JP2013236522A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ１３の開放電圧の検出により、負荷への供給電力が不安定になることを防ぐ電力制御装置を提供する。
【解決手段】負荷４に対して電力を供給するバッテリ１３と負荷４との間に接続され、電気的な導通及び遮断を切り替える切替手段と、負荷４の消費電力の時系列の特性を示す負荷電力特性を予測し、予測した負荷電力特性に基づいてバッテリ１３の充放電電力の時系列の特性を示す充放電電力特性を予測する予測手段と、バッテリ４の開放電圧を検出する検出手段と、切替手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、予測手段により予測された充放電電力特性からバッテリ１３の充放電電力が所定期間、所定電力以下になる期間を電圧検出期間として特定し、電圧検出期間内に、切替手段を遮断し開放電圧を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力制御装置に関するものである。

エンジンとモータ・ジェネレータとを選択的に駆動源として用いて走行する車両において、モータ・ジェネレータの駆動電源としての４２Ｖ系電源（バッテリ）とインバータとの間に、４２Ｖ系電源からモータ・ジェネレータへの電力の供給および遮断を行う電源リレーを接続し、エンジン走行時に、所定期間内に当該電源リレーをオフにして、４２Ｖ系電源のＯＣＶ（開放電圧）を測定する車両用電源装置が知られている（特許文献１）。

特開２００３−２９１７５４号公報

上記のような、エンジンとモータ・ジェネレータとを選択的に用いて走行する車両においては、エンジン走行時にはバッテリのＯＣＶ（開放電圧）を測定するために電源リレーをオフにして、バッテリからモータ・ジェネレータ（負荷）への電力供給を遮断しても車両の走行に影響しない。しかしながら、例えば家屋や施設の負荷へ電力を供給する蓄電装置のように車両以外に用いられるバッテリにおいては、バッテリの開放電圧を検出するために任意のタイミングで、バッテリと負荷との間を遮断すると負荷への供給電力が不安定になる、という問題があった。

本発明は、バッテリの開放電圧の検出により、負荷への供給電力が不安定になることを防ぐ電力制御装置を提供する。

本発明は、バッテリの充放電電力の時系列の特性を示す充放電電力特性を予測し、予測した充放電電力特性からバッテリの充放電電力が所定期間、所定電力以下になる期間を電圧検出期間として特定し、電圧検出期間内に、負荷とバッテリとの間に接続された切替手段を遮断しバッテリの開放電圧を検出することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、バッテリから負荷への充放電電力が所定電力以下になる期間内に、切替手段が遮断されて開放電圧が検出されるため、バッテリの開放電圧の検出により負荷への供給電力が不安定になることを防ぐ、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電力制御装置のブロック図である。 図１の電力制御装置において、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示すグラフである。 図１の電力制御装置において、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示すグラフである。 図１の電力制御装置において、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示すグラフである。 図１の電力制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 図５のステップＳ５の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電力制御装置において、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は本発明の電力制御装置のブロック図である。本例の電力制御装置は、家庭用の屋内又は屋外に設けられている負荷の電力を制御する装置である。電力制御装置は、交流電源１と、太陽光パネル２と、ＰＶ用電力制御器３と、負荷４と、分電盤５と、蓄電装置１０と、コントローラ１００とを備えている。なお、本図の矢印線は制御線を意味し、それ以外の実線は電力線を意味する。また、蓄電装置１０内部の電力線のみ正負それぞれの電力線（２本の電力線）で記載し、蓄電装置１０外部の電力線は便宜上、正負の電力線をまとめて１本の実線で記載している。

交流電源１は、商用電源あり、電力会社から各家庭に分配されている電力源である。交流電源１は２４時間、負荷４に対して電力を供給可能な電力である。太陽光パネル２は、家屋の屋上等に設置され、太陽電池を利用して太陽光のエネルギーを電力に変換し、負荷４に電力を供給する発電装置である。

ＰＶ用電力制御器３は、電力変換器等を備え、太陽光パネル２により発生した直流電力を交流電力に変換し、分電盤５に供給する。太陽光パネル２で発生する電力は、気象条件等により変化するため、ＰＶ用電力制御器３は、太陽光パネル２からの出力に応じて、負荷４への供給に適した電力になるよう、太陽光パネル２の出力電力を制御する。ＰＶ用電力制御器３は、太陽光パネル２と分電盤５との間に電力線により接続されている。

負荷４は、負荷Ａ〜Ｄを含み、エアコン、テレビ、給湯器などの家庭で使用される家電製品である。負荷４の消費電力は、ユーザによる負荷Ａ〜Ｄ等の利用状況に応じて変わる。また負荷４は、家屋内に配線された電力線により分電盤５に接続されている。分電盤５は、交流電源１、太陽光パネル２及びバッテリ１３から供給される電力を負荷４に分電して供給する装置であり、漏電防止用の遮断機等を有している。

蓄電装置１０は、バッテリ用電力制御器１１と、リレースイッチ１２と、バッテリ１３と、電圧センサ１４と、バッテリコントローラ１５とを備えている。蓄電装置１０は、家庭内で利用される交流電源１の消費電力量を抑制するために、負荷４で消費される分の電力を予め蓄電する装置である。

バッテリ用電力制御器１１は、電力変換器等を備え、蓄電装置１０のバッテリ１３から出力される直流電力を交流電力に変換して、分電盤５を介して負荷４へ供給する。また本例では、交流電源１及び太陽光パネル２の電力によりバッテリ１３を充電する際には、バッテリ用電力制御器１１は充電器として機能し、交流電源１及び太陽個パネル２の電力をバッテリ１３の充電に適した充電電力に変換して、バッテリ１３に供給する。

リレースイッチ１２は、負荷４とバッテリ１３との間の電気的な導通及び遮断を切り替えるためのスイッチであり、配電盤５及びバッテリ用電力制御器１１を介して、負荷４とバッテリ１３との間に接続されている。リレースイッチ１２はバッテリコントローラ１５の制御によりオン、オフを切り替える。

バッテリ１３は、リチウムイオン電池等の二次電池を複数接続したバッテリである。バッテリ１３は、電気自動車などの車両用として用いられていたバッテリを、定置用のバッテリとして再利用したものであってもよい。電圧センサ１４は、バッテリ１３の両端に接続され、バッテリ１３の電圧を検出するセンサである。

バッテリコントローラ１５は、バッテリ１３を管理するコントローラである。バッテリコントローラ１５は、電圧センサ１４を用いて、バッテリ１３の電圧を検出することで、バッテリ１３の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を測定している。また、バッテリ１３は、使用に伴い劣化するため、バッテリコントローラ１５はバッテリ１３の劣化度、満充電時の容量等も管理している。なお、バッテリ１３の劣化度等は、バッテリ１３の内部抵抗を演算することで測定すればよい。またバッテリコントローラ１５は、バッテリ１３の充放電電流を検出する電流センサ（図示しない）を用いて、バッテリ１３の充電状態等を測定してもよい。

バッテリコントローラ１５は、バッテリ１３の管理制御の他に、バッテリ用電力制御器１１の制御及びリレースイッチ１２のオン、オフ制御を行う。バッテリ１３の電力を負荷４に供給する場合には、バッテリコントローラ１５はバッテリ用電力制御器１１を制御して、バッテリ１３からの放電電力を負荷４への供給に適した電力に変換し、分電盤５に電力を出力させる。一方、太陽光パネル２の発電電力または交流電源１の電力をバッテリ１３に供給する場合には、バッテリコントローラ１５はバッテリ用電力制御器１１を充電器として作用するよう制御して、太陽光パネル２の発電電力または交流電源１の電力をバッテリ１３の充電に適した電力に変換して、バッテリ１３に出力する。バッテリコントローラ１５は、バッテリ１３の放電制御中または充電制御中、電圧センサ１４の検出電圧及び図示しない電流センサの検出値を用いてバッテリ１３の電力を管理している。

バッテリコントローラ１５は、バッテリ１３の開放電圧を検出する際には、バッテリ１３を無負荷の状態にするために、所定の期間、リレースイッチ１２をオフにする。そして、バッテリコントローラ１５は、リレースイッチ１２を遮断させた状態で、電流センサ１４によりバッテリの１３の電圧を検出することで、バッテリ１３の開放電圧を検出する。バッテリコントローラ１５は、バッテリ１３の開放電圧を検出する場合や蓄電装置１０のメンテナンス等を除き、蓄電装置１０を家庭用の電源として使用している間は、リレースイッチ１２を導通させた状態で、維持させている。

バッテリコントローラ１５はコントローラ１００と信号線により接続されている。バッテリコントローラ１５で管理されているバッテリ１３のＳＯＣ等の情報はコントローラ１００に送信される。また、バッテリコントローラ１５は、コントローラ１００からの制御信号に基づき、バッテリ用電力制御器１１の制御及びリレースイッチ１２のオン、オフ制御を行う。なお、このバッテリコントローラ１５は後述するコントローラ１００に備えられていても良い。すなわち、コントローラ１００がバッテリコントローラ１５の機能を備え、コントローラ１００が直接、バッテリ１３の管理制御を行なうと共に、バッテリ用電力制御器１１やリレースイッチ１２を制御するようにしてもよい。

コントローラ１００は、太陽光パネル２、ＰＶ用電力制御器３、分電盤５を制御し、本例の電力制御装置の全体を制御するコントローラである。コントローラ１００は、消費電力予測部１０１、発電電力予測部１０２及び充放電電力予測部１０３を有している。

消費電力予測部１０１は、負荷４の利用状況を時系列で把握し、負荷４の過去の利用状況から負荷４で消費される電力を予測する。負荷４の消費電力は、季節、気象条件、利用時間帯等に応じて、ある程度の傾向をもっている。そして、消費電力の傾向は、過去の消費電力の利用履歴から把握することができる。消費電力予測部１０１は、消費電力量を計測するメータ（図示しない）の値を時系列で蓄積し、蓄積したデータから演算することで、負荷４で消費される消費電力の電力特性（以下、負荷電力特性と称す。）を時系列で予測する。

発電電力予測部１０２は、太陽光パネル２で発電される電力の特性（以下、発電電力特性と称す。）を時系列で予測する。太陽光パネル２で発電される電力は、太陽光パネル２の性能及び設置位置と気象条件等により決まる。太陽光パネル２の性能及び設置位置は予め決まっている。そして、気象条件は、例えば気象庁のデータ等を利用する。発電電力予測部１０２は、過去の気象データと太陽光パネル２で発電された電力とを対応させつつ時系列で保存している。そして、発電電力予測部１０２は、気象予報の情報と合致する、過去の電力推移のデータを抽出することで、太陽光パネル２で発電される電力を予測する。

充放電電力予測部１０３は、バッテリ１３の充放電電力の特性（以下、充放電電力特性と称す。）を時系列で予測する。バッテリ１３の充放電電力は、太陽光パネル２の発電電力及び負荷７の消費電力により決まる。そして、充放電電力予測部１０３は、消費電力予測部１０１で予測される負荷電力特性及び発電電力予測部１０２で予測される発電電力特性から充放電電力特性を予測する。

コントローラ１００は、充放電電力予測部１０３により予測された充放電電力特性から、リレースイッチ１２を遮断することで負荷４への供給電力が不安定にならない期間を特定する。そして、コントローラ１００は、当該期間内に、バッテリ１３の開放電圧を検出するために、リレースイッチ１２をオフにする制御信号をバッテリコントローラ１５に送信することで、バッテリコントローラ１５を介してリレースイッチ１２をオフにする。バッテリコントローラ１５は、リレースイッチ１２がオフになっている期間に、電圧センサ１４の検出電圧から、バッテリ１３の開放電圧を検出する。

ここで、バッテリ１３の開放電圧を検出するために、リレースイッチ１２をオフにするリレーカットのタイミングについて説明する。例えば、バッテリ１３をハイブリッド車両用の電源として用いた場合には、エンジンにより当該車両を走行させることで、バッテリ１３は無負荷状態になるため、バッテリ１３とモータ等の負荷との間のリレースイッチ１２をオフにしたとしても、車両の走行には影響はない。また、バッテリ１３を電気自動車等などの車両用の電源として用いた場合には、車両が停車することで、バッテリ１３は無負荷状態になる。そのため、車両停車中に、同様にリレースイッチ１２をオフにすれば、開放電圧を検出することができる。

上記のように、本例では、バッテリ１３は、家庭用の電源装置である蓄電装置１０に設けられ、負荷４へ電力を供給するための電力源として用いてられている。そして、負荷４で電力を消費するタイミングは、ユーザの使用状況に依存し、ユーザ毎に異なるため、負荷４への電力供給を安定化させるには、リレースイッチ１２は常時、導通状態にする方がよい。その一方で、単に、バッテリ１３の開放電圧を検出するために任意のタイミングでリレースイッチ１２をオフにすると、負荷４への供給電力が不足し、ユーザに違和感を与える可能性があった。そのため、本例は、以下に説明するように、電力特性から、バッテリ１３の開放電圧を検出する電圧検出期間を特定し、当該リレースイッチ１２をオフにして、開放電圧を検出する。

次に、本例の電力制御装置の制御内容について説明する。まず、電力系統の制御について説明する。本例は、以下のとおり、バッテリ１３の電力及び太陽光パネル２の電力を有効に活用することで、交流電源１から供給される電力を抑制するような電力制御を行っている。

太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より大きい場合には、コントローラ１００は、太陽光パネル２で発電された電力を負荷４に供給しつつ、太陽光パネル２で余った電力でバッテリ１３を充電するように制御している。また、太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より小さい場合には、コントローラ１００は、太陽光パネル２で発電された電力を負荷４に供給しつつ、太陽光パネル２で足りない分の電力を、バッテリ１３から放電させて負荷４に供給するよう制御している。

コントローラ１００は、交流電源１の電気料金が高い時間帯では、交流電源１の電力の利用を抑えるよう、太陽光パネル２の発電電力及びバッテリ１に充電されている電力を利用する。コントローラ１００は、交流電源１の電気料金が安い時間帯（例えば深夜電力の時間帯）では、交流電源１の電力を負荷４に供給する。

また、コントローラ１００は、日中、太陽光パネル２で発電される電力量が少ない又は負荷４で消費される電力量が多いことが発電電力特性及び負荷電力特性より予測される場合には、電気料金が安い深夜時間にバッテリ１３を充電するよう、バッテリコントローラ１５を制御する。

図２及び図３に、ある一日における、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示す。図２及び図３において、グラフａは発電電力特性を、グラフｂは負荷４の負荷電力特性を、グラフｃはバッテリの充放電電力特性を示す。またグラフｃについて、プラス側の電力特性が充電を示し、マイナス側の電力特性が放電を示す。図２に示す一日において、０時（午前０時）から６時の間には、負荷４で一定の電力が消費されているが、当該時間帯は電金料金の安い時間帯のため、交流電源１の電力で負荷４を動作させている。６時以降、太陽光パネル２からの電力が発生する。そして、６時から１６時３０分の間は、太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より大きいため、当該時間帯にバッテリ１３を充電する。１６時３０分から２１時までは、バッテリ１３に充電された電力で、負荷４を動作させている。そして、２１時以降は、交流電源１の電力で負荷４を動作させている。

次に、図３に示す一日の電力特性を説明する。図３では、初期状態としてバッテリ１３が満充電の状態であるとする。５時以降（午前５時以降）、太陽光パネル２は電力を発電しているが、太陽光パネル２の電力だけでは、負荷４の消費電力を満たすことができないため、コントローラ１００はバッテリコントローラ１５に制御信号を出力し、バッテリコントローラ１５からの指令に基づいてバッテリ用電力制御器１１はバッテリ１３から負荷４へ電力を供給させる。９時３０分になると、太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より大きくなり、９時３０分から１６時３０分まで、太陽光パネル２の電力でバッテリ１３を充電する。１６時３０分以降、太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より小さくなるため、バッテリ１３の電力で負荷４を動作させる。

コントローラ１００は、次の日の負荷４の負荷電力特性及び次の日の発電電力特性から、太陽光パネル２の発電電力及びバッテリ１３の充電電力により、次の日の電力需要に対応できるか否かを判定し、対応できない場合には、負荷４の消費電力が小さい時間帯（若しくは、電気料金の安い時間帯）に、バッテリ１３を充電しておく。図３に示すように、２３時以降に、交流電源１の電力でバッテリ１３を充電させている。３時になると、バッテリ１３のＳＯＣが目標ＳＯＣになり、充電を終了する。これにより、電気料金の安い時間帯に、バッテリ１３を充電し、次に日の電力需要に対応させている。

このように、コントローラ１００は、負荷電力特性及び発電電力特性を予測しつつ、太陽光パネル２の発電電力及びバッテリ１３の充放電電力の使用効率を高め、交流電源１の電力の使用効率を抑制する。さらに、コントローラ１００は、負荷４の消費電力が小さい時間帯（若しくは、電気料金の安い時間帯）に、バッテリ１３を充電するように、バッテリコントローラ１５を介してバッテリ用電力制御器１１を制御する。従って、コントローラ１００は、上記のような制御条件の下、負荷電力特性及び発電電力特性から、バッテリ１３の充放電電力特性を予測する。

次に、電圧検出期間を特定するための制御について説明する。コントローラ１００は、上記のように、負荷電力特性及び発電電力特性から充放電電力特性を予測すると、予測された充放電電力特性に、電圧検出期間を含むか否かを判定する。

ここで、電圧検出期間は、バッテリ１３の電力が所定期間、所定電力以下になる期間である。所定時間の長さは、リレースイッチ１２をオフ状態にしてから、バッテリ１３の端子間の電圧が開放電圧に落ち着く（安定する）までの時間以上である。リレースイッチ１２のオフの後、バッテリ１３の端子間電圧（ここではリレースイッチ１２をオフした時点の、閉路電圧に略等しい電圧）が開放電圧に落ち着くまでの時間は、バッテリ１３の端子間電圧と開放電圧との偏差が大きいほど、長くなる。そのため、所定時間は、リレースイッチ１２オフ直前にバッテリ１３に流れていた電流の大きさを考慮し最も偏差が大きい場合の時間または当該時間よりも長い時間を設定する。あるいは、所定時間はバッテリ１３の温度センサ（図示しない）の検出温度に応じて設定する。また、所定電力は、ゼロ若しくは実質的にゼロに等しい値である。

コントローラ１００は、充放電電力特性から、バッテリ１３の充放電電力が、所定期間、所定電力以下となる期間を抽出する。そして、抽出できる場合には、コントローラ１００は、抽出した期間を電圧検出期間として特定し、電圧検出期間でリレースイッチ１２をオフにし、バッテリ１３の開放電圧を検出することを示す制御信号をバッテリコントローラ１５に送信する。

バッテリコントローラ１５は当該制御信号を受信し、時刻が当該電圧検出期間の開始時刻になった時に、リレースイッチ１２をオフにする。そして、バッテリコントローラ１５は、電圧センサ１４の検出電圧から、バッテリ１３の開放電圧を検出する。開放電圧は、リレースイッチ１２をオフにした時点からバッテリ１３の電圧が開放電圧に落ち着くまでの時間の後のタイミングで検出される。そして、電圧検出期間が経過すると、バッテリコントローラ１５はリレースイッチ１２をオンにする。

図２に示すように、深夜電力の時間帯では、負荷４は交流電源１の電力で動作し、バッテリ１３は充電及び放電を行っていない。そのため、当該期間では、バッテリ１３の充放電電力が、所定時間の間、所定電力以下になる。ゆえに、コントローラ１００は、当該期間内で電圧検出期間を特定し、バッテリコントローラ１５を介して、リレースイッチ１２をオフにして開放電圧を検出する。これにより、本例は、負荷４への供給電力が不足せず、ユーザに違和感を与えることなく、開放電圧を検出することができる。

図３に示すように、深夜電力の時間帯、次の日の電力需要に備えて、バッテリ１３を充電させている。この時、バッテリ１３のＳＯＣが低く、バッテリ１３の許容充電電力で充電しても深夜電力の時間帯では満充電まで充電することができない場合には、バッテリ１３の充放電電力は深夜電力の時間帯にゼロにならない。また、本例では、バッテリ１３の開放電圧からバッテリ１３のＳＯＣを管理しているため、開放電圧が検出できない場合には、コントローラ１００又はバッテリコントローラ１５はバッテリ１３の状態を正確に把握することができない。そのため、コントローラ１００は、以下の制御により、電圧検出期間を生成している。

コントローラ１００は、充放電電力特性から電圧検出期間を特定できない場合には、交流電源１の電力でバッテリ１３を充電可能な期間から、電圧検出期間を差し引いて、残りの時間でバッテリ１３を充電するように制御する。電圧検出期間を差し引く前の、バッテリ１３の充電可能時間は、電気料金の安い深夜電力の時間帯あるいは負荷電力特性から負荷４の消費電力が低い時間帯であり、予め設定される時間である。そのため、実際のバッテリ１３の充電時間は、当該設定された時間から電圧検出期間を差し引いた時間となる。

コントローラ１００は、予測された負荷電力特性及び発電電力特性から、バッテリ１３に必要なＳＯＣを予測し、当該必要なＳＯＣを充電の際の目標ＳＯＣに設定する。次の日の消費電力量が多く、または、次の日の発電電力量が少ないほど、バッテリ１３に必要なＳＯＣは高くなるため、コントローラ１００は目標ＳＯＣを高い値に設定する。

電圧検出期間を差し引いた充電時間でバッテリ１３を目標ＳＯＣまで充電させるまでの電力がバッテリ１３の許容充電電力より小さい場合には、コントローラ１００は、設定した目標ＳＯＣと充電時間を示す信号をバッテリコントローラ１５に送信する。許容充電電力は、バッテリ１３の性能に応じて予め設定されている電力であり、バッテリ１３の性能に影響しない範囲内で、バッテリ１３を充電可能な最大電力である。

一方、充電時間でバッテリ１３を目標ＳＯＣまで充電させるまでの電力がバッテリ１３の許容充電電力より大きい場合には、バッテリ１３を充電することができない。そのためコントローラ１００は目標ＳＯＣを低い値に設定して、充電時間内で充電可能なバッテリ１３の充電電力を、許容充電電力以下まで下げる。これにより、深夜電力の時間帯で、電圧検出期間を生成し、バッテリ１３を充電することができる。

また、交流電源１の電力によるバッテリ１３の充電開示時に、バッテリのＳＯＣが高い場合には、バッテリの充電時間も短くなる。かかる場合には、コントローラ１００は、深夜電力の時間帯からバッテリの充電時間を引いた時間内で、電圧検出期間を特定し、特定された期間内で、リレースイッチ１２をオフにして開放電圧を検出する。

上記の本例の制御について、図３を用いて説明する。なお、初期条件として、交流電源１によるバッテリ１３の充電可能時間を２３時から５時（６時間）に設定されている、とする。まずコントローラ１００は、次の日の電力需要からバッテリ１３の目標ＳＯＣを設定する。次に、コントローラ１００は、充電可能時間から電圧検出期間を差し引いた時間を充電時間に設定する。これにより、充電可能時間のうち、電圧検出期間を確保した上で、充電時間が設定される。図３の例では、電圧検出期間（図３の期間Ｔ_ａに相当）を３０分に設定しているため、充電時間は、充電可能時間の６時間から、電圧検出期間の３０分を引いた、２３時から４時３０分までの５時間３０分に設定される。

そして、コントローラ１００は、２３時の時点のバッテリ１３のＳＯＣから目標ＳＯＣまで充電する容量を演算し、当該容量と充電時間から、バッテリ１３への充電電力を演算する。演算された充電電力がバッテリ１３の許容充電電力（Ｐ_Ｌ）以下である場合には、コントローラ１００は、バッテリコントローラ１５を制御し、設定された充電時間と、演算された充電電力で、バッテリ１３を充電する。図３の例では、充電電力は、許容充電電力（Ｐ_Ｌ）以下であるため、上記の条件で充電を行う。そして、バッテリ１３の充電後、期間Ｔ_ａ内に、コントローラ１００はバッテリコントローラ１５を介してリレースイッチ１２をオフにし、開放電圧を検出する。

また他の例として、図４を用いて、上記の本例の制御のうち、電圧検出期間を生成する制御について説明する。充電可能時間及び電圧検出時間（図４の期間Ｔ_ａに相当）の設定条件は図３と同様とする。コントローラ１００は、上記と同様に充電時間を演算し、２３時の時点でのバッテリ１３のＳＯＣから予測された電力需要に基づく目標ＳＯＣまでに充電する容量を演算し、充電電力を演算する。図４のグラフｃ_１に示すように、演算された充電電力が許容充電電力（Ｐ_Ｌ）より大きい場合には、演算された充電電力で充電するとバッテリ１３への負荷が大きい。そのため、コントローラ１００は、目標ＳＯＣを下げて、充電電力が許容充電電力以下になるよう制御する。図３の例では、グラフｃ_２の充電時間はグラフｃ_１の充電時間と同じであるが、充電電力が許容充電電力に設定されている。そして、コントローラ１００は、グラフｃ_２に示すような特性でバッテリ１３を充電させる。バッテリ１３の充電後、期間Ｔ_ａ内に、コントローラ１００はバッテリコントローラ１５を介してリレースイッチ１２をオフにし、開放電圧を検出する。

次に、図５及び図６を用いて、コントローラ１００及びバッテリコントローラ１５の制御手順を説明する。図５及び図６は、本例の電力制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、ステップＳ１にて、消費電力予測部１０１は、負荷４の負荷電力特性を予測する。ステップＳ２にて、発電電力予測部１０２は、発電電力特性を予測する。ステップＳ３にて、充放電電力予測部１０３は、負荷電力特性及び発電電力特性から、充放電電力特性を予測する。ステップＳ４にて、コントローラ１００は、予測された充放電電力特性で、バッテリ１３の充放電電力が所定期間、所定電力以下になる期間があるか否かを判定することで、電圧検出期間を有するか否かを判定する。電圧検出期間を有しない場合には、ステップＳ５にて、コントローラ１００は、電圧検出期間を生成する制御を実行する。

図６に示すように、ステップＳ５１にて、コントローラ１００は、許容充電電力（Ｐ_Ｌ）を取得する。許容充電電力（Ｐ_Ｌ）が予め設定されている場合には、この値を用いる。ステップＳ５２にて、コントローラ１００は、バッテリ１３の充電時間を設定する。深夜電力の時間帯を利用し、予め充電可能時間が設定されている場合には、ステップＳ５２では、当該充電可能時間を充電時間として設定する。

ステップＳ５３にて、コントローラ１００は、負荷電力特性及び発電電力特性からバッテリ１３に必要なＳＯＣを予測し、必要なＳＯＣに応じて目標ＳＯＣを設定する。ステップＳ５４にて、コントローラ１００は、バッテリコントローラ１５からバッテリ１３の空容量を取得し、ステップＳ５２の充電時間で、当該空容量に相当するＳＯＣから目標ＳＯＣまで充電するための充電電力（Ｐ_ｃ）を演算する。

なお、ステップＳ５４の制御について、バッテリ１３の充電電力には、最低充電電力が予め設定されている。バッテリ１３は最低充電電力以下で充電することも可能であるが、充電電力が小さすぎると充電時間が不要に長くなってしまう。そのため、本例は最低充電電力を設定している。そして、ステップＳ５４で演算された充電電力（Ｐ_ｃ）が最低充電電力より低い場合には、コントローラ１００は、バッテリ１３の充電電力を最低充電電力に設定しつつ、Ｓ５２で設定した充電時間を短くなるよう調整する。

ステップＳ５５にて、コントローラ１００は、演算された充電電力（Ｐ_ｃ）と許容充電電力（Ｐ_Ｌ）とを比較する。充電電力（Ｐ_ｃ）が許容充電電力（Ｐ_Ｌ）より大きい場合には、ステップＳ５６にて、コントローラ１００はステップＳ５３で設定した目標ＳＯＣを下げて、ステップＳ５４に遷る。

ステップＳ５７にて、コントローラ１００は、電圧検出期間を有するか否かを判定する。ステップＳ５４による充電時間を短縮させる制御が行われない限り、バッテリ１３の充電時間は予め設定されている充電可能時間と等しくなるため、この時点では、電圧検出期間を有しておらず、ステップＳ５８に遷る。一方、ステップＳ５４による充電時間を短縮させる制御が行われた時には、充電時間が充電可能時間より短くなる分、充電可能期間内で、電圧検出期間が生成されるため、図６の電圧検出期間の生成制御を終えて、図５のステップＳ６に遷る。なお、ステップＳ５４による充電時間を短縮させても、充電可能期間の残り期間が電圧検出期間より短い場合にはステップＳ５８に遷る。

ステップＳ５８にて、コントローラ１００は、ステップＳ５５より前の制御フローで設定された充電時間から電圧検出期間を差し引いた時間を、充電時間として再設定する。ステップＳ５９にて、ステップＳ５８の充電時間で、バッテリ１３の空容量に相当するＳＯＣから目標ＳＯＣまで充電するための充電電力（Ｐ_ｃ）を再度、演算する。

ステップＳ６０にて、コントローラ１００は、演算された充電電力（Ｐ_ｃ）と許容充電電力（Ｐ_Ｌ）とを比較する。演算された充電電力（Ｐ_ｃ）が許容充電電力（Ｐ_Ｌ）以下である場合には、電圧検出時間を生成した後の充電時間で、許容充電電力（Ｐ_Ｌ）以下でバッテリ１３を充電できる状態となり、ステップＳ６に遷る。一方、充電電力（Ｐ_ｃ）が許容充電電力（Ｐ_Ｌ）より大きい場合には、目標ＳＯＣがまだ高い値に設定されているため、ステップＳ６１にて、コントローラ１００は目標ＳＯＣを下げて、ステップＳ５９に遷る。すなわち、ステップＳ５８の後に、ステップＳ５９〜Ｓ６１の制御ループを繰り返すことで、電圧検出時間を生成した後の充電時間の下で、バッテリ１３を充電できる目標ＳＯＣが設定されることになる。

図５に戻り、ステップＳ６にて、コントローラ１００は、電圧検出時間の情報をバッテリコントローラ１５に送信し、バッテリコントローラ１５は電圧検出時間でリレースイッチ１２をオフにする。ステップＳ７にて、バッテリコントローラ１５は、電圧センサ１４を用いて、開放電圧を検出する。ステップＳ８にて、バッテリコントローラ１５は、開放電圧の検出後、リレースイッチ１２をオンにする。

なお、図５及び図６に示す制御フローで設定された目標ＳＯＣ及び充電時間は、所定のタイミングで、コントローラ１００からバッテリコントローラ１５に送信され、バッテリコントローラ１５は、送信された目標ＳＯＣ及び充電時間に基づいて、バッテリ１３の充電制御を行う。

上記のように本発明は、消費電力予測部１０１及び充放電電力予測部１０３により予測された電力特性からバッテリ１３の電力が所定期間、所定電力以下になる期間を電圧検出期間として特定し、電圧検出期間内に、リレースイッチ１２を遮断して開放電圧を検出する。これにより、本例のような２４時間稼働させるシステムにおいて、電力特性を予測した上で、バッテリ１３と負荷４との間の電気的な導通を遮断するタイミングが特定されるため、負荷への供給電力が不安定になることを防ぎつつ、バッテリ１３の開放電圧を検出することができる。

また本例は、発電電力特性及び負荷電力特性から充放電電力特性を予測する。これにより、太陽光パネル２等の発電装置により発電された電力を負荷４に供給している期間内に、電圧検出期間を特定することができるため、負荷への供給電力が不安定になることを防ぎつつ、バッテリ１３の開放電圧を検出することができる。

また本例は、充電可能期間から電圧検出期間を差し引いた期間内で、交流電源１の電力でバッテリ１３を充電する。これにより、２４時間稼働させるシステムにおいて、充電可能時間のうち電圧検出期間を確保した上で残りの時間を充電時間とするため、負荷への供給電力が不安定になることを防ぎつつ、バッテリ１３の開放電圧を検出することができる。

また本例は、深夜電力の時間帯に、交流電源１の電力でバッテリ１３を充電させる。これにより、バッテリ１３の充電を電気料金の安価な時間帯に行い、電気料金の高い時間帯の需要に備えることで、電気料金を抑制することができる。

また本例は、負荷電力特性からバッテリ１３に必要なＳＯＣを予測し、予測されたＳＯＣに応じてバッテリの充電の目標ＳＯＣを設定する。これにより、充電後の電力需要に対して、バッテリ１３の充電された容量が不足し負荷４への供給電力量が少なくなることを防ぎ、あるいは、バッテリ１３の空容量が不足し太陽光パネル２の発電電力を効率よくバッテリ１３に充電できないことを防ぐことができる。

また本例は、電圧検出期間の所定期間を、リレースイッチ１２を遮断してからバッテリ１３の端子間の電圧が安定するまでの時間以上に設定する。これにより、２４時間稼働させるシステムにおいて、リレースイッチ１２をオフにし、バッテリ１３の電圧が安定してから、開放電圧を検出することができる。

なお、本例では発電装置の一例として太陽光パネル２を用いたが、風力発電機等の他の発電装置であってもよい。また本例の電力制御装置は、必ずしも太陽光パネル２等の発電装置を用いなくてもよい。発電装置を用いない場合には、バッテリ１３は、負荷４の消費電力が大きい時間帯に電力を放電し、負荷４の消費電力が小さい時間帯に、交流電源１の電力で充電するように充放電制御されればよい。そして、充放電電力予測部１０２は、消費電力予測部１０１で予測された負荷電力特性から、負荷４の消費電力が大きい及び小さい時間帯を把握することができ、当該充放電制御から充放電特性を予測することができる。

なお、日中の時間帯に電圧検出期間が特定される場合には、コントローラ１００は、日中の電圧検出器にリレースイッチ１２をオフにして開放電圧を検出してもよい。またバッテリコントローラ１５及びコントローラ１００を一つのコントローラとしてもよい。また本例において、図３に示す特性では、夜間の時間帯に電圧検出期間を特定したが、昼間の時間帯に、バッテリ１３の電力が所定期間、所定電力以下になる期間がある場合には、昼間の当該期間を電圧検出期間に特定し、リレースイッチ１２をオフにし、開放電圧を検出してもよい。

上記のリレースイッチ１２が本発明の「切替手段」に相当し、消費電力予測部１０１、発電電力予測部１０２及び充放電電力予測部１０３が本発明の「予測手段」に相当し、電圧センサ１４が「検出手段」に、バッテリコントローラ１５及びコントローラ１００が「制御手段」に、太陽光パネル２が「発電手段」に相当する。

《第２実施形態》
本発明の他の実施形態に係る電力制御装置は、上述した第１実施形態に対して、バッテリ１３の充電制御及び電圧検出期間を生成するための制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

第１実施形態では、予測された電力特性に応じて充電の目標ＳＯＣを設定し、充電可能時間から電圧検出期間を引いた残り時間を充電時間としたが、本例では、充電の目標ＳＯＣを満充電に相当するＳＯＣに設定し、充電電力を許容充電電力に設定する。

コントローラ１００は、バッテリ１３の満充電の容量に相当するＳＯＣを目標ＳＯＣに設定する。満充電の容量に相当するＳＯＣは、バッテリ１３の過充電を防ぐために１００％より低いＳＯＣが設定される。コントローラ１００は、バッテリ１３の空容量に相当するＳＯＣから満充電のＳＯＣまで充電させるための容量を演算し、当該容量と許容充電電力から充電時間を演算する。

コントローラ１００は、充電可能時間から充電時間を差し引いた時間が電圧検出時間より長いか否かを判定する。充電可能時間及び電圧検出期間は、第１実施形態に係る時間と同様の時間である。充電可能時間から充電時間を差し引いた時間が電圧検出時間より長い場合には、充電可能時間内に、許容充電電力で満充電まで充電しても、電圧検出期間を特定することができるため、コントローラ１００は演算された充電時間で充電を行う。そして、充電時間の経過後、コントローラ１００は、バッテリコントローラ１５を介して、リレースイッチ１２をオフにし、バッテリ１３の開放電圧を検出する。

一方、充電可能時間から充電時間を差し引いた時間が電圧検出時間より短い場合には、充電可能時間内に電圧検出期間を特定することができないため、コントローラ１００は、目標ＳＯＣを満充電のＳＯＣより低いＳＯＣに設定して充電時間を短くする。そして、コントローラ１００は、目標ＳＯＣを下方修正させて、充電時間を充電可能時間から電圧検出期間を差し引いた時間以下にする。これにより、充電可能時間内に、電圧検出時間を確保した上で、バッテリ１３を充電することができる。

図７に、ある一日における、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示す。図７のグラフａ〜ｃは図２、３のグラフａ〜ｃと同様である。充電可能時間は２３時から５時（６時間）に設定されている。図７に示す例では、許容充電電力（Ｐ_Ｌ）で、２３時の時点でのＳＯＣから満充電のＳＯＣまで充電した場合に、充電時間は３時間となる。

コントローラ１００は、２３時の時点から充電を開始し、充電電力を徐々に上げて、許容充電電力でバッテリ１３を充電する。３時間後、バッテリ１３のＳＯＣは満充電のＳＯＣに達するため、コントローラ１００はバッテリ１３の充電を終了する。

コントローラ１００は、残りの充電可能期間（Ｔｂ）の内、電力検出期間を特定して、電力検出期間で、リレースイッチ１２をオフにしバッテリ１３の開放電圧を検出する。この際、電圧検出期間は、充電可能期間（Ｔｂ）の中の、一定の所定期間であり、例えば、充電終了時間（２時）からの所定期間、あるいは、充電可能時間の終了時間（５時）までの所定期間とする。

上記のように、本例は、充電可能期間から電圧検出期間を差し引いた時間を充電時間に設定し、当該充電時間でバッテリ１３を満充電まで充電する。これにより、２４時間稼働させるシステムにおいて、充電可能時間のうち電圧検出期間を確保した上で残りの時間を充電時間とするため、負荷への供給電力が不安定になることを防ぎつつ、バッテリ１３の開放電圧を検出することができる。

なお、本例では、満充電まで充電する際に、充電電力を許容充電電力に設定して、充電時間が充電可能期間から電圧検出期間を差し引いた時間以下であれば、設定された条件で充電制御を行うが、充電時間が充電可能期間から電圧検出期間を差し引いた時間以下である条件を満たす限り、充電電力を許容充電電力より小さくして、バッテリ１３を充電してもよい。バッテリ１３への充電時の負担を考慮すると、充電電力は許容充電電力より低い電力の方がよい。また、バッテリ１３の開放電圧は、バッテリ１３の充電後、少なくとも１回検出できれば十分である。そのため、電圧検出時間を必要以上に長くするよりは、充電時間を長くし、バッテリ１３の充電電力を下げた方が、バッテリ１３の劣化を抑制することができる。

１…交流電源
２…太陽光パネル
３…ＰＶ用電力制御器
４…負荷
５…分電盤
１０…蓄電装置
１１…バッテリ用電力制御器
１２…リレースイッチ
１３…バッテリ
１４…電圧センサ
１５…バッテリコントローラ
１００…コントローラ
１０１…消費電力予測部
１０２…発電電力予測部
１０３…充放電電力予測部

Claims (7)

1. 負荷に対して電力を供給するバッテリと前記負荷との間に接続され、電気的な導通及び遮断を切り替える切替手段と、
   前記負荷の消費電力の時系列の特性を示す負荷電力特性を予測し、予測した負荷電力特性に基づいて、前記バッテリの充放電電力の時系列の特性を示す充放電電力特性を予測する予測手段と、
   前記バッテリの開放電圧を検出する検出手段と、
   前記切替手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記予測手段により予測された充放電電力特性から前記バッテリの充放電電力が所定期間、所定電力以下になる期間を電圧検出期間として特定し、
   前記電圧検出期間内に、前記切替手段を遮断し前記開放電圧を検出する
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 電力を発電し、発電した電力で前記バッテリへ充電可能な発電手段を更に備え、
   前記予測手段は、
   前記発電手段の電力の時系列の特性を示す発電電力特性を予測し、
   前記発電電力特性及び前記負荷電力特性から前記充放電電力特性を予測する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記バッテリを充電可能な外部電源を更に備え、
   前記制御手段は、
   予め設定された、前記外部電源の電力により前記バッテリを充電可能な期間から、前記電圧検出期間を差し引いた期間内で、前記外部電源により前記バッテリを充電させる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電力制御装置。
4. 前記外部電源は商用電源であり、
   前記制御手段は、
   深夜電力の時間帯に前記商用電源の電力で前記バッテリを充電させる
   ことを特徴とする請求項３記載の電力制御装置。
5. 前記予測手段は
   前記負荷電力特性から前記バッテリに必要な充電状態を予測し、
   前記制御手段は、
   前記予測手段により予測された前記必要な充電状態に応じて、前記バッテリの充電の目標値を設定する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力制御装置。
6. 前記制御手段は、
   予め設定された、外部電源の電力により前記バッテリを充電可能な期間から前記電圧検出期間を差し引いた時間を充電時間に設定し、
   前記充電時間で前記バッテリを満充電まで充電させる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力制御装置。
7. 前記所定期間は、
   少なくとも、前記切替手段を遮断してから前記バッテリの端子間の電圧が安定するまでの時間以上に設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力制御装置。

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