JP2013247726A - 蓄電池劣化制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電池劣化制御装置を提供する。
【解決手段】蓄電池劣化制御装置は、パターン生成部、メモリ、劣化量算出部、評価部、充放電制御部を備える。前記パターン生成部は前記メモリの電力設備の発電量と電力消費量とから、所定期間に蓄電池を充放電する複数の充放電制御パターンを生成する。前記劣化量算出部は複数の充放電制御パターンに対して、前記蓄電池の充電状態および温度から特定される劣化パラメータを適用して前記蓄電池の劣化量をそれぞれ算出する。前記評価部は複数の劣化量の中から、前記蓄電池の劣化量が最良の充放電制御パターンを決定する。前記充放電制御部は決定した充放電制御パターンを用いて前記蓄電池の充放電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えば蓄電池を用いた電力供給システムなどに適用可能な蓄電池劣化制御装置に関する。

住居に太陽光発電システムと蓄電池を設置し、太陽光発電システムで発電した電力を昼のうちに蓄電池に蓄積し、夜間の電力に当てることで、電力関連のコストを抑える定置型の電力供給システムが普及しつつある。

ところで、現在、市販されている蓄電池は、例えばリチウムイオン電池などであり、これは比較的高価なものである。このため蓄電池の劣化を抑えて蓄電池の寿命を長くすることが有益である。

従来の技術として、例えば最初から残量の８０％程度しか二次電池を充電せずに使用する方法が既にある。この方法の場合、残量８０％以上を使用せず、容量劣化が起って初期の８０%が１００%相当になったら寿命とすることで、二次電池の劣化をある程度抑制することができる。

特開２００９−１９９７７４号公報

しかしながら、従来の二次電池の充放電方法の場合、二次電池自体の劣化をある程度抑制することはできるものの、それがトータルライフサイクルコストとして見た場合に適切であるとは限らない。

つまり従来の方法では、二次電池の残量８０％以上を使用しないため、その不足分を他の電力で補うか、または負荷側の電力消費を抑える工夫をする必要があり、これがその家庭（ユーザ）にとって最良ということにはならない。

また、従来の方法は、二次電池の劣化要因を二次電池の残存容量としているが、二次電池の劣化要因はこれだけとは限らない。

本発明が解決しようとする課題は、電力設備の１つに蓄電池を用いる中で、ユーザにとってよりよい電力の使い方ができる蓄電池劣化制御装置を提供することにある。

実施形態の蓄電池劣化制御装置は、計測部、発電量生成部、電力消費量生成部、メモリ、パターン生成部、劣化量算出部、評価部、充放電制御部を備える。前記計測部は制御対象の蓄電池の充電状態を計測する。前記発電量生成部は建物に電力を供給する電力設備の仕様データまたは前記電力設備の稼働状況から、所定期間に時間の変化に伴い前記電力設備により発電される発電量を生成する。前記電力消費量生成部は前記建物に設置された負荷の仕様データまたは電力メータから得られるデータから、前記家屋で前記所定期間に時間の変化に伴い消費される電力の消費量を生成する。前記メモリには前記蓄電池の温度と前記蓄電池の充電割合により特定される前記蓄電池の単位時間あたりの劣化パラメータが設定されている。前記パターン生成部は前記電力設備の発電量と前記電力の消費量とから、前記所定期間に前記蓄電池を充放電する複数の充放電制御パターンを生成する。前記劣化量算出部は前記パターン生成部により生成された複数の充放電制御パターンに対して、前記計測部により計測された前記蓄電池の充電状態および温度から特定した前記劣化パラメータを適用して前記蓄電池の劣化量をそれぞれ算出する。前記評価部は前記劣化量算出部により算出された複数の劣化量の中から、前記蓄電池の劣化量が最良の充放電制御パターンを決定する。前記充放電制御部は前記評価部により決定された前記充放電制御パターンを用いて前記蓄電池の充放電を制御する。

実施形態の蓄電池劣化制御装置の構成を示す図である。 劣化速度テーブルの一例を示す図である。 重み付けテーブルの一例を示す図である。 一日の発電量と電力消費量のパターンの一例を示す図である。 図４の発電量と電力消費量のパターンを満たすために蓄電池の一日の充電状態の変化を示すパターン（曲線）である。 蓄電池劣化制御装置の動作を示すフローチャートである。 蓄電池劣化制御装置の他の実施例（動作例）を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態の蓄電池劣化制御装置の構成を示す図である。

図１に示すように、この実施形態の蓄電池劣化制御装置１は、発電予測部１１、負荷予測部１２、計測部１３、メモリ１４、パターン生成部１５、劣化量算出部１６、評価部１７、充放電制御部１８を備える。

蓄電池劣化制御装置１は、例えばコンピュータなどであり、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスク装置、外部接続インターフェース、通信インターフェースなどを備えている。

上記各部は、ハードディスク装置にインストールされたソフトウェア（プログラム）がメモリに読み込まれてＣＰＵを動作させることでＣＰＵの機能として実現される。

外部接続インターフェースには、モニタなどの表示装置、キーボードおよびマウスなどの入力装置が接続される。通信インターフェースには、ＬＡＮケーブルなどが接続される。蓄電池劣化制御装置１はＬＡＮケーブルを介して外部の機器（電力メータ、太陽光発電システム２、インターネット上のサーバなど）に接続されている。

発電予測部１１は、充放電制御部１８から指示された運用モードに応じて、建物に電力を供給する電力設備、太陽光発電システム２の仕様データまたは太陽光発電システム２から得られた過去の稼働状況のデータを基に、太陽光発電システム２の一定の期間（１日、２４時間など）の発電量のパターンを生成（予測）する。

つまり発電予測部１１は、建物に電力を供給する電力設備の仕様データまたは電力設備の稼働状況から、所定期間に時間の変化に伴い電力設備により発電される発電量を生成する発電量生成部として機能する。

運用モードは、例えば長寿命、短寿命、経済性等の充放電制御部１８の動作モードがある。長寿命モードは、蓄電池４の劣化をより少なくし寿命をできるだけ長く延ばすための動作モードである。短寿命モードは、蓄電池４の劣化を考慮せずに蓄電池４をフルに使って電力を安定的に利用するための動作モードである。経済性モードは、蓄電池４の寿命と電力消費量とのバランスをとり、電力効率が高くかつ電力にかかるコスト（電気代）を安くするための動作モードである。つまり、これらの運用モードは、長寿命、短寿命、経済性のいずれかを優先するモードであり、これらの中から１つがメモリ１４に設定される。

負荷予測部１２は、充放電制御部１８から指示された運用モードに応じて、建物に設置された負荷機器３、例えばＯＡ機器、エアコン、冷蔵庫、照明器具などの仕様データまたは建物に取り付けられた電力メータから過去に実際に得られたデータを基に、今後、建物で一定の期間（例えば１日、２４時間など）に消費する電力消費量のパターンを生成（予測）する。

つまり負荷予測部１２は、建物に設置された負荷の仕様データまたは電力メータから得られるデータから、家屋で所定期間に時間の変化に伴い消費される電力の消費量を生成する電力消費量生成部として機能する。

計測部１３は、建物に設置された制御対象の蓄電池４の電池状態（充電状態および温度など）を計測しメモリ１４に記憶する。充電状態はＳＯＣ（単位：％）で表される。

パターン生成部１５は、発電予測部１１からの電力設備の発電量のパターンと負荷予測部１２からの電力消費量のパターンと充放電制御部１８から指示された運用モードとから、一定の期間（１日、２４時間など）の蓄電池４の電池状態（充放電時間及び充電割合）を徐々に変化させた複数の運用パターンを生成する。

すなわち、パターン生成部１５は、電力設備の発電量と電力の消費量とを基に、所定期間に蓄電池４を充放電する複数の運用パターンを生成する。

運用パターンとは充電と放電を時間によって切り換えて行う充放電動作のパターンである。なお図５は時間の変化に伴う蓄電池４の充電状態の変化を示すパターンである。生成された各運用パターンは、充放電制御部１８が蓄電池４の充放電を制御する上での適用する候補とされるものである。

劣化量算出部１６はパターン生成部１５により生成された蓄電池４の複数の運用パターンに対して、計測部１３により計測された蓄電池４の充電状態および温度から特定される劣化パラメータを適用して蓄電池４の劣化量をそれぞれ算出する。つまり劣化量算出部１６は複数の運用パターンに対してメモリ１４の劣化パラメータを適用してそれぞれのパターンに対して蓄電池４の劣化量を算出する。

評価部１７は、指定された運用モードの中で、劣化量算出部により算出された劣化量が最小の運用パターンを評価結果が最良の充放電パターンとし、充放電制御部１８が蓄電池４の充放電を制御する上での適用パターンに決定し充放電制御部１８へ通知する。

すなわち評価部１７は、劣化量算出部１６により算出された複数の劣化量の中から、蓄電池４の劣化量が最良の充放電制御パターンを決定する。

これ以外に以下のように演算を加えて評価してもよい。すなわち評価部１７は劣化量算出部１６により算出された各パターンの蓄電池４の劣化量を所定の条件により資産価値に変換し、変換した資産価値と電気代とを加算して評価値としてもよい。資産価値と電気代には、図３に示す重み付けテーブル２０を参照してそれぞれ運用モードに応じた重み付けをし、重み付けした評価値で評価してもよい。

充放電制御部１８はユーザが指定した運用モードに応じた発電と電力消費のパターンの生成を発電予測部１１および負荷予測部１２に指示する。充放電制御部１８はさまざまな充電と放電のパターンで蓄電池４を充放電することが可能であり、評価部１７により決定された評価結果が最良の運用パターンを用いて蓄電池４の充放電を制御する。

メモリ１４には、ユーザにより選択指示された運用モード（長寿命、短寿命、経済性等のモードのいずれか）が設定されている。

このような運用モードの選択指示内容の他、メモリ１４には、劣化速度テーブル１９（図２参照）および重み付けテーブル２０（図３参照）などが記憶されている。すなわちメモリ１４には蓄電池４の温度と蓄電池４の充電割合により特定される蓄電池４の単位時間あたりの劣化パラメータが設定されている。

図２に示すように、劣化速度テーブル１９には、予め蓄電池４を使用する温度と蓄電池４の充電割合毎に、蓄電池４の単位時間あたりの劣化パラメータが設定されている。この劣化速度テーブル１９を参照することで蓄電池４の充電状態と温度により劣化パラメータを特定できる。劣化パラメータは蓄電池４の劣化の進み具合の指標となる係数（劣化係数）である。

この例では、例えば温度が１０〜２０度程度の低温「低」で、充電状態が１０−４０％程度の「低」の場合の劣化パラメータは0.001等である。温度が２０−３０度程度の中温「中」で、充電状態が５０−７０％程度の「中」の場合の劣化パラメータは0.003等である。温度が４０度以上の高温「高」で、充電状態が７０％以上の「高」の場合の劣化パラメータは0.007等である。劣化パラメータの数値が高いほど、劣化の進みが早いことを意味する。

なお、ここで例示した劣化速度テーブル１９の区分の仕方は、あくまでも一例であり、１度および１％単位や５度および５％単位で区分してもよく、劣化速度テーブル１９の区分の仕方はこの例に限定されるものではない。

図３に示すように、重み付けテーブル２０は、ユーザにより指定される運用モード（長寿命、短寿命、経済性等）に応じて資産価値の重み付け係数αと電気代の重み付け係数βとが設定されている。

この実施形態の蓄電池劣化制御装置の動作を説明する。
この実施形態の場合、ユーザはキーボードなどの入力装置から予め所望の運用モードを指示しメモリ１４に設定しておくものとする。

発電予測部１１は、太陽光発電システム２の仕様データまたは太陽光発電システム２の過去の稼働状況から、太陽光発電システム２の発電量のパターン（時系列に従った発電量の変化パターン）を生成（予測）する（図６のステップＳ１０１）。

具体的には、例えば図４の発電量Ｐのような曲線を示すデータ（以下これを「発電予測情報」と称す）が生成される。図４のグラフにおいて縦軸は出力（Ｗ）を示し横軸は時刻を示す。

また負荷予測部１２は、予めメモリ１４に記憶されている負荷機器３の仕様データまたは建物に取り付けられた電力メータから実際に得られた過去の同じ日の電力消費量のデータから、建物で一定の期間（例えば１日、２４時間など）に消費する電力消費量のパターン（時系列に従った電力消費量の変化パターン）を生成（予測）する（ステップＳ１０２）。

具体的には、例えば図４の電力消費量Ｑのような曲線を示すデータ（以下これを「負荷予測情報」と称す）が生成される。なお計測部１３は蓄電池４の充電状態および蓄電池４の温度を常に計測しメモリ１４に記憶している。

パターン生成部１５は発電予測情報と負荷予測情報から、一定の期間（１日、２４時間など）のうちで電池状態（充電割合）と充放電時間を徐々に変えた蓄電池４の充放電パターンを複数生成する（ステップＳ１０３）。このようにして生成された蓄電池４の運用パターンで、建物のすべての電力消費を蓄電池４で賄うように蓄電池４が充放電された場合の、時間の変化に伴う蓄電池４の充電状態の変化を示す蓄電池電力量Ｒの曲線（パターン）の一例を図５に示す。

劣化量算出部１６は、パターン生成部１５により生成された蓄電池４の複数の充放電パターンに対して、計測部１３により計測された蓄電池４の充放電時の充電状態と温度から特定される劣化速度テーブル１９の劣化パラメータを当てはめて蓄電池４の一日の劣化量を算出する（ステップＳ１０４）。

そして、評価部１７は、算出された複数の劣化量の中から、蓄電池４の劣化量が最良（この場合は劣化量が最小）の充放電制御パターンを運用すべきパターンに決定（選定）し（ステップＳ１０５）、充放電制御部１８へ通知する。

充放電制御部１８は、評価部１７により決定（選定）された充放電制御パターンを用いて蓄電池４の充放電を制御する（ステップＳ１０６）。

このようにこの実施形態によれば、蓄電池４の充放電時の充電状態と温度から特定される劣化パラメータを劣化速度テーブル１９に記憶しておき、パターン生成部１５が生成した適用候補の複数の充放電パターンに該当する劣化パラメータを当てはめて蓄電池４の一日の劣化量を算出し、その中から運用すべき充放電パターンを決定することで、電力設備の１つに蓄電池４を用いる中で、蓄電池４の寿命、利便性、経済性などを考慮したユーザにとってよりよい電力の使い方ができる蓄電池劣化制御装置を提供することができる。

次に、他の実施形態を説明する。
この例は、電力の使い方に買電と売電を考慮し、さらに資産価値と電気代から摘要候補の充放電パターンを評価することで、経済効果をさらに高める例である。

上記実施形態では、パターン生成部１５が、複数の充放電パターンを生成する上で、供給用の電源として、太陽光発電システム２と蓄電池４を考慮したが、この例の場合、太陽光発電システム２と蓄電池４で不足する分の電力を電力会社からの買電により賄い、余剰した電力を電力会社などへ売電するものとする。

この例の場合、発電予測部１１は、太陽光発電システム２の仕様データまたは太陽光発電システム２の過去の稼働状況から、太陽光発電システム２の発電量のパターン（時系列に従った発電量の変化パターン）を生成（予測）する（図７のステップＳ２０１）。

また負荷予測部１２は、予めメモリ１４に記憶されている負荷機器３の仕様データまたは建物に取り付けられた電力メータから実際に得られた過去の同じ日の電力消費量のデータから、建物で一定の期間（例えば１日、２４時間など）に消費する電力消費量のパターン（時系列に従った電力消費量の変化パターン）を生成（予測）する（ステップＳ２０２）。

パターン生成部１５は、発電予測情報と負荷予測情報の他、買電と売電の差額の電気代から、蓄電池４の充放電パターンの適用候補を複数生成する（ステップＳ２０３）。

さらに、劣化量算出部１６は、適用候補の複数の充放電パターンに対して、蓄電池４の充放電時の充電状態と温度から特定した劣化パラメータを用いて蓄電池４の一日の劣化量を算出する（ステップＳ２０４）。

続いて、評価部１７は、劣化量算出部１６により算出された蓄電池４の一日の劣化量を、資産価値に変換し、その資産価値に電気代を加算する評価式にて評価値を求める（ステップＳ２０５）。なお電気代は買電と売電の差額とする。

評価式は、例えば評価値＝重み付け係数α×資産価値＋重み付け係数β×電気代であり、評価部１７は重み付けテーブル２０を参照して、運用モードに応じた重み付け係数α，βを上記評価式に設定して評価値を計算する（ステップＳ２０６）。

この場合、評価部１７は、蓄電池４を導入するための初期コストを寿命で割り算することで、単位時間当たりのコスト（￥／ｈ）を算出でき、これを資産価値とする。

例 初期コスト(100万円)／寿命（20年×365日×24時間）=5.7円／ｈ
そして、充放電制御部１８は評価部１７による評価値の計算結果（評価結果）が最良（この場合は評価値が最小）の充放電パターンを用いて蓄電池４の充放電を制御する（ステップＳ２０６）。

このようにこの実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、電力の使い方に買電と売電を考慮し、さらに資産価値と電気代から運用パターンを評価することで、経済効果をさらに高めることができる。さらに資産価値と電気代に運用モードに応じた重み付けを行うことで、ユーザの指向に則したモードでの運用ができ、ユーザにとってよりよい電力の使い方ができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。

また上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。

１…蓄電池劣化制御装置、２…太陽光発電システム、３…負荷機器、４…蓄電池、１１…発電予測部、１２…負荷予測部、１３…計測部、１４…メモリ、１５…パターン生成部、１６…劣化量算出部、１７…評価部、１８…充放電制御部、１９…劣化速度テーブル、２０…重み付けテーブル。

Claims (4)

1. 制御対象の蓄電池の充電状態を計測する計測部と、
   建物に電力を供給する電力設備の仕様データまたは前記電力設備の稼働状況から、所定期間に時間の変化に伴い前記電力設備により発電される発電量を生成する発電量生成部と、
   前記建物に設置された負荷の仕様データまたは電力メータから得られるデータから、前記家屋で前記所定期間に時間の変化に伴い消費される電力の消費量を生成する電力消費量生成部と、
   前記蓄電池の温度と前記蓄電池の充電割合により特定される前記蓄電池の単位時間あたりの劣化パラメータが設定されたメモリと、
   前記電力設備の発電量と前記電力の消費量とを基に、前記所定期間に前記蓄電池を充放電する複数の充放電制御パターンを生成するパターン生成部と、
   前記パターン生成部により生成された複数の充放電制御パターンに対して、前記計測部により計測された前記蓄電池の充電状態および温度から特定した前記劣化パラメータを適用して前記蓄電池の劣化量をそれぞれ算出する劣化量算出部と、
   前記劣化量算出部により算出された複数の劣化量の中から、前記蓄電池の劣化量が最良の充放電制御パターンを決定する評価部と、
   前記評価部により決定された前記充放電制御パターンを用いて前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と
   を具備する蓄電池劣化制御装置。
2. 前記評価部は、
   前記劣化量算出部により算出された各充放電制御パターンの蓄電池の劣化量を所定の条件により資産価値に変換し、変換した資産価値と電気代とを加算して評価値を算出し、算出した前記評価値が最良の充放電制御パターンを適用すべき充放電制御パターンに決定する請求項１記載の蓄電池劣化制御装置。
3. 前記メモリには、前記蓄電池を充放電するための異なる動作モードが設定されており、
   前記評価部は、
   前記資産価値と前記電気代に、前記動作モードに応じた重み付けを行って評価値を算出する請求項２記載の蓄電池劣化制御装置。
4. 前記動作モードは、長寿命、短寿命、経済性のいずれかを優先するモードの中から１つが設定される請求項３記載の蓄電池劣化制御装置。

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