JP2015208159A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】非常時に備え非常時に備えた効率的な充放電モード。【解決手段】蓄電池と、前記蓄電池を第１の速度で充電する第１モードと；前記蓄電池の蓄電残量が第１の放電容量より少ない場合、第１の速度より速い第２の速度で前記蓄電池を充電する第２モードと；を用いて前記蓄電池を制御可能である管理部と、を有することを特徴とする蓄電システムを提案する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は蓄電システムに関する。

系統電力を蓄電池に充電し、非常時に放電する蓄電システムが知られている。たとえば特許文献１では、計画停電や災害などが予測されるとき、ユーザによって急速充電を指示し、事前に蓄電池をほぼ満充電まで充電する手段が開示されている。

また、たとえば特許文献２では、過去の消費電力量に基づいて停電期間中の必要電力量を類推し、目標蓄電量に達するまでの充電時間を算出し、通常または急速充電する手段が開示されている。

特開2014-23284号公報 特開2014-27839号公報

しかしながら、特許文献１の手段では、計画停電の日程を知るタイミングと、計画停電が実施される開始時間が離れている場合、開始時間前に充電の指示ができない恐れがあり、また日程を知ったときに即座に急速充電を指示しても、停電開始まで蓄電を利用できないという問題があった。また、特許文献２の手段では、停電開始時刻およびその期間が予想できない災害時などにおいて、適切な充放電スケジュールを組むことが難しい。

よって、従来の蓄電システムでは、非常時に備えて充電する機能を備えていても、停電発生までの間、蓄電を効率的に利用することが難しい。

本実施形態の通信システムは、蓄電池と、前記蓄電池を第１の速度で充電する第１モードと；前記蓄電池の蓄電残量が所定容量より少ない場合、第１の速度より速い第２の速度で前記蓄電池を充電する第２モードと；を用いて前記蓄電池を制御可能である管理部と、を有する。

本実施形態によれば、非常時に備えた効率的な充放電が可能となる。

第１の実施形態にかかる電力制御システムの一例を示すシステム構成図 第１の実施形態にかかる管理部のブロック図 第１の実施形態にかかる操作部監視画面 第１の実施形態にかかる操作部設定画面 第１の実施形態にかかる操作部設定画面 第１の実施形態にかかる第１モードおよび第２モードの設定条件例 第１の実施形態にかかる操作部監視画面 第１の実施形態にかかる蓄電システムの第１モード動作例を示すフロー 第１の実施形態にかかる蓄電システムの第２モード動作例を示すフロー 第１の実施形態にかかる蓄電システムの放電運転動作例を示すフロー 第１の実施形態にかかる蓄電システムの第２モード動作例を示すフロー 第２の実施形態にかかる蓄電システムの動作例を示すフロー

本発明にかかる実施形態の蓄電システムは、蓄電池と、前記蓄電池を第１の速度で充電する第１モードと；前記蓄電池の蓄電残量が放電容量より少ない場合、第１の速度より速い第２の速度で、前記蓄電池を充電容量に達するまで充電する第２モードと；を用いて前記蓄電池を制御可能である管理部と、を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態に係る電力制御システムの一例を示すシステム構成図である。本実施形態に係る電力制御システムは、例えば住宅などの施設に設けられ、蓄電システム１、電力系統２、配電システム３を備える。

蓄電システム１は蓄電池１１、管理部１２、および操作部１３を備える。管理部１２は、電力系統２に基づく蓄電池１１の充電、および蓄電池１１から配電システム３への放電を管理する。蓄電池１１、管理部１２および操作部１３は、物理的に一体でもよいし、有線または無線で接続されている複数の個体でもよい。たとえば、蓄電池１１を屋外に設置した場合、操作部１３はユーザの利便性を考慮し、屋内に設置してもよい。操作部１３で行われた操作入力の内容は、管理部１２に引き渡される。管理部１２は、前記操作入力の内容に基づいて蓄電池１１の動作制御を行う。

蓄電池１１は、管理部１２の指示に従い、電力系統２からの給電を蓄電し、非常時または所定のパターンで放電する。また、本実施形態では、通常充電と、充電電流が通常充電より大きい急速充電の２パターンで充電が可能である。急速充電を用いた場合、通常充電より短時間で電量を蓄えることができる。

管理部１２は、図２のような構成を有する。通信部１２０は、無線または有線通信回線を用いて蓄電池１１および操作部１３と通信を行う。記憶部１２１は、蓄電池１１の運転条件、スケジュール、充電パターンなど設定情報を格納する。測定部１２２は、蓄電池１１の蓄電残量を測定する機能を有する。制御部１２３は、記憶部１２１および測定部１２２の情報を用いて、蓄電池１１に所定のモードを用いた制御命令を送信する。なお、操作部１３から受信した操作入力は、記憶部１２１に格納するか、その内容に応じて制御部１２３によって蓄電池１１の制御を行う。たとえば、操作入力が後述する運転モードの設定情報などである場合は記憶部１２１に格納し、操作入力が強制放電の操作であれば、充放電部１２３が該当する制御命令を蓄電池１１に送信する。なお、通信部１２０、記憶部１２１、測定部１２２、制御部１２３は、蓄電システム１のいずれの構成に位置してもよく、蓄電池１１または操作部１３と一体に構成してもよいし、独立していてもよい。

操作部１３はユーザの操作入力を受け付けるインターフェイスを有し、たとえば図３のように、蓄電システム１の監視画面を表示することもできる。また、図４、図５のように、パラメータの設定画面を表示し、操作入力を受け付けることもできる。

電力系統２は、電力会社が電力を住戸に供給または買取するためのシステムである。

配電システム３は、分電盤３１および少なくとも一つの負荷３２からなる。分電盤３１は、蓄電システム１、電力系統２、配電システム３の配電をそれぞれ管理する別個の分電盤であってもよいが、図１において簡略化して表す。負荷３２は、たとえば家庭用電気機器など、電力消費を必要とする機器である。

なお、図１に示すように、本実施形態の電力制御システムは、たとえば自家発電を行う太陽光発電システム５を備え、管理部１２によって自家発電を蓄電システム１、電力系統２または配電システム３へ送電してもよい。また、蓄電システム１をHEMS（Home Energy Management System）または外部の情報と連系させるため、通信機能を操作部１３または管理部１２に具備させ、HGW４（Home Gateway）と情報の受け渡しを可能にしてもよい。本実施形態において、HGW４は宅内の無線または有線のネットワークを介し、配電システム３に属する負荷３２などと通信可能であり、公衆回線にも接続可能な通信機器である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、図１および図２に示した蓄電システム１において、通常モードおよび停電準備モード（前記第１モードおよび第２モード）で制御したときの動作をそれぞれ説明する。

本実施形態において、制御パラメータをたとえば図６のように設定する。０７：００〜２４：００は放電運転可能の放電時間帯であり、００：００〜０７：００は放電運転をしない充電時間帯とする。ここで放電運転とは、蓄電池１１の蓄電を配電システム３に向けて放電することをいう。

また、ここでは運転制御の判断に用いる所定の蓄電容量を「放電容量」および「充電容量」と称し、それぞれの時間帯に対し設定可能である。放電容量は、すなわち非常時用として最低限確保したい蓄電容量であり、通常モードにおいては一時の停電の際に必要な蓄電容量または電力消費が集中する時間帯における買電量を緩和するための蓄電容量を設定することが好ましく、停電準備モードにおいては災害など非常時に長期間停電が予想されるため、より多い蓄電容量を設定したいため、通常モードに対し「レベル１」、停電準備モードに対し高めの例えば「レベル５」を設定する。充電容量は、放電容量と同じまたは高く設定され、充電運転を行うときに蓄電池に充電する蓄電容量の上限を設定する。これは通常モードおよび停電準備モードにおいて例えば「最大」を設定する。たとえば蓄電残量が「レベル４」に達したとき、図３に示すように通常モードでは放電運転を続けるが、停電準備モードでは図７に示すように、充電運転を行い蓄電残量が最大になるまで充電する。この蓄電システムの動作の詳細は図８〜図１１において後述する。

なお、これらの時刻と所定の蓄電容量は、前述のように操作部１３を介し図４および図５のように表示からそれぞれ設定可能であるが、蓄電残量が所定の容量より少ない場合の運転制御はあらかじめ設定される。

図８は、第１の実施形態にかかる通常モードの動作例を示すフローチャートである。

図８のフローチャートは、制御部１２３の指示により蓄電システム１が任意の制御モードから通常モードに切り替わったときにスタートする（Ｓ８０）。

まず、制御部１２３は、記憶部１２１に格納されている設定情報から、放電時間帯か否かを判断する（Ｓ８１）。放電時間帯であれば、測定部１２２によって測定された蓄電池１１の蓄電残量と、記憶部１２１に格納されている放電容量の設定値とを比較する（Ｓ８２）。本実施形態において、放電容量は「レベル１」と設定されているため、蓄電残量が「レベル１」を下回る場合、なにもしない、あるいは放電運転中であれば放電運転を停止する（Ｓ８３）。なお、蓄電残量がたとえば「最大」であった場合、制御部１２３は蓄電池１１に放電運転の指示を送信し（Ｓ８４）、蓄電容量が「レベル１」を下回るまで継続する（Ｓ８３）。

Ｓ８１において、放電時間帯ではなく充電時間帯であると判断した場合、蓄電システム１は放電運転を行わず、積極的に充電を行う。まず、制御部１２３は測定部１２２によって測定された蓄電池１１の蓄電残量と、記憶部１２１に格納されている充電容量の設定情報とを比較する（Ｓ８５）。本実施形態において、充電容量は「最大」と設定されているため、蓄電残量が「最大」に達していない場合充電運転を開始し、蓄電残量が「最大」に達するか充電時間帯が終了するまで継続する（Ｓ８６）。

図９は、第１の実施形態にかかる停電準備モードの動作例を示すフローチャートである。

図９のフローチャートは、制御部１２３の指示により蓄電システム１が任意の制御モードから停電準備モードに切り替わったときにスタートする（Ｓ９０）。

まず、制御部１２３は、記憶部１２１に格納されている設定情報から、放電時間帯か否かを判断する（Ｓ９１）。放電時間帯であれば、測定部１２２によって測定された蓄電池１１の蓄電残量と、記憶部１２１に格納されている放電容量の設定値とを比較する（Ｓ９２）。本実施形態において、放電容量は「レベル５」と設定されているため、蓄電残量が「レベル５」を下回る場合、急速充電運転を開始する（Ｓ９３）。なお、蓄電残量がたとえば「最大」であった場合、制御部１２３は蓄電池１１に放電運転の指示を送信し（Ｓ９４）、蓄電容量が「レベル５」を下回るまで継続する（Ｓ９３）。

Ｓ９１において、放電時間帯ではなく充電時間帯であると判断した場合、蓄電システム１は放電運転を行わず、積極的に充電を行う。まず、制御部１２３は測定部１２２によって測定された蓄電池１１の蓄電残量と、記憶部１２１に格納されている充電容量の設定情報とを比較する（Ｓ９５）。本実施形態において、充電容量は「最大」と設定されているため、蓄電残量が「最大」であれば何もせず、達していない場合はＳ９６に進む。次に、制御部１２３は蓄電残量と放電容量の設定値「レベル５」とを比較し（Ｓ９６）、蓄電残量が放電残量設定値より少なければ、急速充電運転を開始する（Ｓ９７）。急速充電運転は、蓄電残量が「レベル５」に達するまで行い、蓄電容量が「レベル５」に達すると充電運転に切り替わり（Ｓ９８）、蓄電残量が「最大」に達するまで継続する。いずれの充電運転でも、放電時間帯が終了するとＳ９１に戻る。

すなわち、停電準備モードを用いて蓄電システム１を制御する場合、放電時間帯であっても、蓄電池１１の蓄電容量が「レベル５」から「最大」であるときのみ放電運転が可能であり、蓄電容量が「レベル５」に達しない場合、急速充電運転によって「レベル５」の蓄電量を確保する。また、充電時間帯においても、急速充電運転を用い「レベル５」の蓄電残量を確保し、猶予があれば充電容量「最大」まで充電する。

なお、管理部１２は、各モードの動作状態に関わらず、ユーザの操作入力によって蓄電池１を強制的に放電する強制放電機能をさらに有してもよい。強制放電の指示がなされた蓄電システム１の動作を、図１０を用いて説明する。

図１０のフローチャートは、強制放電の操作入力が操作部１３から制御部１２３に送信されるとスタートする（Ｓ１００）。まず、制御部１２３は、測定部１２２によって測定された蓄電池１１の蓄電残量があるか判断し（Ｓ１０１）、蓄電残量があれば、蓄電池１１に放電運転を行う制御命令を送信し、蓄電池１１が放電運転を開始する（Ｓ１０２）。強制放電を終了する指示がなければ、蓄電残量が０になるまで放電運転を行う（Ｓ１０３）。蓄電残量が０になる前に、強制放電を終了する指示があると、強制放電の操作入力時に用いられていた制御モードを再度スタートする（Ｓ１０４）。

たとえば強制放電を終了したときの蓄電池１の蓄電残量が「レベル４」である場合、通常モードおよび停電準備モードが再度スタートされたときの動作を説明する。

放電時間帯において、Ｓ１０４にて通常モードがスタートされた場合（Ｓ８０）、蓄電残量「レベル４」が放電容量の設定値「レベル１」より多いため（Ｓ８２）、蓄電残量が「レベル１」を下回るまで放電運転を継続する（Ｓ８４）。一方、Ｓ１０４にて停電準備モードがスタートされた場合（Ｓ９０）、蓄電残量「レベル４」が放電容量の設定値「レベル５」より少ないため（Ｓ９２）、急速充電運転を開始する（Ｓ９３）。すなわち、停電に向けて備えたい蓄電量を確保するため、短時間で蓄電残量が「レベル５」に達するよう急速充電を行う。

充電時間帯において、Ｓ１０４にて通常モードがスタートされた場合（Ｓ８０）、蓄電残量「レベル４」が充電容量の設定値「最大」より少ないため（Ｓ８５）、蓄電残量が「最大」に達するか、充電時間帯が終了するまで充電運転を行う（Ｓ８６）。一方、Ｓ１０４にて停電準備モードがスタートされた場合（Ｓ９０）、制御部１２３は、蓄電残量と充電容量の設定値「最大」とをまず比較し（Ｓ９５）、蓄電残量の補充が必要であることが分かる。次に、蓄電残量と放電容量の設定値「レベル５」とを比較し（Ｓ９６）、蓄電残量が放電容量より少ないため、非常時に向けて短時間で「レベル５」の蓄電量を確保しようと急速充電運転を開始する（Ｓ９７）。急速充電運転は、蓄電残量が「レベル５」に達するまで行い、蓄電容量が「レベル５」に達すると充電運転を行う（Ｓ９８）。いずれの充電運転でも、充電時間帯が終了するとＳ９１に戻る。

なお、図９のＳ９５〜Ｓ９８は、図１１のＳ１１５〜Ｓ１１６のように動作してもよい。

図１１のフローを適用した場合、たとえば充電時間帯において蓄電残量が「レベル４」であるとき、蓄電残量「レベル４」が充電容量の設定値「最大」より少ないと（Ｓ９５）、蓄電残量が「最大」に達するか、充電時間帯が終了するまで急速充電運転を行う（Ｓ９６）。

（第１の実施形態の効果）

第１の実施形態によると、非常時に備えて通常より速い速度で必要電力を蓄電池に蓄えることができ、かつ、停電が発生するまでの間も、必要電力を確保しながら蓄電を利用することができる。

本実施形態では、第１モードと第２モードに対し異なる放電容量、すなわち最低限確保したい蓄電量をそれぞれ設定できるため、通常時は蓄電を効率的に使いたく、非常時は多めの蓄電を保持したい場合、いちいち設定を変更しなくてもよい。また、強制放電の機能を備える場合、一時的に蓄電を放電してもＳ９３、Ｓ９７（Ｓ１１３、Ｓ１１７）によって充電され、時間帯によらず最低限確保したい蓄電量を回復できる。

さらに、第２モードではＳ９２、Ｓ９４の動作によって、最低限確保したい蓄電量を保ちながら、充電時間帯に蓄えた充電容量から放電容量の差分を利用できる。そのため、停電する恐れを知ってから実際に停電が発生するまでの間、全く蓄電池の蓄電を利用できない、といった問題がない。

また、Ｓ９３、Ｓ９７、Ｓ１１６において通常より速い速度で充電を行うため、いつ停電するか分からない場合でも、短時間でできるだけ多くの蓄電量を確保することができる。なお、図１１のフローを適用した場合、上記効果に加え、常に急速運転を行うため、充電時間帯においてもできるだけ短時間で多くの充電容量を確保できる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、停電準備モードへの切り替えは、ユーザが台風、地震など停電の恐れがある災害予報や計画停電の情報を入手したときに、手動で切り替えることを想定している。一方で、第２の実施形態では、蓄電システム１のいずれかの構成が前記情報を入手し、制御部１２３が停電準備モードに自動的に切り替える機能を有する。たとえば、管理部１２の通信部１２０がHGW４を介して前記情報を公共回線から入手し、当該情報に基づき制御部１２３が自動的にモードを切り替えてもよい。なお、前記情報に停電の恐れがある予想期間、または計画停電の開始時刻などが含まれる場合、制御部１２３は、停電に備えて適切なタイミング、たとえば前記開始時刻より以前に蓄電残量が充電容量まで充電できるタイミングで、停電準備モードへ切り換えてもよい。

図１２は、第２の実施形態にかかる蓄電システムの動作例を示すフローチャートである。

図１２のフローは、蓄電システム１の任意の構成が災害予報や計画停電などの情報を入手したときに開始する（Ｓ１２０）。管理部１２は、前記情報に時刻を含むか否かを判断し（Ｓ１２１）、時刻を含まない情報の場合は停電準備モードへ直ちに切り替える（Ｓ１２４）。たとえば、突発的な災害情報である場合、停電時刻が不明であるため、すぐに充電を始めることが好ましい。時刻を含む情報の場合、当該時刻までに最低限必要となる蓄電量、すなわち記憶部１２１に格納されている停電準備モードの設定放電容量を蓄えるため、充電を開始すべき切換時刻を求める（Ｓ１２２）。現在時刻が前記算出した切換時刻を超過していれば、直ちに停電準備モードを起動し（Ｓ１２３）、超過していなければ切換時刻まで待機してから停電準備モードを起動する（Ｓ１２５）。たとえば、「５日後の１３：００〜１５：００に停電が行われる」という情報の場合、４日後の深夜に停電準備モードへ切り換えることが好ましい。

（第２の実施形態の効果）

第２の実施形態によると、ユーザが外出しているなど、操作が難しい場合や、非常時の情報を見逃した場合でも、停電に備えてモードを切り替え、必要な電量を確保することができる。

１…蓄電システム
１１…蓄電池
１２…管理部
１３…操作部
２…電力系統

Claims (6)

1. 蓄電池と、
   前記蓄電池を第１の速度で充電する第１モードと；前記蓄電池の蓄電残量が第１の放電容量より少ない場合、第１の速度より速い第２の速度で前記蓄電池を充電する第２モードと；を用いて前記蓄電池を制御可能である管理部と、
   を有することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記管理部は、
   第１モードを用いて前記蓄電池を制御するとき、前記蓄電池の蓄電残量が第２の放電容量より少ない場合、放電運転を停止し；
   第２モードを用いて前記蓄電池を制御するとき、前記蓄電池の蓄電残量が前記第１の放電容量より少ない場合、前記蓄電池を第２の速度で所定の容量に達するまで充電する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記第１の放電容量を異なる時間帯に対し、それぞれ設定可能である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一に記載の蓄電システム。
4. 前記管理部は、前記蓄電池を放電する強制放電機能をさらに有し、
   第２モードを用いて前記蓄電池を制御するとき、前記強制放電機能によって前記蓄電池の蓄電残量が前記所定容量以下に達すると、前記強制放電機能を停止した後、前記蓄電池を第２の速度で前記所定容量に達するまで充電する
   ことを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
5. 非常情報を取得する通信部と；
   前記非常情報にもとづき、第２モードに切り替える制御部と；
   を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一に記載の蓄電システム。
6. 前記非常情報に開始時刻情報が含まれる場合、前記開始時刻より以前に、前記蓄電池の蓄電残量が所定容量まで充電できるタイミングで第２モードに切り替える制御部と；
   を有することを特徴とする請求項５に記載の蓄電システム。
   
   
   

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