JP2015082912A - 制御装置、制御方法および創蓄連携装置 - Google Patents

Abstract

【課題】夜間から昼間にかわる時点から効率よく充電を行うことのできる制御装置を提供する。【解決手段】創蓄連携装置１は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置５へ供給するとともにバッテリー装置３に蓄え、夜間にバッテリー装置３に蓄えられた電力を外部装置５へ供給する。バッテリー装置３には、太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池６と、蓄電池６を温めるヒーター７が備えられる。制御装置４は、太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の出時刻を記憶するメモリ１１と、メモリ１１に記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前に蓄電池６を温めるのを開始する制御信号をヒーター７へ出力するヒーター電力出力部１２を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間にバッテリー装置に蓄えられた電力を外部装置へ供給する制御を行う創蓄連携装置用の制御装置に関するものである。

近年、太陽光発電とバッテリーを活用した電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そのような装置の一つに創蓄連携装置がある。創蓄連携装置は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える機能と、夜間にバッテリー装置に蓄えられた電力を外部装置へ供給する機能を備えている。

特開２０００−１０２１９２号公報

上記のような創蓄連携装置を、屋外で、特に商用電源のない地域（無電化地域）で運用するためには、装置の省電力化が強く求められている。しかし、その一方、リチウムイオン電池は化学反応で充放電を行うため、充電時や放電時に一定の温度範囲に制御（温度制御）しておく必要がある。この温度制御は、通常、創蓄連携装置のバッテリー装置に備えられたヒーターにより行われるが、その場合、いかに省電力で温度制御を行うかが問題となる。

一般に、リチウムイオン電池の「充電可能な最低温度」は「放電可能な最低温度」より高い。すなわち、「充電可能な最低温度＞放電可能な最低温度」である。そのため、リチウムイオン電池の温度は、昼間に「充電可能な最低温度」以上とし、夜間に「放電可能な最低温度」以上とすることが望ましい。

また、リチウムイオン電池を暖める時の時間差の問題もある。例えば、大容量のリチウムイオン電池の場合、電池の温度を上げるまでには相当の時間がかかる。すなわち、ヒーターをＯＮにしてからリチウムイオン電池の温度が上がるまでに時間差が生じる。つまり、夜間から昼間にかわる時点でヒーターをＯＮにしたのでは、「充電可能な最低温度」となるまでに時間がかかってしまい、「充電可能な最低温度」となるまでの間、効率よく充電を行うことができないという問題があった。

そこで、装置を設置する場所の位置情報（緯度経度の情報）を設定したり、暦情報（場所ごとの１年分の日の出時刻の情報）を記憶させて、装置を設置した場所に応じた最適な温度制御をすることも考えられるが、その場合には、そのための機能やユニットを付加するために高コストになり、消費電力も増加してしまう。また、正確な時刻あわせをする必要もあり、その分の機能やユニットを付加するために、更なる高コスト化や消費電力の増加をまねいてしまう。さらに、山間部など、装置を設置する場所によっては、地形の影響などによって、日の出や日の入の時刻にずれ（平地における日の出や日の入りの時刻からのずれ）が生じることもあり得る。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、夜間から昼間にかわる時点から効率よく充電を行うことができ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御を低コストかつ省電力で行うことのできる創蓄連携装置用の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間に前記バッテリー装置に蓄えられた電力を前記外部装置へ供給する制御を行う創蓄連携装置用の制御装置であって、前記バッテリー装置には、前記太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池と、前記蓄電池を温めるヒーターとが備えられ、前記制御装置は、前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の出時刻を記憶するメモリと、前記メモリに記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前に前記蓄電池を温めるのを開始する制御信号を前記ヒーターへ出力するヒーター電力出力部と、を備えた構成を有している。

この構成により、太陽光発電により得られた電力量変化から、その日（例えば、運用開始の初日）の日の出時刻が求められ、制御装置のメモリに記憶される。翌日（例えば、二日目）、メモリに記憶されている前日（初日）の日の出時刻より所定時間前（例えば、三時間前）に、制御装置からバッテリー装置に制御信号が送られ、ヒーターで蓄電池を温めるのが開始される。これにより、夜間から昼間にかわる時点（太陽光発電により得られた電力を蓄電池に蓄えるのを開始する時点）で、蓄電池の温度を適切な温度（充電可能な最低温度、例えば５℃）まで上げておくことができ、効率よく充電を行うことが可能になる。この場合、前日の日の出時刻を利用しているので、装置を設置する場所の位置情報（緯度経度の情報）を設定したり、暦情報（場所ごとの１年分の日の出時刻の情報）を記憶させる必要がなく、また、正確な時刻あわせをする必要もない。したがって、装置の低コスト化や省電力化が可能となり、そのうえ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御（蓄電池の温度制御）が可能になる。

また、本発明の制御装置では、前記メモリは、前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の入時刻を記憶し、前記ヒーター電力出力部は、前記メモリに記憶されている前日の日の入時刻に前記蓄電池を温めるのを停止する制御信号を前記ヒーターへ出力する構成を有している。

この構成により、太陽光発電により得られた電力量変化から、その日（例えば、運用開始の初日）の日の入時刻が求められ、制御装置のメモリに記憶される。翌日（例えば、二日目）、メモリに記憶されている前日（初日）の日の入時刻に、制御装置からバッテリー装置に制御信号が送られ、ヒーターで蓄電池を温めるのが停止される。これにより、昼間から夜間にかわる時点（太陽光発電により得られた電力を蓄電池に蓄えるのを停止する時点）で、蓄電池の温度制御を終了し、不要な電力消費を抑えることが可能になる。すなわち、装置の省電力化が可能になる。

また、本発明の制御装置は、前記太陽光発電により得られる電圧の変化を監視する電圧監視部と、前記太陽光発電により得られる電圧の変化に基づいて前記日の出時刻を決定する日の出時刻決定部と、を備えた構成を有している。

この構成により、太陽光発電により得られる電圧の変化を監視して、その電圧の変化に基づいて日の出時刻が決定される。創蓄連携装置には、一般に、太陽光発電により得られる電圧の変化を監視する機能が設けられていることが多い。その場合には、その機能（電圧監視機能）を利用することにより、日の出時刻を決定することができ、その分、装置の低コスト化が可能になる。

また、本発明の制御装置では、前記ヒーター電力出力部は、夜間に前記蓄電池の温度が所定温度以下にならないように前記蓄電池を温める制御信号を前記ヒーターへ出力する構成を有している。

この構成により、夜間には、制御装置からバッテリー装置に制御信号が送られ、蓄電池の温度が所定温度（放電可能な最低温度、例えば−１０℃）以下にならないように制御される。これにより、夜間にバッテリー装置に蓄えられた電力を外部装置へ安定して供給することができる。また、蓄電池の温度が所定温度（放電可能な最低温度）以上に維持されるので、夜間から昼間にかわる時点までに、蓄電池の温度を適切な温度（充電可能な最低温度、例えば５℃）まで上げるのが容易になる。

本発明の制御方法は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間に前記バッテリー装置に蓄えられた電力を前記外部装置へ供給する制御を行う創蓄連携装置用の制御装置で実行される制御方法であって、前記バッテリー装置には、前記太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池と、前記蓄電池を温めるヒーターとが備えられ、前記制御方法は、前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の出時刻をメモリに記憶することと、前記メモリに記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前に前記蓄電池を温めるのを開始する制御信号を前記ヒーターへ出力することと、を含んでいる。

本発明の創蓄連携装置は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間に前記バッテリー装置に蓄えられた電力を前記外部装置へ供給する制御を行う制御装置を備えた創蓄連携装置であって、前記バッテリー装置は、前記太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池と、前記蓄電池を温めるヒーターと、を備え、前記制御装置は、前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた日の出時刻を記憶するメモリと、前記メモリに記憶された日の出時刻より所定時間前から前記蓄電池を温めるのを開始する制御信号を前記ヒーターへ出力するヒーター電力出力部と、を備えた構成を有している。

これらの制御方法や創蓄連携装置によっても、上記の制御装置と同様に、太陽光発電により得られた電力量変化から、その日（例えば、運用開始の初日）の日の出時刻が求められ、制御装置のメモリに記憶される。翌日（例えば、二日目）、メモリに記憶されている前日（初日）の日の出時刻より所定時間前（例えば、三時間前）に、制御装置からバッテリー装置に制御信号が送られ、ヒーターで蓄電池を温めるのが開始される。これにより、夜間から昼間にかわる時点（太陽光発電により得られた電力を蓄電池に蓄えるのを開始する時点）で、蓄電池の温度を適切な温度（充電可能な最低温度、例えば５℃）まで上げておくことができ、効率よく充電を行うことが可能になる。この場合、前日の日の出時刻を利用しているので、装置を設置する場所の位置情報（緯度経度の情報）を設定したり、暦情報（場所ごとの１年分の日の出時刻の情報）を記憶させる必要がなく、また、正確な時刻あわせをする必要もない。したがって、装置の低コスト化や省電力化が可能となり、そのうえ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御（蓄電池の温度制御）が可能になる。

本発明は、夜間から昼間にかわる時点から効率よく充電を行うことができ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御を低コストかつ省電力で行うことができるという効果を有する制御装置を提供することができるものである。

本発明の実施の形態における創蓄連携装置のブロック図 本発明の実施の形態における創蓄連携装置の斜視図 本発明の実施の形態における創蓄連携装置の動作の説明図 本発明の実施の形態における日の出および日の入時刻の記憶処理のフロー図 本発明の実施の形態におけるリチウムイオン電池の温度制御処理のフロー図

以下、本発明の実施の形態の創蓄連携装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、屋外用（特に、無電化地域用）として用いられる創蓄連携装置の場合を例示する。

本発明の実施の形態の創蓄連携装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の創蓄連携装置を示すブロック図であり、図２は、本実施の形態の創蓄連携装置の斜視図である。図１および図２に示すように、創蓄連携装置１は、太陽光パネル２とバッテリー装置３と制御装置４を備えている。創蓄連携装置１は、昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置５へ供給するとともにバッテリー装置３に蓄え、夜間にバッテリー装置３に蓄えられた電力を外部装置５へ供給する。外部装置５は、例えば、屋外カメラ、ＷｉＦｉ装置、防災無線装置などである。

図１に示すように、バッテリー装置３は、リチウムイオン電池６とヒーター７と温度監視部８を備えている。リチウムイオン電池６には、太陽光発電により得られた電力が蓄えられる。なお、ここでは、リチウムイオン電池６を利用する場合を例示するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、充放電可能な蓄電池であれば利用することができる。

ヒーター７は、例えばヒーターパネルで構成され、リチウムイオン電池６を温める機能を有している。ヒーター７のオン／オフ制御は、制御装置４から送られる制御信号に基づいて行われる。温度監視部８は、リチウムイオン電池６の温度を監視する機能を備えている。温度監視部８によって得られたリチウムイオン電池６の温度の情報は、制御装置４へ送られる。また、ヒーター７は、リチウムイオン電池６を温める機能を有しているものであれば良く、ペルチェ素子や熱交換機などを利用することも可能である。

また、図１に示すように、制御装置４は、太陽光発電受電部９と制御部１０とメモリ１１とヒーター電力出力部１２を備えている。太陽光発電受電部９は、太陽光発電により得られた電力を太陽光パネル２から受ける機能を備えている。制御部１０は、太陽光発電により得られた電圧と電流を監視する電圧電流監視部１３と、太陽光発電により得られる電圧の変化に基づいて日の出時刻と日の入り時刻を決定する日の出日の入時刻決定部１４を備えている。日の出日の入時刻決定部１４は、太陽光発電により得られる電圧が発生した（ゼロでなくなった）時刻を日の出時刻として決定し、太陽光発電により得られる電圧が発生しなくなった（ゼロになった）時刻を日の入時刻として決定する。

メモリ１１には、日の出日の入時刻決定部１４により決定された当日の日の出時刻と日の入時刻の情報が記憶される。翌日、ヒーター電力出力部１２は、メモリ１１に記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前にリチウムイオン電池６を温めるのを開始する制御信号（ヒーターオン信号）をヒーター７へ出力する。これにより、夜間から昼間にかわる時点（太陽光発電により得られた電力をリチウムイオン電池６に蓄えるのを開始する時点）で、リチウムイオン電池６の温度を適切な温度（充電可能な最低温度、例えば５℃）まで上げておくことができる。

また、ヒーター電力出力部１２は、メモリ１１に記憶されている前日の日の入時刻にリチウムイオン電池６を温めるのを停止する制御信号（ヒーターオフ信号）をヒーター７へ出力する。さらに、ヒーター電力出力部１２は、夜間にリチウムイオン電池６の温度が所定温度（放電可能な最低温度、例えば−１０℃）以下にならないようにリチウムイオン電池６を温める制御信号をヒーター７へ出力する。

以上のように構成された創蓄連携装置１について、図面を参照してその動作を説明する。

まず、創蓄連携装置１の全体の動作について説明する。図３は、創蓄連携装置１の動作の説明である。図３では、運用開始の初日（１日目）から３日目までの動作を例示して説明する。図３に示すように、まず、１日目には、太陽光発電により得られる電圧が発生した（ゼロでなくなった）時刻Ｔ１を日の出時刻として決定し、メモリ１１に記憶する。また、太陽光発電により得られる電圧が発生しなくなった（ゼロになった）時刻を日の入時刻Ｔ２として決定し、メモリ１１に記憶する。そして、２日目には、メモリ１１に記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前（Ｔ１−ｔ）にリチウムイオン電池６を温めるのを開始し、また、メモリ１１に記憶されている前日の日の入時刻Ｔ２にリチウムイオン電池６を温めるのを停止する。

さらに、２日目にも、太陽光発電により得られる電圧が発生した（ゼロでなくなった）時刻Ｔ３を日の出時刻として決定し、メモリ１１に記憶する。また、太陽光発電により得られる電圧が発生しなくなった（ゼロになった）時刻を日の入時刻Ｔ４として決定し、メモリ１１に記憶する。そして、３日目には、メモリ１１に記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前（Ｔ３−ｔ）にリチウムイオン電池６を温めるのを開始し、また、メモリ１１に記憶されている前日の日の入時刻Ｔ４にリチウムイオン電池６を温めるのを停止する。

つぎに、日の出および日の入時刻の記憶処理について説明する。図４は、日の出および日の入時刻の記憶処理のフロー図である。図４に示すように、本実施の形態では、太陽光発電により得られた電圧を常時監視しており、太陽光発電により得られる電圧が発生した（ゼロでなくなった）ときに（Ｓ１０）、その時刻を日の出時刻としてメモリ１１に記憶する（Ｓ１１）。さらに、太陽光発電により得られる電圧が発生しなくなった（ゼロになった）ときに（Ｓ１２）、その時刻を日の入時刻としてメモリ１１に記憶する（Ｓ１３）。

最後に、リチウムイオン電池６の温度制御処理について説明する。図５は、リチウムイオン電池６の温度制御処理のフロー図である。本実施の形態の創蓄連携装置１では、上述のように日の出および日の入時刻の記憶処理が行われる。そして、図５に示すように、前日の日の出時刻より所定時間前にはなると（Ｓ２０）、制御装置４からバッテリー装置３へ制御信号（ヒーターオン信号）が送られて、リチウムイオン電池６を温めるのを開始する（Ｓ２１）。その後、リチウムイオン電池６の温度を充電に適切な温度範囲（例えば５℃〜４５℃）に保つように温度制御（昼間ヒーター制御）が行われる（Ｓ２２）。

そして、前日の日の入時刻にはなると（Ｓ２３）、制御装置４からバッテリー装置３へ制御信号（ヒーターオフ信号）が送られて、リチウムイオン電池６を温めるのを停止する（Ｓ２４）。その後は、リチウムイオン電池６の温度を放電に適切な温度範囲（例えば−１０℃〜５０℃）に保つように温度制御（夜間ヒーター制御）が行われる（Ｓ２５）。

このような本実施の形態の創蓄連携装置１によれば、夜間から昼間にかわる時点から効率よく充電を行うことができ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御を低コストかつ省電力で行うことができるという効果を有する制御装置４を提供することができる。

すなわち、本実施の形態では、太陽光発電により得られた電力量変化から、その日（例えば、運用開始の初日）の日の出時刻が求められ、制御装置４のメモリ１１に記憶される。翌日（例えば、二日目）、メモリ１１に記憶されている前日（初日）の日の出時刻より所定時間前（例えば、三時間前）に、制御装置４からバッテリー装置３に制御信号が送られ、ヒーター７でリチウムイオン電池６を温めるのが開始される。これにより、夜間から昼間にかわる時点（太陽光発電により得られた電力をリチウムイオン電池６に蓄えるのを開始する時点）で、リチウムイオン電池６の温度を適切な温度（充電可能な最低温度、例えば５℃）まで上げておくことができ、効率よく充電を行うことが可能になる。この場合、前日の日の出時刻を利用しているので、装置を設置する場所の位置情報（緯度経度の情報）を設定したり、暦情報（場所ごとの１年分の日の出時刻の情報）を記憶させる必要がなく、また、正確な時刻あわせをする必要もない。したがって、装置の低コスト化や省電力化が可能となり、そのうえ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御（リチウムイオン電池６の温度制御）が可能になる。

また、本実施の形態では、太陽光発電により得られた電力量変化から、その日（例えば、運用開始の初日）の日の入時刻が求められ、制御装置４のメモリ１１に記憶される。翌日（例えば、二日目）、メモリ１１に記憶されている前日（初日）の日の入時刻に、制御装置４からバッテリー装置３に制御信号が送られ、ヒーター７でリチウムイオン電池６を温めるのが停止される。これにより、昼間から夜間にかわる時点（太陽光発電により得られた電力をリチウムイオン電池６に蓄えるのを停止する時点）で、リチウムイオン電池６の温度制御を終了し、不要な電力消費を抑えることが可能になる。すなわち、装置の省電力化が可能になる。

また、本実施の形態では、太陽光発電により得られる電圧の変化を監視して、その電圧の変化に基づいて日の出時刻が決定される。創蓄連携装置１には、一般に、太陽光発電により得られる電圧の変化を監視する機能が設けられていることが多い。その場合には、その機能（電圧監視機能）を利用することにより、日の出時刻を決定することができ、その分、装置の低コスト化が可能になる。

また、本実施の形態では、夜間には、制御装置４からバッテリー装置３に制御信号が送られ、リチウムイオン電池６の温度が所定温度（放電可能な最低温度、例えば−１０℃）以下にならないように制御される。これにより、夜間にバッテリー装置３に蓄えられた電力を外部装置５へ安定して供給することができる。また、リチウムイオン電池６の温度が所定温度（放電可能な最低温度）以上に維持されるので、夜間から昼間にかわる時点までに、リチウムイオン電池６の温度を適切な温度（充電可能な最低温度、例えば５℃）まで上げるのが容易になる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかる創蓄連携装置は、夜間から昼間にかわる時点から効率よく充電を行うことができ、装置を設置した場所（地形も含む）に応じた最適な制御を低コストかつ省電力で行うことができるという効果を有し、屋外用（特に、無電化地域用）の創蓄連携装置等として有用である。

１ 創蓄連携装置
２ 太陽光パネル
３ バッテリー装置
４ 制御装置
５ 外部装置
６ リチウムイオン電池
７ ヒーター
８ 温度監視部
９ 太陽光発電受電部
１０ 制御部
１１ メモリ
１２ ヒーター電力出力部
１３ 電圧電流監視部
１４ 日の出日の入時刻決定部

Claims (6)

1. 昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間に前記バッテリー装置に蓄えられた電力を前記外部装置へ供給する制御を行う創蓄連携装置用の制御装置であって、
   前記バッテリー装置には、前記太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池と、前記蓄電池を温めるヒーターとが備えられ、
   前記制御装置は、
   前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の出時刻を記憶するメモリと、
   前記メモリに記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前に前記蓄電池を温めるのを開始する制御信号を前記ヒーターへ出力するヒーター電力出力部と、
   を備えたことを特徴とする制御装置。
2. 前記メモリは、前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の入時刻を記憶し、
   前記ヒーター電力出力部は、前記メモリに記憶されている前日の日の入時刻に前記蓄電池を温めるのを停止する制御信号を前記ヒーターへ出力することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記太陽光発電により得られる電圧の変化を監視する電圧監視部と、
   前記太陽光発電により得られる電圧の変化に基づいて前記日の出時刻を決定する日の出時刻決定部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 前記ヒーター電力出力部は、夜間に前記蓄電池の温度が所定温度以下にならないように前記蓄電池を温める制御信号を前記ヒーターへ出力することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の制御装置。
5. 昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間に前記バッテリー装置に蓄えられた電力を前記外部装置へ供給する制御を行う創蓄連携装置用の制御装置で実行される制御方法であって、
   前記バッテリー装置には、前記太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池と、前記蓄電池を温めるヒーターとが備えられ、
   前記制御方法は、
   前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた当日の日の出時刻をメモリに記憶することと、
   前記メモリに記憶されている前日の日の出時刻より所定時間前に前記蓄電池を温めるのを開始する制御信号を前記ヒーターへ出力することと、
   を含むことを特徴とする制御方法。
6. 昼間に太陽光発電により得られた電力を外部装置へ供給するとともにバッテリー装置に蓄える制御と、夜間に前記バッテリー装置に蓄えられた電力を前記外部装置へ供給する制御を行う制御装置を備えた創蓄連携装置であって、
   前記バッテリー装置は、
   前記太陽光発電により得られた電力が蓄えられる充放電可能な蓄電池と、
   前記蓄電池を温めるヒーターと、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記太陽光発電により得られた電力量変化から求めた日の出時刻を記憶するメモリと、
   前記メモリに記憶された日の出時刻より所定時間前から前記蓄電池を温めるのを開始する制御信号を前記ヒーターへ出力するヒーター電力出力部と、
   を備えたことを特徴とする創蓄連携装置。