JP2015111986A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】所定の条件に基づいて蓄電装置の充電を制御することよって、蓄電装置の充電および放電を効率良く実行する。
【解決手段】蓄電システムは、第１所定時間内において系統２０からの受電電力を特定負荷４０で優先的に消費して、余剰の電力を蓄電池１２に充電する蓄電装置１０を備え、第２所定時間内において蓄電池１２で充電された電力を一般負荷３０に優先的に給電する蓄電システムであって、蓄電装置１０は、特定負荷４０の消費電力および蓄電池１２の充電電力を予測して算出し、第２所定時間における一般負荷３０の消費電力と第１所定時間内における充電電力とを比較して得られた情報に基づき、蓄電装置１０の充電を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電システムに関する。

近年、太陽電池を発電源とする太陽光発電装置や、蓄電池を電力源とする蓄電装置を商用電力系統（以下、系統とする）に連系接続される分散電源システムが一般家庭に普及しつつある。分散電源システムは、系統に接続されたテレビ、エアコンなどの負荷（以下、一般負荷とする）に電力を供給することで系統からの買電電力を減少させて電気使用料を削減することができ、また、系統のピーク電力を減らすことができる。また、分散電源システムでは、停電時に専用の出力端子に直接接続された特定負荷に対して電力を供給することもできるため、非常時の電源としても利用可能である。そこで、停電時には系統を切り離して太陽光発電装置と蓄電装置のいずれかから特定負荷だけに電力を供給できるようにする太陽光発電システムまたは蓄電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、日本の電気料金は、受電者が電力会社と交わした契約によって異なる。例えば、昼夜問わず、２４時間同じ電気料金が適用される従量電灯契約、深夜と昼間で電気料金が異なる時間帯別電灯契約などがある。そこで、時間帯別電灯契約の場合において、電気料金の安い時間帯（深夜時間帯）で蓄電装置に充電し、割高になる時間帯（昼間時間帯）には蓄電装置から負荷に給電して系統からの買電電力を削減する自動制御が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２０４１４４号公報 特開２０１１−０５０１３１号公報

蓄電装置が系統から電力を受電する容量（受電容量）は、通常、電力会社との契約において規定されており、規定値以上の電力を受電して蓄電池に充電することはできない。例えば、一般家庭における最大受電容量は、１０［ＫＷ］と規定される。このとき、蓄電装置に特定負荷が接続されている場合に、該特定負荷を系統からの電力で動作させる場合には、その電力も受電容量としてカウントされるため、例えば、特定負荷が８［ＫＷ］を消費している場合には、蓄電装置内の蓄電池への充電電力は２［ＫＷ］しか確保できないことになる。そのため、時間帯別電灯契約であれば、昼間に蓄電装置から放電して一般負荷に給電した場合、昼間の割高な電気料金時間帯で充電しなければ、後に一般負荷の電力を補うことができない場合が生じ得る。

本発明の１つの目的は、所定の条件に基づいて蓄電装置の充電を制御することよって、蓄電装置の充電および放電を効率良く実行する蓄電システムを提供することにある。

本発明の実施形態に係る蓄電システムは、第１所定時間内において系統からの受電電力を特定負荷で優先的に消費して、余剰の電力を蓄電池に充電する蓄電装置を備え、第２所定時間内において前記蓄電池で充電された電力を放電して一般負荷で優先的に消費する。また、前記蓄電装置は、前記特定負荷の消費電力および前記蓄電池の充電電力を予測して
算出し、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力と前記第１所定時間内における前記充電電力とを比較して得られた情報に基づき、前記蓄電装置の充電および放電を制御する。

本発明の一実施形態に係る蓄電システムによれば、状況に応じて蓄電装置の充電を制御することによって、蓄電装置の充電および放電を効率良く実行することができる。

本発明の実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る蓄電装置の放電電力、受電電力および充電電力の関係を時系列で表した説明図であり、（ａ）は充電不足が生じる場合、（ｂ）は充電電力を増やせる場合の制御方法である。 本発明の実施形態に係る蓄電システムの制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る蓄電装置の放電電力、受電電力および充電電力の関係を時系列で表した説明図である。 本発明の他の実施形態に係る蓄電装置の放電電力、受電電力および充電電力の関係を時系列で表した説明図である。 本発明の他の実施形態に係る蓄電システムの制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る蓄電システムの温度制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る蓄電システムの温度制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る蓄電システムの制御フローチャートである。

本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る蓄電システムは、図１に示すように、蓄電装置１０を備えており、系統２０、一般負荷３０および特定負荷４０にそれぞれ接続される。なお、図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は、電力の流れる配線を表す。また、図１において、パワーコンディショナとセンサとを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを示す。なお、以下の説明における消費電力とは、消費電力値または消費電力量のことを指す。また、充電電力とは、充電電力値または充電電力量を示す。

蓄電装置１０は、パワーコンディショナ１１と、蓄電池１２と、充電制御部１３とを有している。蓄電装置１０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である蓄電池１２に蓄えられた直流電力をパワーコンディショナ１１で交流変換して、受電端子１４を介して一般負荷３０に給電することができる。一般負荷３０とは、家庭・オフィス等で通常用いられる交流電力で駆動する負荷であって、例えば、テレビ、エアコン、ドライヤ、掃除機などの電気機器である。また、蓄電装置１０は、出力端子１５を介して特定負荷４０に給電することができる。特定負荷４０とは、一般負荷３０と同様に交流電力で動作するもので、系統停電時などの自立運転時に用いられる負荷である。そのため、特定負荷４０は、停電時でも常時電力を供給すべき電気機器であることが多く、例えば、冷蔵庫、非常用照明、電動機などが挙げられる。

蓄電装置１０は、夏場の日中など地域全体の電力使用量が増える時間帯に一般負荷に電力を給電することによって、消費電力のピーク電力を減らすことができる。また、蓄電シ
ステムの需要者が時間帯別電灯契約をしている場合は、電気料金が割高である昼間の系統２０からの買電を減らすことで、電気料金を削減できる。

現在、日本においては、蓄電池からの電力を系統２０に逆潮流するには電気会社の許可が必要である。そのため、パワーコンディショナ１１は、蓄電池１２から放電して一般負荷３０に電力供給を行なう際に、系統２０の買電電力をセンサ１７で監視して、常に一定量の買電が生じている状態になるように出力電力を調整している。また、蓄電装置１０は、一般負荷３０への給電を停止している間に系統２０から電力を受電することで蓄電池１２の充電を行なう。そして、この充電は、時間帯別電灯契約をしている場合であれば、昼間よりも電気料金が割安な深夜電気料金時間帯に行なうほうがよい。これにより、電気料金を削減できる。

蓄電装置１０は、系統２０から受電端子１４に入力される受電容量が規定値を超えないように制御される。なお、本実施形態では、一般家庭における規定値（最大受電容量）の１０［ＫＷ］（１０ＫＶＡともいう）を用いて説明する。また、受電容量の制御は、パワーコンディショナ１１内に設けられた制御部で行なう。

充電制御部１３は、パワーコンディショナ１１を介して系統２０から受電した電力を蓄電池１２に充電するために所定の電圧に調整する機能を有している。

特定負荷４０は、図１に示すように、系統２０とつながる電力の配線（電力線）には直接接続されてはおらず、蓄電装置１０を経由して、出力端子１５を介して系統２０から電力が供給されている。そのため、停電などの非常時において、蓄電装置１０は、系統２０から電気的に切り離すことによって、蓄電池１２の電力を特定負荷４０に供給することが可能となる。なお、受電端子１４および出力端子１５は、リレーや半導体素子（不図示）を介して電気的に接続されるため、本実施形態においては系統２０からの電力が受電端子１４から出力端子１５に流れるものとして説明する。また、特定負荷４０が蓄電装置１０からの電力供給を受ける時間帯に動作する場合は、系統２０からの買電電力は、特定負荷４０の消費電力も含むものとなる。よって、蓄電装置１０からの給電（電力補助とも言う）の対象としては、一般負荷３０および特定負荷４０となる。

また、蓄電システムには、系統２０からの買電電力を測定するセンサ１６（逆潮流の検出センサを兼ねる）、蓄電装置１０の受電電力（もしくは電力補助）を測定するセンサ１７、特定負荷４０への出力電力を測定するセンサ１８が設けられている。なお、センサの位置については、系統２０からの買電電力、受電端子１５の受電電力（もしくは電力補助）、蓄電池１２への充電電力（もしくは放電電力）が算出可能であれば、特に限定されない。例えば、蓄電池１２の入出力電力を測定するセンサを配置すれば、センサ１７の受電電力（もしくは電力補助）の値から特定負荷４０の消費電力を算出すればよいため、センサ１８を省略できる。また、電力を測定するセンサとしては電流センサを用い、電圧の測定値と合わせて電力を算出すればよい。なお、センサ１６〜１８とパワーコンディショナ１１との間の信号伝達方法については、専用線のほか、ＬＡＮ等の家庭内ネットワークを利用した有線通信または無線通信などであればよい。

次に、蓄電システムの動作について説明する。なお、本実施形態においては、蓄電システムを時間帯別電灯契約の下で動作する例で説明する。時間帯別電灯契約では、従量電灯契約よりも電気料金が割安な深夜電気料金時間帯と、従量電灯契約よりも電気料金が割高な昼間電気料金時間帯とが設定される。また、本実施形態では、深夜電気料金時間帯において、特定負荷４０の動作開始または蓄電池１２の充電開始の早い方から特定負荷４０の動作終了または蓄電池１２の充電終了の遅い方までの時間を第１所定時間とする。よって、以下の実施形態では、第１所定時間と深夜電気料金時間帯とが同一になる場合がある。また、昼間電気料金時間帯において、蓄電装置１０から一般負荷３０に給電する時間を第２所定時間とする。

また、本実施形態における蓄電システムでは、蓄電装置１０が第１所定時間内において系統２０からの受電電力を特定負荷４０で優先的に消費して、余剰の電力を蓄電池１２に充電する機能を有している。また、蓄電システムでは、第２所定時間内において蓄電池１２に充電された電力を放電して一般負荷３０で優先的に消費するようにしている。

また、蓄電システムにおいて、系統２０からの買電電力値の測定、一般負荷３０への供給電力値（電力補助値）および特定負荷４０への供給電力値の測定およびこれらの算出は、パワーコンディショナ１１で行なう。また、以下に説明する特定負荷４０の使用電力値の予測計算、充電電力値や電力量の予測計算についてもパワーコンディショナ１１内の演算装置（ＣＰＵ等の集積回路）で行なう。

図２は、本実施形態における蓄電装置１０から一般負荷３０への給電と、蓄電装置１０が系統２０から受電して特定負荷４０を動作させる電力と、蓄電装置１０が内部の蓄電池１２を充電するために用いる電力を時系列で表したものである。なお、本実施形態では説明を判り易くするために一般負荷３０と特定負荷４０は同時に動作しないようにしているが、同時に動作させてもよい。このとき、蓄電装置１０が給電を行なうモードであれば蓄電池１２から放電された電力は、一般負荷３０と特定負荷４０に供給される。一方で、蓄電装置１０が充電モードであれば、双方ともに系統２０からの電力のみが用いられるものとして特定負荷４０の消費電力値および蓄電池１２の充電電力値と電力量の予測計算を行なう。

図２（ａ）は、昼間の第２所定時間内に蓄電池１２の電力を用いて一般負荷３０に給電を行ない、第１所定時間内（深夜電気料金時間帯）に系統２０から電力を受電して特定負荷４０への電力供給と蓄電池１２への充電を行なう制御を時系列で表した例である。本実施形態では、第２所定時間を１５：００から２０：００までの５時間、この第２所定時間における一般負荷３０の消費電力が６［ＫＷ］である場合に、蓄電装置１０から第２所定時間内に放電される電力量は３０［ＫＷ・ｈ］である。パワーコンディショナ１１は、この放電された電力量を算出し、記憶部に格納する。

次に、第１所定時間（本実施形態では２３：００）に到達したときに、パワーコンディショナ１１は、受電端子１４と出力端子１５の電気接点を接続する、もしくは特定負荷４０の電源をＯＮにするように制御する。これにより、系統２０から特定負荷４０に電力が供給されるため、特定負荷４０が動作するようになる。このときの特定負荷４０の消費電力値は、センサ１８で検出し、パワーコンディショナ１１の記憶部に記憶される。なお、本実施形態において、第１所定時間における特定負荷４０の消費電力値は、８［ＫＷ］である。次いで、パワーコンディショナ１１は、センサ１７で測定された系統２０からの受電電力の値と特定負荷４０の消費電力の値とを比較し、受電電力と特定負荷４０の消費電力との差分を充電する。すなわち、充電電力は、受電電力から特定負荷の消費電力を引くことで算出される値である。例えば、本実施形態であれば、２３：００時点における充電電力は、受電電力（１０［ＫＷ］）と特定負荷４０の消費電力（８［ＫＷ］）と差である２［ＫＷ］となる。

次に、パワーコンディショナ１１は、特定負荷４０の第１所定時間内における消費電力が一定である場合に、蓄電池１２が第２所定時間で放電した電力量を補うだけの充電電力量が確保できるか否かを算出し判定する。具体的には、図２（ａ）に示すように、特定負荷４０の消費電力が８［ＫＷ］が第１所定時間内の２３：００から７：００までの８時間の中で継続すれば、特定負荷４０において予測される消費電力量は、８［ＫＷ］×８時間
で６４［ＫＷ・ｈ］となる。そのため、第１所定時間において予測される充電電力量は、２［ＫＷ］×８時間で１６［ＫＷ・ｈ］となる。

次いで、この充電電力量と、上記で算出した第２所定時間内に一般負荷３０に対して放電した電力量との大小関係を判定する。例えば、図２（ａ）で示した例では、２［ＫＷ］の充電電力で第２所定時間内の放電電力量の３０［ＫＷ・ｈ］を充電するためには、１５時間必要となる。そのため、パワーコンディショナ１１は、第１所定時間内に充電が完了できないと判定し、表示装置等に次の日の第２所定時間における電力量を確保できないことを表示させる。そして、使用者は、この表示から得られた情報に基づき、例えば、昼間の一般負荷３０への給電を抑制する、または夜間の特定負荷４０の動作を抑制する等を選択することができるようになる。また、他の選択肢としては、非常用電力を早急に確保すべく、第３所定時間を含む昼間電気料金時間帯の割高な電力で充電を完了させるという選択もできる。また、この使用者による選択を予め優先順位をつけてパワーコンディショナ１１にプログラムしておき、自動で判定し、実行するようにしてもよい。

次に、特定負荷４０の消費電力が第１所定時間内で変化する場合について説明する。このような場合では、図２（ｂ）に示すように、消費電力の変化を検知した場合に再度予測計算を実行する。以下、具体的な例を挙げて説明する。特定負荷４０は、２３：００から３：００までは８［ＫＷ］で電力消費を行なっていたが、その後、動作を終了して停止した。パワーコンディショナ１１は、センサ１８で特定負荷４０の消費電力がゼロになったことを検出すると、第２所定時間内に放電した電力量から既に第１所定時間内で充電完了した電力量を差し引いた値を算出し、残りの３：００から７：００までの４時間で充電完了するための充電電力量を算出する。本実施形態では既に充電が完了した電力量は８［ＫＷ・ｈ］なので、残り４時間で２２［ＫＷ・ｈ］を充電するためには充電電力値を５．５［ＫＷ］とすればよい。そのため、パワーコンディショナ１１は、充電電力値を２［ＫＷ］から５．５［ＫＷ］に変更し、第１所定時間内で蓄電池１２の充電が完了するように制御を行なう。このような制御は、第２所定時間における一般負荷３０の消費電力量が第１所定時間内における充電電力量よりも小さい場合に実行される。そして、上記制御は、充電可能時間に基づいて、蓄電池１２に充電可能な電力を第１所定時間の単位時間あたりで均一になるように充電する。これにより、急速充電の場合に比べて蓄電池１２の寿命を延ばすことができる。

このように、本実施形態では、特定負荷４０の消費電力および蓄電池１２の充電電力を予測することによって、電気料金の増加の可能性を知らせる情報を提供したり、最適な電気料金時間帯に充電が行なわれるように制御することができる。なお、本実施形態においては、第１所定時間を深夜電気料金時間帯として、蓄電池１２への充電を電気料金の割安な時間内で行なうことによって経済的な効果が得られることを示したが、これに限られない。例えば、昼間の消費電力のピーク電力を減らして家屋内の電気使用量が電力会社との契約電力値を超えないように制御することを目的として、本発明は、時間帯に関わらず電気料金が一定の従量電灯契約でも利用できる。この場合において、第１所定時間とは、一般負荷３０へ蓄電池１２から給電を行なう第２所定時間内以外の時間を指すものとして、一般負荷３０への放電電力量を蓄電池１２への充電電力量が上回ることができるかを判定し、ピーク電力の警告表示や充電制御を行なえばよい。

次に、本実施形態に係る蓄電システムの制御フローについて図３を用いて説明する。なお、図３は、図２（ａ）および（ｂ）で述べた制御方法をフローチャートにしたものである。

まず、第２所定時間内に蓄電池１２から一般負荷３０に給電した電力量をセンサ１８で測定し、積算電力量を算出する（ＳＴＥＰ１）。

次に、第１所定時間内において特定負荷４０に供給される系統２０からの電力値をセンサ１８で測定する（ＳＴＥＰ２）。なお、本実施形態では、第１所定時間を深夜電力料金時間帯としているため、特定負荷４０への給電は系統２０のみである。また、蓄電装置１０は、充電モードであって放電を行なわない。

次いで、ＳＴＥＰ２で測定された特定負荷４０に供給される電力の値と蓄電装置１０の受電電力の上限値（本実施形態では１０［ＫＷ］）とを比較し、蓄電池１２に充電用として利用可能な電力値を算出する（ＳＴＥＰ３）。続いて、第１所定時間内に充電可能な充電電力量の予想充電電力量を算出する（ＳＴＥＰ４）。蓄電システムは、この時点で充電動作が可能となるため、暫定的にＳＴＥＰ３で算出した電力値で蓄電池１２へ充電を開始する（ＳＴＥＰ５）。

次に、ＳＴＥＰ１で算出した第２所定時間内に給電した電力量と、ＳＴＥＰ４で算出した第１所定時間内で充電可能な予想充電電力量とを比較し、予想充電電力量が蓄電装置１０から給電した電力量以上か否か判定する（ＳＴＥＰ６）。予想充電電力量が蓄電装置１０から給電した電力量以上であればＳＴＥＰ７に進み、充電完了するまでＳＴＥＰ２からのループを継続する。他方、予想充電電力量が給電した電力量を下回る場合は、第１所定時間内における充電だけではＳＴＥＰ１で算出した電力量を確保できないと判定するととともに、予想不足電力量を算出する（ＳＴＥＰ５１）。表示装置等にＳＴＥＰ５１で得られた充電不足が生じる旨を知らせる情報を表示する（ＳＴＥＰ５２）。このような表示としては、例えば、不足電力量に加えて、充電完了までに必要な時間等も含まれる。

また、特定負荷４０の動作状態によって特定負荷４０の消費電力の予測が変化するため、第１所定時間内で再度、特定負荷４０の消費電力値を測定し（ＳＴＥＰ５３）、消費電力値に変化が無いか判定する（ＳＴＥＰ５４）。ＳＴＥＰ５４で変化があると判定された場合は、ＳＴＥＰ２に戻し、変化後の特定負荷４０の消費電力値を再算出し、ＳＴＥＰ３以降に進む。一方、特定負荷４０の消費電力値が変化しない場合は、例えば、ＳＴＥＰ５５に進み、第２所定時間外であっても充電継続を優先する命令であれば充電を継続する。そして充電が完了したならば終了する（ＳＴＥＰ５６）。また、充電継続中であれば、特定負荷４０の消費電力値が変わる場合があるため、ＳＴＥＰ５３に戻して特定負荷４０の消費電力値が変化しないか監視を継続する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る蓄電システムについて図４を参照しつつ説明する。本実施形態は、蓄電池１２に充電可能な電力値の算出方法が図２に示した形態と異なる。なお、本実施形態の制御フローは、図３と同じである。

本実施形態では、図２（ｂ）の形態と同様に、特定負荷４０が動作し続ける場合には第１所定時間内に蓄電池１２への充電を完了することはできない。すなわち、第１所定時間内では、蓄電池１２に十分な電力が充電されない。よって、図３におけるＳＴＥＰ５３からＳＴＥＰ５６の特定負荷４０の消費電力値の変化を監視するサブフローを通るループが実行されている。ここで、図４に示すように、３：００に特定負荷４０が停止すると、特定負荷４０の消費電力が変化したと判定して（ＳＴＥＰ５４）、メインフローに戻ることによって、変化後の特定負荷４０の消費電力値を算出し直す（ＳＴＥＰ２）。そして、変化後の特定負荷４０の消費電力値から蓄電池１２に充電可能な電力値を新たに算出する（ＳＴＥＰ３）。この充電可能な電力値の算出方法が上記した実施形態と異なる。具体的な算出方法を以下に示す。

図４に示すように、特定負荷４０の停止時に蓄電池１２に充電された電力量は８［ＫＷ
・ｈ］であるため、未充電電力量は２２［ＫＷ・ｈ］と算出される。変化後の特定負荷４０の消費電力値は０［ＫＷ］なので、蓄電池１２への充電電力値は最大で受電電力の最大値である１０［ＫＷ］となる。この場合、単位時間あたり１０［ＫＷ］の急速充電が可能となるため、２．２時間で充電を完了させることができる。これにより、停電などの非常時への備えを早急に行なうことができる。また、特定負荷４０が第１所定時間内において動作を再開した場合においても、未充電電力量を極力減らしておくことができる。なお、蓄電池１２への充電電力値の上限が１０［ＫＷ］未満である場合には、蓄電池１２の仕様の上限値の数値を用いるようにすればよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る蓄電システムについて図５を参照しつつ説明する。本実施形態では、第２所定時間における一般負荷３０への給電と、その後の第１所定時間における蓄電池１２への充電を行なう１日間を１サイクルとし、複数サイクルを１つの充放電サイクルとして取り扱う制御を行なう点で他の実施形態と異なる。上述した他の実施形態では、１日を１サイクルとし、この１サイクルで充電不足を解消するための制御をしていたが、本実施形態では、数日または数週間の期間で蓄電池１２の充電不足を解消する制御を行なう。以下の説明では、２日間の２サイクルで充電不足が生じないようバランスをとる制御を実行する例で説明する。

図５では、１日目（以降、１サイクル目とする）の１５：００から２０：００までの第２所定時間内（５時間）において、蓄電池１２から一般負荷３０に３０［ＫＷ・ｈ］の給電を行なっている。次に、蓄電池１２への充電を行なう。充電時間は、２３：００から７：００までの第２所定時間内（８時間）であり、この日は特定負荷４０が継続的に８［ＫＷ］の電力を消費している。そのため、蓄電池１２に充電される電力量は、２［ＫＷ］×８時間で１６［ＫＷ・ｈ］となる。この場合であれば、１サイクル目における未充電電力量は、３０［ＫＷ・ｈ］から１６［ＫＷ・ｈ］を引いて算出された１４［ＫＷ・ｈ］となる。

次に、２日目（以降、２サイクル目とする）の給電の見込み電力量を３０［ＫＷ・ｈ］と仮定して、蓄電池１２の残存電力容量が３０［ＫＷ・ｈ］を上回っているならば、７：００以降の昼間電気料金時間帯での充電はせず、２サイクル目の第２所定時間に一般負荷３０に給電を行った後に、第１所定時間で蓄電池１２への充電を行なう。また、図５に示すように、２サイクル目の特定負荷４０の消費電力値が１サイクル目と異なる場合もある。例えば、図５に示すように、特定負荷４０の消費電力値が４［ＫＷ］になった場合であれば、蓄電池１２への充電電力値を６［ＫＷ］確保できるようになる。これにより、１サイクル目で不足した１４［ＫＷ・ｈ］と、２サイクル目で一般負荷３０に給電した電力量である３０［ＫＷ・ｈ］との合計である４４［ＫＷ・ｈ］を充電する必要がある。そのため、本実施形態では、充電電力値を５．５［ＫＷ］に設定し、第２所定時間の８時間で充電を行なうことによって、５．５［ＫＷ］×８時間で４４［ＫＷ・ｈ］の充電を完了させることができる。また、本実施形態において、早めに充電を完了させるのであれば、充電電力値を６［ＫＷ］に設定し、７．４時間で充電することで４４［ＫＷ・ｈ］を確保することができる。このように、本実施形態では、１サイクル目で充電不足が生じても、昼間電気料金時間帯の割高な電力を充電しなくてもよくなる。これにより、電気料金を削減できる。なお、２サイクル目の特定負荷４０の消費電力値が１サイクル目と同様に充電電力量の不足が生じると算出・判定された場合には、表示装置等に警告や電力不足の情報を表示させてもよい。また、非常用の電力確保の観点から、昼間電気料金時間帯の電力を用いて蓄電池１２への充電を継続させるように制御してもよい。

（第４実施形態）
第１実施形態乃至第３実施形態では、第１所定時間における蓄電装置１０から一般負荷
３０に給電される放電量が一定であったが、本実施形態では、上記放電量を制御する点で他の実施形態と異なる。本実施形態において、蓄電装置１０は、第２所定時間における一般負荷３０の消費電力が第１所定時間内における蓄電池１２への充電電力よりも大きい場合に、一般負荷３０への放電量が小さくなるように制御する。これにより、蓄電池１２の残容量が過度に低下しにくくなるため、蓄電池１２の寿命を延ばすことができる。蓄電装置１０の放電量の制御は、パワーコンディショナ１１で行なう。また、蓄電装置１０の放電量については、第２所定時間における一般負荷３０の消費電力、第１所定時間内における充電電力と同時に表示装置等に表示してもよい。なお、一般負荷３０の動作に必要な不足分の電力は、系統２０から補う。

（第５実施形態）
本実施形態では、エネルギー制御装置で特定負荷４０の動作を制御する点で他の実施形態と異なる。本実施形態では、第２所定時間における一般負荷３０の消費電力が第１所定時間内における蓄電池１２への充電電力よりも大きい場合に、エネルギー制御装置によって、特定負荷４０の消費電力が小さくなるように特定負荷４０の動作を制御する。以下に本実施形態の制御方法について説明する。

エネルギー制御装置は、制御信号を用いて特定負荷４０の動作を制御することができる。このような制御としては、例えば、特定負荷４０のＯＮ／ＯＦＦ制御、省エネモードへの切り替えが挙げられる。省エネモードとは、例えば、特定負荷４０が非常用照明であれば、照明の明るさを低減して消費電力を減らすような制御を行なうことを指す。このような制御は、特定負荷４０が複数設けられている場合に、予め与えられた優先順位に従って、自動で特定負荷４０の消費電力を抑制させる命令を発信するようにしてもよい。このように、本実施形態では、特定負荷４０の消費電力を可能な範囲で減少させているので、充電電力をできるだけ増加させることができる。これにより、本実施形態では、割安な深夜電気料金時間帯で充電できる電力量を増やすことができるため、電気料金を削減できる。

エネルギー制御装置としては、例えば、ＨＥＭＳ（ホームエネルギーマネジメントシステム）等が挙げられる。特定負荷４０とＨＥＭＳとの間の通信は、双方に搭載された通信ユニットによって行なえばよい。また、通信は有線でも無線でもよい。制御信号および情報の通信には、物理層、論理層を含め、様々な方式を採用可能である。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの近距離通信方式による通信を採用することができる。また、赤外線通信、電力線搬送通信（ＰＬＣ：ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）など、様々な伝送メディアを使用することができる。またそれぞれの通信に適した物理層の上で、各種プロトコル、例えばＺｉｇＢｅｅ ＳＥＰ２．０（Ｓｍａｒｔ ＥｎｅｒｇｙＰｒｏｆｉｌｅ２．０）、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ（登録商標）などのような論理層だけ規定される通信プロトコルを動作させてもよい。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る蓄電システムについて図６および図７を参照しつつ説明する。本実施形態では、蓄電池１２に充電可能な電力値の算出方法が第１実施形態と異なる。

蓄電池１２には、電池の温度によって充電できる電流値が大きく変化する特性を有するものがある。例えば、リチウムイオン二次電池では、蓄電池の温度が下がったときに、蓄電池に予め設定されている定格電流値よりも、実際に充電可能な電流値が小さくなる。例えば、２５℃の常温状態（蓄電池１２もほぼ同温度と仮定）において充電のために入力可能な電流値が４５［Ａ］のリチウムイオン二次電池は、外気温が低下して電池温度が５℃になると入力可能な電流値は１２［Ａ］程度に減少する。これにより、リチウムイオン二次電池からなる蓄電池１２であれば、低温環境下の使用では、蓄電池１２が充電可能な最大の電流値（以下、充電上限電流値とする）が低下しやすい。

本実施形態は、低温環境下でも使用可能な蓄電システムである。具体的に、本実施形態では、通常時（常温時）の蓄電池１２が充電可能な電流値（定格電流値）になるように、蓄電池１２の温度を蓄電装置で制御している。すなわち、本実施形態では、低温によって充電上限電流値が低下した蓄電池１２の温度を高めて、該蓄電池１２の充電可能な電流値を上昇させている。

次に、本実施形態の制御フローについて説明する。本実施形態の制御フローは、図６に示すように、図３に示した制御フローのＳＴＥＰ５１とＳＴＥＰ５２との間に、蓄電池１２の温度制御処理を有している。また、本実施形態では、ＳＴＥＰ５２の後に、ＳＴＥＰ２に戻る。

本実施形態の温度制御処理について、図７のサブフローを用いて説明する。まず、蓄電池１２の温度を測定する（ＳＴＥＰ５０１）。蓄電池１２の温度は、蓄電池１２に設けた温度センサ等で測定できる。次に、温度センサで測定された温度に基づいて、該温度のときの充電上限電流値を算出する（ＳＴＥＰ５０２）。このような充電上限電流値は、予め蓄電池１２の各温度での充電上限電流値の情報を蓄電装置に格納しておき、温度センサで測定された温度に相当する充電上限電流値の情報を読み出すようにすればよい。

次いで、上述の充電上限電流値と蓄電池１２の定格電流値とを比較して得られた情報を取得する（ＳＴＥＰ５０３）。例えば、蓄電池１２がリチウムイオン二次電池の場合、蓄電池１２の定格電流値は４５［Ａ］である。蓄電池１２が定格電流値を維持するためには、蓄電池１２の温度が１０〜５０℃の範囲であればよい。一方で、蓄電池１２の温度が５〜１０℃の範囲になると、充電上限電流値が３４［Ａ］となり、定格電流値よりも小さくなる。

ＳＴＥＰ５０３において、充電上限電流値が定格電流値と同等もしくは充電上限電流値よりも定格電流値が小さければ、蓄電池１２の温度制御を行なう必要がないため、温度制御フローを終了する。

一方で、ＳＴＥＰ５０３において、充電上限電流値が定格電流値よりも小さかった場合には、蓄電池１２を加熱する制御をする（ＳＴＥＰ５０４）。すなわち、充電上限電流値が定格電流値よりも小さい場合は、蓄電池１２の温度が定格電流値で充電可能な温度（１０〜５０℃）よりも低くなっている。そこで、ＳＴＥＰ５０４では、蓄電池１２を加熱することによって、蓄電池１２の温度を高めて蓄電池１２の充電上限電流値を定格電流値に近づける制御を行なう。ＳＴＥＰ５０４で蓄電池１２の温度を高めた後に、ＳＴＥＰ５０１に戻す。そして、次のＳＴＥＰ５０３において、充電上限電流値が定格電流値と同等になれば、蓄電池１２の温度制御を終了する。

このように、本実施形態では、蓄電池の温度を制御することによって、低温環境下でも蓄電装置の充電電流値を維持することができるため、蓄電装置の充電および放電をより効率よく実行できる。

上述した蓄電池１２の温度制御は、図８に示すように、充電制御部１３、蓄電池１２を加熱するヒーター５０およびヒーターコントローラー等を有する蓄電装置１０１を用いればよい。蓄電装置１０１では、充電制御部１３からの指令をヒーター５０に接続されたヒーターコントローラー５１が受信してヒーター５０の温度制御を行なう。

ヒーターコントローラー５１は、充電制御部１３から設定温度の情報を受信すると、ヒーター５０が設定温度になるように制御する機能を有している。すなわち、ヒーターコン
トローラー５１は、ヒーター５０の温度管理機能を有している。よって、充電制御部１３は、温度管理の制御機能を有していなくてもよい。

ヒーター５０は、例えば、図８に示すように、蓄電池１２の下に配置されていてもよいが、蓄電池１２の周囲に巻きつけて直接加熱するようにしてもよいし、非接触方式のヒーターを用いてもよい。また、直接加熱の方式および非接触方式を用いた場合、対流等を利用してパワーコンディショナ１１や充電制御部１３の雰囲気温度も上昇するようにすれば、蓄電装置１０１の使用温度範囲をさらに引き下げることができ、低温環境下での使用制限の発生を減らすことができる。

ヒーター５０およびヒーターコントローラー５１への電源供給は、受電端子１４を通じて系統２０から行なってもよいが、蓄電池１２の電力を用いて（パワーコンディショナ１１経由で）行なってもよい。また、蓄電池１２から電力供給を行うことも可能である。この場合、放電によって蓄電池１２内部が発熱するので、内部発熱とヒーター５０からの加温の両方で温度上昇するため、短時間で蓄電池１２の温度を上昇させることができる。ただし、放電によって充電に必要な充電電力量が増えるので、放電電力量と、それを補うために必要な充電に必要な時間の算出を行なう必要がある。よって、ヒーター５０を蓄電池１２の電力で駆動させる場合は、図３のＳＴＥＰ６における「給電した電力量」に、蓄電池１２からヒーター５０に供給した電力を加算すればよい。

（第７実施形態）
本実施形態は、第６実施形態と同様に、蓄電池１２を温度制御処理するものであるが、制御方法が異なっている。本実施形態の温度制御処理について、図９のサブフローを用いて説明する。

まず、蓄電池１２の温度を測定する（ＳＴＥＰ５１１）。蓄電池１２の温度は、蓄電池１２に設けた温度センサ等で測定できる。次に、蓄電池１２の温度が所定温度と比較して得られた情報を取得する（ＳＴＥＰ５１２）。所定温度は、蓄電池１２が定格電流値で充電動作が可能な温度を設定すればよい。例えば、蓄電池１２がリチウムイオン二次電池の場合、定格電流値を維持するためには、蓄電池１２の温度が１０〜５０℃の範囲であればよい。よって、蓄電池１２がリチウムイオン二次電池の場合は、所定温度を１０〜５０℃に設定すればよい。

ＳＴＥＰ５１２において、蓄電池１２の温度が所定温度と同等もしくは該所定温度よりも高ければ、蓄電池１２の温度制御を行なう必要がないため、温度制御フローを終了する。

一方で、ＳＴＥＰ５１２において、蓄電池１２の温度が所定温度よりも低かった場合には、蓄電池１２を加熱する制御をする（ＳＴＥＰ５１３）。すなわち、蓄電池１２の温度が所定温度よりも低い場合は、蓄電池１２が定格電流値で充電できない。そこで、ＳＴＥＰ５１３では、蓄電池１２を加熱することによって、蓄電池１２の温度を高めて蓄電池１２の充電上限電流値を定格電流値に近づける制御を行なう。ＳＴＥＰ５１３で蓄電池１２の温度を高めた後に、ＳＴＥＰ５１１に戻す。そして、次のＳＴＥＰ５１２において、蓄電池１２の温度が所定温度と同等になれば、蓄電池１２の温度制御を終了する。

このように、本実施形態では、蓄電池の温度を制御することによって、低温環境下でも蓄電装置の充電電流値を維持することができるため、蓄電装置の充電および放電をより効率よく実行できる。

また、上述した蓄電池１２の温度制御は、第６実施形態と同様の方法を用いればよい。
なお、ＳＴＥＰ５１２の所定温度は、充電制御部１３に記憶させておけばよい。

（第８実施形態）
本実施形態は、第６実施形態および第７実施形態の温度制御処理を時間帯別電灯契約の下で動作するものとしたときに、ヒーター５０を用いて蓄電池１２を温度上昇させる際に必要な電気代と、昼間電気料金時間帯の電力を買電して充電した場合の電気代のいずれが有利であるかを判定し、自動的に選択・切り替えを行う制御である。

本実施形態の判定制御フローを図１０に示す。本実施形態の判定制御は、図７のＳＴＥＰ５０４または図９のＳＴＥＰ５１３を実行する前に行なう。

まず、ヒーター５０の消費電力を算出する（ＳＴＥＰ５２１）。消費電力の算出にはヒーター５０の仕様の情報が必要となるため、予め充電制御部１３に当該情報を入力しておけばよい。

次に、ヒーター５０の設定温度の情報から蓄電池１２が当該設定温度に到達するまでの使用時間を算出する（ＳＴＥＰ５２２）。なお、このヒーター５０によって蓄電池１２の温度がどの程度の時間で上昇するかもヒーター５０の仕様の情報に含まれる。ヒーター５０の使用時間および消費電力から消費電力量Ｈ［Ｗｈ］を算出し、該消費電力量を買電したことで要する電気料金Ｈ１を算出する（ＳＴＥＰ５２３）。なお、１［ｋＷ］当りの電気料金の情報は、予め充電制御部１３に入力しておけばよい。

次に、ＳＴＥＰ５１で算出された第１所定時間内で不足する不足電力量の情報を読込み（ＳＴＥＰ５２４）、昼間電気料金時間帯の電力を買電した場合の電気料金Ｗ１を算出する（ＳＴＥＰ５２５）。

次いで、電気料金Ｈ１と電気料金Ｗ１とを比較した情報を取得する（ＳＴＥＰ５２６）。ＳＴＥＰ５２６において、ヒーター５０を用いた時の電気料金Ｈ１が、昼間電気料金時間帯に充電を行なう時の電気料金Ｗ１と同じ、もしくは大きいと判定された場合にはＳＴＥＰ５２７に進み、ヒーター５０を用いない制御を選択する。

一方で、ＳＴＥＰ５３６において、電気料金Ｈ１の方が小さかった場合には、ＳＴＥＰ５２８に進み、ヒーター５０を用いた制御を選択して、蓄電池１２の温度制御を実行する。なお、電気料金Ｈ１と電気料金Ｗ１とが同じときは、ヒーター５０を用いない制御を選択すれば、ヒーターを用いない方がヒーター５０やヒーターコントローラー５１の電子部品の寿命を延ばすことができる。このように、ヒーター５０を用いて第１所定時間内に充電が完了するようにする制御と、割高な昼間時間帯電気料金であっても第１所定時間外に充電を行う制御のいずれにコストメリットがあるかを自動判定し、最適な選択が行われるようにすれば、より経済的効果を高めることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、上述の実施形態において、第１所定時間を夜（深夜電気料金時間帯）、第２所定時間を昼（昼間電気料金時間帯）に設定したが、本発明はこれに限定されない。従量電灯契約であれば、特定負荷４０の動作開始または蓄電池１２の充電開始の早い方から特定負荷４０の動作終了または蓄電池１２の充電終了の遅い方までの時間を第１所定時間とし
、蓄電装置１０から一般負荷３０に給電する時間を第２所定時間とすればよい。

１０ 蓄電装置
１１ パワーコンディショナ
１２ 蓄電池
１３ 充電制御部
１４ 受電端子
１５ 出力端子
１６〜１８ センサ
２０ 系統
３０ 一般負荷
４０ 特定負荷
５０ ヒーター
５１ ヒーターコントローラー

Claims (10)

1. 第１所定時間内において系統からの受電電力を特定負荷で優先的に消費して、余剰の電力を蓄電池に充電する蓄電装置を備え、第２所定時間内において前記蓄電池で充電された電力を一般負荷に優先的に給電する蓄電システムであって、
   前記蓄電装置は、前記特定負荷の消費電力および前記蓄電池の充電電力を予測して算出し、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力と前記第１所定時間内における前記充電電力とを比較して得られた情報に基づき、前記蓄電装置の充電を制御する、蓄電システム。
2. 前記蓄電装置は、前記情報を出力して需要者に通知する、請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記蓄電装置は、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力が前記第１所定時間内における前記充電電力よりも小さい場合に、前記蓄電池に充電可能な電力を第１所定時間の単位時間あたりで均一になるように充電する、請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記蓄電装置は、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力が前記第１所定時間内における前記充電電力よりも小さい場合に、前記蓄電池に充電可能な電力を第１所定時間が終了する前に完了するように充電する、請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
5. 前記蓄電装置は、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力が前記第１所定時間内における前記充電電力よりも大きい場合に、第３所定時間で前記蓄電池に充電する、請求項１に記載の蓄電システム。
6. 前記蓄電装置は、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力が前記第１所定時間内における前記充電電力よりも大きい場合に、前記一般負荷への放電量が小さくなるように制御する、請求項１に記載の蓄電システム。
7. 前記特定負荷の動作を制御可能なエネルギー制御装置をさらに備え、
   前記エネルギー制御装置は、前記第２所定時間における前記一般負荷の消費電力が前記第１所定時間内における前記充電電力よりも大きい場合に、消費電力が小さくなるように前記特定負荷の動作を制御する、請求項１に記載の蓄電システム。
8. 前記蓄電装置は、前記蓄電池の温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記温度センサで測定された前記温度における前記蓄電池の充電上限電流値を算出し、該充電上限電流値と前記蓄電池の定格電流値とを比較して得られた情報を取得する、請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
9. 前記蓄電装置は、前記充電上限電流値が前記定格電流値よりも小さい場合に、前記蓄電池の温度を上げる制御を行なう、請求項８に記載の蓄電システム。
10. 前記蓄電装置は、前記蓄電池の温度を測定する温度センサをさらに備え、
    前記温度センサで測定された温度が所定温度以下になった場合に、前記蓄電池の温度を上げる制御を行なう、請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。

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