JP2014220975A - 蓄電池管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の用途を考慮して蓄電池の電力を有効に利用する。
【解決手段】蓄電池管理装置１０は、電力変換部１１、判別部１２、配分設定部１３、分配部１４を備える。電力変換部１１は、蓄電池２０へ電力を蓄積する動作と蓄電池２０から電力を放出させる動作とを行う。判別部１２は、蓄電池２０から放出された電力の用途を判別する。配分設定部１３は、用途ごとに定められる分配比率を用いて、用途ごとに供給可能な電力量の上限値を定める。分配部１４は、蓄電池２０に蓄積された電力を、配分設定部１３が定めた上限値を限度として、判別部１２が判別する用途に供給させる。したがって、蓄電池２０の電力を、複数の用途に分配する際に、各用途に必要な電力量を蓄電池２０から供給できるように、蓄電池２０の電力を分配することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の充電と放電とを制御する蓄電池管理装置に関する。

近年、需要家に蓄電池を設けることが提案され、また需要家に設けられた蓄電池の様々な用途が提案されている。たとえば、商用電源のような主電源が停電した場合に、給電のバックアップを行うために二次電池（蓄電池）を用いる技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、主電源の停止が予想される災害の発生予報を取得すると、二次電池に蓄電された電荷量を定常時よりも増加させる技術が記載されている。

特開２００９−１４８０７０号公報

特許文献１に記載された技術は、二次電池の用途が給電のバックアップのみであり、二次電池の他の用途についてはとくに考慮されていない。

本発明は、蓄電池の用途を考慮して蓄電池の電力を有効に利用する蓄電池管理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電池管理装置は、蓄電池へ電力を蓄積する動作と前記蓄電池から電力を放出させる動作とを行う電力変換部と、前記蓄電池から放出された電力の用途を判別する判別部と、前記用途ごとに定められる分配比率を用いて、前記用途ごとに供給可能な電力量の上限値を定める配分設定部と、前記蓄電池に蓄積された電力を、前記配分設定部が定めた前記上限値を限度として、前記判別部が判別する前記用途に供給させる分配部とを備えることを特徴とする。

この蓄電池管理装置において、防災に関する警報情報を取得する取得部と、前記警報情報に対処する対処期間を定める期間設定部とをさらに備え、前記配分設定部は、前記対処期間と前記対処期間以外とでは、前記分配比率を変更することが好ましい。

この蓄電池管理装置において、前記用途は、電力系統からの給電が停止したときに需要家の電気負荷に前記蓄電池から電力を供給する第１の用途と、前記電力系統から需要家が受電する電力量を低減させるように前記電気負荷に前記蓄電池から電力を供給する第２の用途とが選択可能であることが好ましい。

この蓄電池管理装置において、前記取得部は、電気事業者が電力を供給する地域ごとに前記警報情報を取得し、前記配分設定部は、前記警報情報の対象である着目地域において、前記第１の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも大きく設定し、かつ前記第２の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも小さく設定することが好ましい。

この蓄電池管理装置において、前記取得部は、前記電気事業者が電力を供給する地域ごとに前記警報情報を取得し、前記配分設定部は、前記警報情報の対象ではない外部地域において、前記第１の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも小さく設定し、かつ前記第２の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも大きく設定することが好ましい。

この蓄電池管理装置において、前記蓄電池は、電動車両に搭載されていることが好ましい。

この蓄電池管理装置において、前記蓄電池は、電動車両に搭載され、前記用途は、前記電動車両の走行に用いる電力を放出する第３の用途がさらに選択可能であることが好ましい。

本発明は、蓄電池に蓄積された電力について、用途別に設定した分配比率で上限値を定め、上限値の範囲内で各用途に電力を供給している。すなわち、蓄電池を複数の用途で利用する際に、各用途に必要な電力量を蓄電池から供給できるように、蓄電池に蓄積した電力を分配することが可能になる。その結果、蓄電池の用途を考慮して蓄電池の電力を有効に利用することが可能になるという利点がある。

実施形態を示すブロック図である。 同上における警報情報の一例を説明する図である。 同上の使用例を説明する図である。 同上の他の使用例を説明する図である。

図１に示すように、以下に説明する実施形態の蓄電池管理装置１０は、電力変換部１１、判別部１２、配分設定部１３、分配部１４を備える。電力変換部１１は、蓄電池２０へ電力を蓄積する動作と蓄電池２０から電力を放出させる動作とを行う。判別部１２は、蓄電池２０から放出された電力の用途を判別する。配分設定部１３は、用途ごとに定められる分配比率を用いて、用途ごとに供給可能な電力量の上限値を定める。分配部１４は、蓄電池２０に蓄積された電力を、配分設定部１３が定めた上限値を限度として、判別部１２が判別する用途に供給させる。

また、蓄電池管理装置１０は、防災に関する警報情報を取得する取得部１５と、警報情報に対処する対処期間を定める期間設定部１６とを備えることが望ましい。配分設定部１３は、対処期間と対処期間以外とでは、分配比率を変更することが望ましい。

前記用途は、電力系統３０からの給電が停止したときに需要家の電気負荷に蓄電池２０から電力を供給する第１の用途と、電力系統３０から需要家が受電する電力量を低減させるように電気負荷に蓄電池２０から電力を供給する第２の用途とが選択可能であることが望ましい。

取得部１５は、電気事業者が電力を供給する地域ごとに警報情報を取得し、配分設定部１３は、警報情報の対象である着目地域において、第１の用途に対する分配比率を、対処期間において対処期間以外よりも大きく設定し、かつ第２の用途に対する分配比率を、対処期間において対処期間以外よりも小さく設定することが望ましい。

また、取得部１５は、電気事業者が電力を供給する地域ごとに警報情報を取得し、配分設定部１３は、警報情報の対象ではない外部地域において、第１の用途に対する分配比率を、対処期間において対処期間以外よりも小さく設定し、かつ第２の用途に対する分配比率を、対処期間において対処期間以外よりも大きく設定することが望ましい。

蓄電池２０は、電動車両４０に搭載されていることが望ましい。この場合、用途は、電動車両４０の走行に用いる電力を放出する第３の用途が選択可能であることが望ましい。

（実施形態）
以下では、防災に関する警報が発令される地域を「着目地域」と呼び、警報が発令されない地域を「外部地域」と呼ぶ。警報は、台風、竜巻、雷、大雪のように事象が生じる前に発令される警報（注意報を含む）と、噴火、地震のように予測が困難であり事象が生じてから発令される警報とがある。

これらの事象は、発電あるいは送電の設備に損傷を与える可能性がある。そのため、警報が発令された地域では、蓄電装置を備える需要家であれば停電に備えて充電量を増加させることが考えられ、また、電動車両４０を備える需要家であれば走行用の充電量を増加させることが考えられる。さらに、電動車両４０に搭載された蓄電池２０の電力を需要家で利用する場合は、蓄電装置と同様に、停電に備えて充電量を増加させることも考えられる。

一般に防災に関する警報は、地域区分を単位として発令される。一方、電気事業者により区分される地域の単位は、警報が発令される地域区分の単位とは、一般的には一致していない。したがって、以下では、電力事業者の区分による着目地域は、警報が発令される地域を包含するように設定されると仮定する。

本実施形態の蓄電池管理装置１０は、図１に示すように、蓄電池２０へ電力を蓄積する動作（充電）と蓄電池２０から電力を放出させる動作（放電）とを行う電力変換部１１を備える。また、蓄電池管理装置１０は、電力変換部１１のほかに、判別部１２、配分設定部１３、分配部１４を主な構成要素として備える。

本実施形態において、蓄電池２０は、電動車両４０に搭載されていることを想定している。また、蓄電池２０が電力の需要家に設置された蓄電装置に設けられている場合であっても、蓄電池２０の電力を電動車両４０の走行に用いる用途を除けば、以下に説明する技術を適用可能である。蓄電池２０を搭載した電動車両４０は、電気自動車、ハイブリッド車、電動二輪車を含む。また、電動車両４０は、蓄電池２０に関する情報を収集する機能と、蓄電池管理装置１０と通信する機能とを有した管理部４１を備える。

管理部４１は、蓄電池２０に関する情報として、蓄電池２０を識別するための情報（メーカ、型番など）を保持し、蓄電池２０の動作に関する情報（残容量、端子電圧、充放電回数、温度など）を収集する。これらの情報は、管理部４１が蓄電池管理装置１０と通信することによって、蓄電池管理装置１０に引き渡される。また、管理部４１は、蓄電池２０に異常が生じた場合に、電力調整装置２０に異常を通知する機能も有する。

電力変換部１１は、蓄電池２０へ蓄積する電力を電力系統３０から受電する機能、および蓄電池２０から放出される電力を電力系統３０に供給する機能を有する変換回路１１１と、変換回路１１１の動作を制御する制御回路１１２とを備える。

電力変換部１１は、電力系統３０から供給される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力により蓄電池２０を充電する機能を有する。また、電力変換部１１は、蓄電池２０に蓄えられた電力から電力系統３０の交流電力と等価な交流電力を生成する機能を有する。電力変換部１１が生成した交流電力は、需要家が利用する電気負荷（図示せず）に供給される。ここに、電力系統３０は、需要家における配線網を含む。また、上述の説明から明らかなように、電力変換部１１は、パワーコンディショナとして機能する。

蓄電池２０に蓄えられた電力を用いて電力変換部１１が生成した交流電力は、現状では、電力系統３０への逆潮流が禁止されている。したがって、電力変換部１１が生成した交流電力は、電気負荷が消費する電力と比較され、電力系統３０への逆潮流が生じないように、電力変換部１１の電力系統３０への出力が調整される。

制御回路１１２は、蓄電池２０の充電時には、蓄電池２０の特性に応じて充電電流を調整する。制御回路１１２は、蓄電池２０の放電時には、電気負荷が消費する電力、蓄電池２０の残容量などに応じて放電電流を調節する。

本実施形態において、蓄電池２０から放出される電力の用途は、以下の３種類に区分されている。第１の用途は、電力系統３０からの給電が停止（停電）したことを条件とし、電力系統３０に代わって蓄電池２０から需要家の電気負荷に電力を供給することを目的とする。第２の用途は、電力系統３０から需要家が受電する電力量が制限されることを条件とし、蓄電池２０からも電力を供給することによって、電力系統３０から受電する電力量を低減させることを目的とする。第３の用途は、蓄電池２０の電力を電動車両４０の走行に用いることを目的とする。

第１の用途は、需要家において電力系統３０から受電せずに、蓄電池２０の電力を電気負荷に供給する状態である。この状態を自立運転と呼ぶ。自立運転では、電力変換部１１で生成した交流電力は需要家内でのみ使用される。また、蓄電池２０の蓄電量は限られているから、電力変換部１１で生成された電力は、需要家のすべての電気負荷に給電するのではなく、特定の電気負荷にのみ給電することが好ましい。

第２の用途は、たとえば、電気事業者からの節電要求（デマンドレスポンス）を受けた場合に有効である。また、第２の用途は、３０分ごとの電力量の上限値（設定値）が定められ、受電する電力量が上限値を超えると電気料金の単価が増加する契約が電気事業者との間でなされている場合に有効である。これらの条件が設定されている場合、蓄電池２０から補助的に電力を供給すれば、電力系統３０から受電する電力量が低減される。

蓄電池管理装置１０に設けられた判別部１２は、蓄電池２０から放出された電力の用途を判別する機能を有する。第１の用途および第２の用途では、蓄電池２０から電力変換部１１を通して電力系統３０に電力を放出する。したがって、判別部１２は、電力変換部１１が蓄電池２０からの電力の放出に用いられている状態、あるいは電力変換器１１から電力負荷に電力が供給されている状態を認識すると、蓄電池２０の電力が第１の用途あるいは第２の用途に用いられていると判断する。

判別部１２は、上述の状態の認識に加えて、電力系統３０が停電していれば第１の用途であると判断し、停電していなければ第２の用途であると判断する。第３の用途では、蓄電池２０の電力が電動車両４０の走行に用いられるから、判別部１２は、電力変換部１１が動作せずに電動車両４０の電動機に給電されていることをもって第３の用途であると判断する。

配分設定部１３は、上述した用途ごとに定められる分配比率を用いて、用途ごとに供給可能な電力量の上限値を定める。蓄電池２０から放出される電力は、配分設定部１３が定めた用途ごとの上限値を限度として各用途に用いられる。すなわち、分配部１４は、用途別の電力量を判別部１２が判別した用途ごとに計測し、計測した電力量が用途ごとの上限値に達するまで各用途に使用させる。

蓄電池管理装置１０において、電力変換部１１を除く構成は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたデバイスを主なハードウェア構成とする。この種のデバイスは、プロセッサとメモリとを一体に備えるマイコンを代表例とするが、プロセッサにメモリを付設する構成であってもよい。

本実施形態では、蓄電池２０の電力の用途が３種類であるから、分配比率は、３種類の用途についてそれぞれ設定される。配分設定部１３は、分配比率を固定的に設定するのではなく、他の条件に応じて動的に設定する。

たとえば、通常時には、第２の用途に用いる電力量の分配比率を高く設定することが望ましい。一方、警報が発令された場合には、経済性よりも安全の確保の比重が高くなるから、第２の用途に用いる電力量よりも第１の用途あるいは第３の用途に用いる電力量の分配比率を高く設定することが望ましい。

このように、警報が発令された場合に、分配比率を変更するために、蓄電池管理装置１０は、防災に関する警報情報を取得する取得部１５を備え、さらに警報情報に対処するための対処期間を定める期間設定部１６を備える。取得部１５は、原則として、インターネットのような電気通信回線を通して他装置から警報情報を取得する。警報情報は、警報の種類、警報を発令する地域および日時を含む。

警報が発令される事象として台風を例にすると、図２に示すように、台風の進路ＲＴが予測され、また進路ＲＴの各地点を通過する日時が予測される。このような予測に基づいて、進路ＲＴに沿った地域区分ごとに、暴風雨、高潮などに対する警報が発令される。図示例における円形の部分は予報円であり、図示例では、隣接する予報円の接線の間の領域を進路ＲＴとみなしている。

警報が発令される事象が台風である場合、取得部１５は、台風に関連した警報（暴風雨警報、波浪警報、高潮警報など）を取得する。また、取得部１５は、警報が発令された地域および日時も併せて取得する。期間設定部１６は、警報が発令された日時を対処期間の開始時点に定め、対処期間の終了時点を、たとえば警報が解除された時点とする。

また、期間設定部１６は、対処期間の開始時点は警報が発令された日時を採用し、対処期間の終了時点は警報の種類に応じて推定するようにしてもよい。たとえば、発令された警報の種類によっては被害が発生し、警報の解除後も被害の結果が継続する場合があるから、対処期間の終了時点は別途に定めるほうが望ましい。

さらにまた、期間設定部１６は、対処期間の開始時点および終了時点を、取得部１５が警報を取得する前に、警報が発令される可能性がある事象に関する情報に基づいて設定してもよい。たとえば、取得部１５が、警報が発令される可能性のある事象として台風の進路ＲＴと地域ごとの通過時刻とを取得する場合、期間設定部１６は、進路ＲＴに基づいて地域を推定し、通過時刻に基づいて対処期間を推定することが可能である。

上述のように対処期間を設定できる場合には、配分設定部１３は、対処期間と対処期間以外とでは、分配比率を変更することが望ましい。また、対処期間においては、着目地域と外部地域とでは、分配比率を異ならせることが望ましい。

図３に配分設定部１３による分配比率の例を示す。図３は蓄電池２０が満充電である蓄電量、あるいは通常時について定められている蓄電量である状態を基準にして分配比率を示している。満充電を基準にする場合、対処期間の開始時点で急速充電を行って満充電にするという処理を前提として各用途に分配する電力量を設定すればよい。

図３（ｂ）は、通常時（対処期間以外）の分配比率の例を示している。通常時には、第１の用途に用いる電力量Ｑ１、第２の用途に用いる電力量Ｑ２、第３の用途に用いる電力量Ｑ３が、たとえば、Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝２０：３０：５０などに設定される。

図３（ａ）は対処期間における外部地域の分配比率、図３（ｃ）は対処期間における着目地域の分配比率の例を示している。

外部地域では、図３（ａ）に示すように、対処期間において、第１の用途（停電時の給電）に対応可能な電力量Ｑ１と第３の用途（電動車両４０の走行）に対応可能である電力量Ｑ３とが通常時よりも少なくなるように、分配比率が調節される。また、対処期間において、第２の用途（電力の補助）に対応可能である電力量Ｑ２は、通常時よりも増加させている。これは、外部地域から着目地域に電力を融通することを想定した処理である。すなわち、着目地域に電力を融通することにより、外部地域において電気事業者から供給する電力が逼迫する可能性があるから、各需要家において蓄電池２０の電力を放出し、電力系統３０から受電する電力量を低減させるのである。この場合、たとえば、Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝１０：５０：４０などに設定される。

一方、着目地域では、図３（ｃ）に示すように、対処期間において、第１の用途（停電時の給電）に対応可能な電力量Ｑ１と第３の用途（電動車両４０の走行）に対応可能である電力量Ｑ３とが通常時よりも多くなるように、分配比率が設定される。また、対処期間において、第２の用途（電力の補助）に対応可能である電力量Ｑ２は、通常時よりも減少させている。これは、対処期間においては、停電に対して電力を確保すること、あるいは避難のために電動車両４０の航続距離を確保することなどが経済的な理由に優先するからである。この場合、たとえば、Ｑ１：Ｑ２：Ｑ３＝３０：１０：６０などに設定される。

ところで、リチウムイオン電池のような蓄電池２０は、常時は満充電の状態を保持していると劣化しやすくなるから、通常時は６０〜８０％程度の充電率に維持している。分配比率は、上述のように、蓄電池２０が満充電である状態を基準にして定められるから、通常時に蓄電池２０に蓄えられている電力量では、上述した分配比率を満たすことができない場合がある。この場合、蓄電池２０の電力量が、図４に示す関係になるように、蓄電池２０の充電および放電を制御することが望ましい。

図４は、蓄電池２０が満充電ではない状態における電力量の分配例を示している。図中の斜線部は充電量（充電された電力量）を表している。

ここに、通常時（対処期間以外）は、図４（ｂ）に示すように、第２の用途以外の電力量Ｑ１，Ｑ３が確保されている。したがって、上述した分配比率を用いると、蓄電池２０の充電率は７０％になる。この場合、第２の用途に利用する電力量Ｑ２が確保されないから、蓄電池２０を第２の用途にも利用する場合には、充電率を高める必要がある。

一方、対処期間には、着目地域か外部地域かにかかわらず、経済性あるいは節電を目的とする第２の用途よりも、第１の用途および第３の用途に蓄電池２０の電力を利用することが優先される。外部地域では、図４（ａ）のように、第１の用途と第３の用途とのために準備される電力量は少なく、上述した分配比率では、充電率が５０％であればよい。また、着目地域では、図４（ｃ）のように、第１の用途と第３の用途とのために準備される電力量が多く、上述した分配比率では、充電率が９０％になる。

そのため、外部地域の蓄電池２０は、第２の用途に利用するための電力を放出し、着目地域の蓄電池２０は、第１の用途に利用するための電力を確保できるように充電される。要するに、対処期間において、着目地域では蓄電率が上昇し、かつ外部地域では蓄電率が低下するように蓄電率が制御される。外部地域の蓄電池２０は放電し、着目地域の蓄電池２０は充電される。したがって、外部地域では、蓄電池２０の充電率が、たとえば図４（ｄ）のように、７０％から５０％に低減され、着目地域では、蓄電池２０の充電率が、たとえば図４（ｅ）のように、７０％から９０％に高められる。

蓄電池２０の蓄電率が、このように操作されることによって、外部地域において、電力系統３０から受電する電力量を増加させずに、蓄電池２０から放出した電力を着目地域に融通することが可能になる。言い換えると、外部地域で節電した電力量が、間接的に着目地域に供給されたことになる。

１０ 蓄電池管理装置
１１ 電力変換部
１２ 判別部
１３ 配分設定部
１４ 取得部
１６ 期間設定部
２０ 蓄電池
３０ 電力系統
４０ 電動車両
１１１ 変換回路
１１２ 制御回路

Claims (7)

1. 蓄電池へ電力を蓄積する動作と前記蓄電池から電力を放出させる動作とを行う電力変換部と、
   前記蓄電池から放出された電力の用途を判別する判別部と、
   前記用途ごとに定められる分配比率を用いて、前記用途ごとに供給可能な電力量の上限値を定める配分設定部と、
   前記蓄電池に蓄積された電力を、前記配分設定部が定めた前記上限値を限度として、前記判別部が判別する前記用途に供給させる分配部とを備える
   蓄電池管理装置。
2. 防災に関する警報情報を取得する取得部と、
   前記警報情報に対処する対処期間を定める期間設定部とをさらに備え、
   前記配分設定部は、前記対処期間と前記対処期間以外とでは、前記分配比率を変更する
   請求項１記載の蓄電池管理装置。
3. 前記用途は、
   電力系統からの給電が停止したときに需要家の電気負荷に前記蓄電池から電力を供給する第１の用途と、
   前記電力系統から需要家が受電する電力量を低減させるように前記電気負荷に前記蓄電池から電力を供給する第２の用途とが選択可能である
   請求項２記載の蓄電池管理装置。
4. 前記取得部は、電気事業者が電力を供給する地域ごとに前記警報情報を取得し、
   前記配分設定部は、前記警報情報の対象である着目地域において、
   前記第１の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも大きく設定し、かつ前記第２の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも小さく設定する
   請求項３記載の蓄電池管理装置。
5. 前記取得部は、前記電気事業者が電力を供給する地域ごとに前記警報情報を取得し、
   前記配分設定部は、前記警報情報の対象ではない外部地域において、
   前記第１の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも小さく設定し、かつ前記第２の用途に対する分配比率を、前記対処期間において前記対処期間以外よりも大きく設定する
   請求項３又は４記載の蓄電池管理装置。
6. 前記蓄電池は、電動車両に搭載されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電池管理装置。
7. 前記蓄電池は、電動車両に搭載され、
   前記用途は、前記電動車両の走行に用いる電力を放出する第３の用途がさらに選択可能である
   請求項３〜５のいずれか１項に記載の蓄電池管理装置。

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