蓄電池２００の劣化を抑制することによって、長い期間充放電量を高く維持することができる。蓄電池システム９００では、運用スケジュールに従って充放電することにより、充放電の回数を低減させ蓄電池２００の劣化を抑制する。そのため、蓄電池２００の充放電量を長期間高く維持することが可能となる。

図４は、従来の蓄電池運用例を示す図である。横軸は一日における時刻を表し、縦軸は各時刻における電力量を示す。図４の例では、自家発電機として太陽光発電機が用いられている。５時頃から太陽が昇るため発電量が次第に上昇し始める。発電量が負荷よりも多い時間帯（例えば６時や７時）には、蓄電池に対する充電が行われる。一方、８時のように負荷が発電量よりも大きくなると、自家発電機による電力の供給のみでは電力が足りなくなるため、蓄電池から放電が行われる。この放電により、商用系統から購入する電力を最小限に抑えることができる。その一方、８時の時点で一度放電が行われ、その後の９時以降に再び充電が行われるため、一日に充放電を行った回数は２回となってしまう。すなわち、従来の蓄電池の運用方法では、負荷が発電量を越える度にその都度放電が行われてしまうため、一日に充放電を行う回数が増大し、蓄電池の劣化が促進されてしまっていた。

これに対し、本発明の一実施形態である蓄電池システム９００によれば、予め運用スケジュールが決められており、運用スケジュール記憶部１０１に記憶されている。そして、制御部１０３がこの運用スケジュールに従って蓄電池２００の充放電を行う。そのため、負荷が発電量を越える度にその都度放電が行われてしまうことを防止し、一日に行われる充放電の回数を抑制し、蓄電池２００の劣化を低減することが可能となる。

図５は、本発明の一実施形態である蓄電池システム９００と、従来の運用方法を用いたシステム（従来の運用システム）との運用結果を比較するための表である。蓄電池システム９００ではＳＯＣ使用範囲を２０〜８０％として運用し、従来の運用システムではＳＯＣ使用範囲を１０〜９０％として運用した。また、蓄電池システム９００では、日中の放電を行わないように蓄電池２００を制御し、従来の運用システムでは日中か否かにかかわらず負荷が発電量を超えた場合には放電を行った。このような条件で１０年間における蓄電池運用のシミュレーションを行った結果、充放電回数及び積算光熱費は蓄電池システム９００の方がいずれも少なくなり、エネルギー自給率（Ｅ自給率）は蓄電池システム９００の方が高くなった。この結果からも、蓄電池システム９００の上述した効果が発揮されていることが明らかである。

＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について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。

１００…電離運用装置， １０１…運用スケジュール記憶部， １０２…時刻出力部， １０３…制御部， ２００…蓄電池， ３００…商用系統電源， ４００…自家発電機， ５００…負荷， ９００…蓄電池システム

Claims (4)

1. 蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する制御部と、
   を備える電池運用装置。
2. 前記制御部は、自家発電機により発電された電力を負荷に供給し、
   前記放電を開始するタイミングは、前記自家発電機による発電量が一日の中で相対的に低い時間帯に設定されている
   請求項１に記載の電池運用装置。
3. 蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部を備えた電池運用装置が、
   前記記憶部から前記タイミングを読み出す読出ステップと、
   前記記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する制御ステップと、
   を有する電池運用方法。
4. 蓄電池の充電を開始するタイミング及び放電を開始するタイミングを記憶する記憶部を備えた電池運用装置に対し、
   前記記憶部から前記タイミングを読み出す読出ステップと、
   前記記憶部に記憶されているタイミングに従って蓄電池の充電及び放電を制御する制御ステップと、
   を実行させるためのコンピュータプログラム。

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