JP2016187292A - 蓄電システム及び管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電スケジュールを簡単に設定する。
【解決手段】管理装置４０は、２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０及び／又は双方向パワーコンディショナ３０に蓄電モジュール１０の充放電を指示する。管理装置４０は、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、設定された充放電スケジュールに従い運転される蓄電システム、及び管理装置に関する。

近年、リチウムイオン電池などの蓄電池を用いた蓄電システムが普及している。蓄電システムは停電時のバックアップやピークシフトに利用できる。日本の電力会社は夜間帯（２３：００〜７：００）の電気料金を安価に設定しているため、夜間に蓄電池に充電し昼間に放電すると電気料金を節約できる。またピーク時間帯（１３：００〜１６：００）の電力使用量を減らすことができる。

特許文献１は、スケジュール帳に従い充電の際に使用する閾値を決定する電源管理を開示します。

特開２０１１−２２７８２０号公報

平日と休日では電力の使用パターンが異なるため、異なる充放電スケジュールに従い運転される。特にオフィスビルや工場では平日と休日で電力使用量が大きく異なる。仮に平日は２２：００〜２：００に充電し、休日には充電しない充放電パターンを設定する場合、金曜日の夜の充電が途中で終了してしまうため、金曜日の夜の充電時間について個別に設定する必要があった。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、充放電スケジュールを簡単に設定できる蓄電システム及び管理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、蓄電装置と、前記蓄電装置と系統との間に設けられる電力変換装置と、２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記電力変換装置に前記蓄電装置の充放電を指示する管理装置と、を備える。前記管理装置は、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替える。

本発明の別の態様は、管理装置である。この装置は、蓄電装置の充放電を管理する管理装置であって、２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記蓄電装置と系統との間に設けられる電力変換装置に前記蓄電装置の充放電を指示し、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、充放電スケジュールを簡単に設定できる。

本発明の実施の形態に係る蓄電システムの構成を示す図である。 図１の管理装置の構成を示す図である。 運転パターンの設定画面の一例を示す図である。 運転パターンを０：００に切り替える場合と６：００に切り替える場合を比較した図である。 運転パターンの設定画面の別の例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の構成を示す図である。蓄電システム１は、蓄電モジュール１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、双方向パワーコンディショナ３０及び管理装置４０を備える。蓄電モジュール１０は蓄電池１１及び制御部１２を含む。蓄電池１１は、直列または直並列接続された複数の蓄電池セルにより構成される。蓄電池セルにはリチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池などを使用できる。なお蓄電池１１の代わりに電気二重層コンデンサを使用してもよい。制御部１２は当該複数の蓄電池セルの状態（例えば、電圧、電流、温度）を監視し、当該複数の蓄電池の監視データを通信線を介して管理装置４０に送信する。

蓄電モジュール１０はＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して、双方向パワーコンディショナ３０の直流側に接続される。双方向パワーコンディショナ３０の交流側は、系統電源２が接続された交流電流路４に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は管理装置４０から放電指示を受けると、指定された放電レートで蓄電モジュール１０から双方向パワーコンディショナ３０に放電するよう制御する。またＤＣ−ＤＣコンバータ２０は管理装置４０から充電指示を受けると、指定された充電レートで双方向パワーコンディショナ３０から蓄電モジュール１０に充電するよう制御する。

双方向パワーコンディショナ３０は管理装置４０からの指示に応じて運転モードを切り替える。放電時のモードには系統連系モードと自立運転モードがある。系統連系モードでは、双方向パワーコンディショナ３０内は、蓄電モジュール１０から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電流路４に出力する。その際、双方向インバータを駆動制御する制御回路は、系統電源２から供給される交流波形の周波数および位相に同期した交流電流を当該双方向インバータから出力させる。

自立運転モードは系統電源２の停電時に選択されるべきモードである。自立運転モードにおいても当該双方向インバータは、蓄電モジュール１０から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電流路４に出力する。その際、当該制御回路は、予め設定された周波数の交流電圧を当該双方向インバータから出力させる。従って停電時にも交流電流路４に交流電圧を供給することができ、交流電流路４に接続された負荷３に電力を供給できる。充電時には当該双方向インバータは、系統電源２から供給される交流電力を直流電力に変換し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して蓄電池１１に出力する。

図１においてＤＣ−ＤＣコンバータ２０を設けない構成も可能である。その場合、双方向パワーコンディショナ３０内の当該双方向インバータで放電時の放電レート及び充電時の充電レートも設定する。なお蓄電モジュール１０と双方向パワーコンディショナ３０の間にＤＣ−ＤＣコンバータ２０を挿入する構成は、蓄電モジュール１０が並列接続される構成に有効である。蓄電システム１の容量を増加させるために、複数の蓄電モジュール１０を並列接続して使用することも多い。その場合、各蓄電モジュール１０の充放電経路にＤＣ−ＤＣコンバータ２０を挿入していれば、蓄電モジュール１０ごとに個別に充放電制御できる。

図２は、図１の管理装置４０の構成を示す図である。管理装置４０は蓄電システム１を統括的に管理する装置であり、制御部４１、記憶部４２、表示部４３、操作部４４及び通信部４５を備える。制御部４１はハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、又はハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。記憶部４２は不揮発性半導体メモリ等の記憶媒体を備え、運転パターン保持部４２１及びスケジュール保持部４２２を含む。表示部４３及び操作部４４はタッチパネルディスプレイで構成されてもよい。

以下、管理装置４０による本実施の形態において注目する処理を説明する。管理装置４０の制御部４１は、２４時間の充放電スケジュールを規定した運転パターンに従い、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０及び双方向パワーコンディショナ３０に充放電を指示する。運転パターンは、複数の運転パターンの中から日単位で選択される。本実施の形態では、平日用の運転パターンＡと休日用の運転パターンＢの２パターンを設け、日単位でどちらの運転パターンを使用するか指定する。

図３は、運転パターンの設定画面５０の一例を示す。図３に示す設定画面５０は、カレンダウインドウ５１、運転パターンＡ設定ウインドウ５２、運転パターンＢ設定ウインドウ５３を有する。ユーザは操作部４４から、運転パターンＡ設定ウインドウ５２内の曜日欄５２ａに運転パターンＡが使用される曜日を入力する。また放電時間欄５２ｂに放電時間を入力し、充電時間欄５２ｃに充電時間を入力し、蓄電池１１の最低確保容量欄５２ｄに最低確保容量を入力する。図３に示す例では運転パターンＡが使用される曜日として、月〜金を指定している。また放電時間として「１４：００〜１７：００」を設定し、充電時間として「２２：００〜２：００」を設定している。また蓄電池１１の最低確保容量として５０％を設定している。蓄電池１１の最低確保容量は、停電時のバックアップ電源として蓄電池１１に最低源確保しておく容量である。平時のピークシフト運転では最低確保容量まで放電されると放電を停止する。

制御部４１は、ユーザにより入力された放電時間および充電時間に従い充放電スケジュールを生成し、運転パターンＡの充放電スケジュールとして運転パターン保持部４２１に登録する。

制御部４１は、ユーザにより入力された放電時間および最低確保容量、並びに放電開始時の蓄電池１１の容量をもとに放電時の充電レートを決定する。蓄電池１１の容量は、蓄電池１１の開放電圧を測定することにより推定できる。本実施の形態は定電流−定電圧（ＣＣ−ＣＶ）放電を前提としているため、放電開始時の容量から最低確保容量を引いた容量を、放電時間で割ることにより放電レートを決定できる。図３の例では放電終了時刻の１７：００に蓄電池１１の容量が５０％になるように放電レートを決定する。制御部４１は、図３の運転パターンＡ設定ウインドウ５２内の放電電力目安欄５２ｅに、決定した放電レートに基づく放電電力を表示させる。

充電の場合、制御部４１は、ユーザにより入力された充電時間、及び充電開始時の蓄電池１１の容量をもとに充電時の放電レートを決定する。本実施の形態は定電流（ＣＣ）充電を前提としているため、充電開始時の容量から満充電容量にするための容量を、充電時間で割ることにより充電レートを決定できる。図３の例では充電終了時刻の２：００に蓄電池１１の容量が満充電になるように充電レートを決定する。

運転パターンＢ設定ウインドウ５３の入力についても同様に、ユーザは操作部４４から、曜日欄５３ａ、放電時間欄５３ｂ、充電時間欄５３ｃ、最低確保容量欄５３ｄのそれぞれに曜日または値を入力する。図３に示す例では運転パターンＢが使用される曜日として、土日を指定している。また蓄電池１１の最低確保容量として５０％を設定している。放電時間および充電時間は設定されていない。

この例は蓄電システム１をオフィスビルに設置する例を想定しており、定休日はオフィスビル内の消費電力が営業日と比較して大きく下がる。そこで定休日はピークシフト運転をしない設定としている。蓄電池１１の寿命は主として充放電回数で決定されるため、週末は充放電しない設定の方が蓄電池１１の寿命を延ばすことができる。

制御部４１は、ユーザにより入力された放電時間および充電時間に従い充放電スケジュールを生成し、運転パターンＢの充放電スケジュールとして運転パターン保持部４２１に登録する。放電時の放電レート及び充電時の充電レートの決定方法は運転パターンＡの場合と同じである。

運転パターンＡ設定ウインドウ５２内の曜日欄５２ａ、及び運転パターンＢ設定ウインドウ５３内の曜日欄５３ａが設定されると、カレンダウインドウ５１内の各日付欄に運転パターン（「Ａ」ｏｒ「Ｂ」）が挿入される。ユーザは、平日の休業日など運転パターンを変更したい日付欄の運転パターンを適宜変更する。制御部４１は、各日付けの運転パターンを記憶したカレンダスケジュールをスケジュール保持部４２２に登録する。

一般的に運転パターンの切替は、日付変更時刻（０：００）に行われる。すなわち、制御部４１は日付変更時刻になるとスケジュール保持部４２２を参照して、その日の運転パターンを特定する。前日と運転パターンが同じ場合は問題が発生しないが、前日と運転パターンが異なる場合、問題が発生する場合がある。図３に示す例では金曜日と土曜日で運転パターンが異なるが、土曜日の０：００に運転パターンＡから運転パターンＢに切り替わると充電が途中で停止してしまう。

そこで本実施の形態では前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、制御部４１は蓄電池１１が充放電していない時間帯に運転パターンを切り替える。図３の例では２２：００〜２：００及び１４：００〜１７：００の時間帯を外した時刻に切り替える。例えば６：００に切り替える。前日と運転パターンが同じ日は０：００に切り替えてもよいし、運転パターンが異なる日に合わせて一律に６：００に切り替えてもよい。

図４は、運転パターンを０：００に切り替える場合と６：００に切り替える場合を比較した図である。実線が６：００に切り替える場合の蓄電池１１のＳＯＣ(State Of Charge)推移を、点線が０：００に切り替える場合のＳＯＣ推移を示している。なお図４では単純な例として最低確保容量を５０％、満充電容量を１００％とする例を描いているが、一例でありユーザまたは設計者により任意に設定できる。

点線に示すように運転パターンを０：００に切り替える場合、土曜日の０：００に充電が途中で停止するため、週末の蓄電池１１の状態が満充電に満たない状態となる。一方、運転パターンを６：００に切り替える場合、土曜日の６：００まで運転パターンＡが適用されるため蓄電池１１が満充電まで充電される。従って週末の蓄電池１１の状態は満充電状態となる。週末に停電が発生するリスクを考えると、後者の方がバックアップ容量を多く確保できており好ましいといえる。

仮に２２：００〜０：００の間で満充電に充電しようとする場合、充電レートを倍にする必要があり蓄電池１１の負荷が大きくなる。また管理装置４０の充放電アルゴリズムが複雑化する。

運転パターンを切り替える時刻をユーザが設定可能な設計でもよい。その場合、制御部４１はユーザにより操作部４４から入力された時刻を運転パターンの切替時刻に設定する。その際、制御部４１は蓄電池１１の充電時間帯および放電時間帯に含まれる時刻を入力できないように設定してもよい。例えば充電時間帯に含まれる時刻をユーザが入力した場合、ＮＧを表示させる。

図５は、運転パターンの設定画面５０の別の例を示す。図５に示す設定画面５０は、図３に示した設定画面５０に、運転パターン切替時刻設定ウインドウ５４が追加された画面である。ユーザは操作部４４から、運転パターン切替時刻設定ウインドウ５４内の切替時刻欄５４ａに、運転パターンの切替時刻を入力する。

以上説明したように本実施の形態によれば、予め複数の運転パターンを登録し、曜日単位で運転パターンを指定するだけで、蓄電システム１の充放電スケジュールを簡単に設定できる。金曜日の深夜や日曜日の深夜の充電に対する例外設定をする必要もない。また最低確保容量を入力するだけでよく、放電レート及び充電レートを設定する必要もない。また充放電中に異なる運転パターンに切り替わることを回避できるため、充放電が途中で停止することがない。従って充電レート又は放電レートが必要以上に高くなることを防止でき、蓄電池１１の劣化を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記の実施の形態では運転パターンＡと運転パターンＢの２つの運転パターンを登録する例を示したが、３つ以上の運転パターンを登録してもよい。例えば半日営業日用の運転パターンＣを登録してもよい。

また運転パターンＡと運転パターンＢの組を、複数組登録できてもよい。例えば春季用、夏季用、秋季用、冬季用の４つの組を登録してもよい。季節ごとに冷暖房機器などの使用状況が変わるため電力消費パターンも異なる。この季節の変わり目の日においても、上記実施の形態に係る手法を適用できる。

また上記の実施の形態では、放電レート及び充電レートを計算により求める例を説明したが、ユーザが入力できる設計であってもよい。１時間単位で放電レート及び充電レートをユーザが設定できる構成であってもよい。この場合であっても、上記実施の形態に係る手法を適用できる。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
蓄電装置（１０）と、
前記蓄電装置（１０）と系統（２）との間に設けられる電力変換装置（２０／３０）と、
２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記電力変換装置（２０／３０）に前記蓄電装置（１０）の充放電を指示する管理装置（４０）と、を備え、
前記管理装置（４０）は、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替えることを特徴とする蓄電システム（１）。
これにより、運転パターンの切り替えにより充放電が途中で停止することを防止できる。
［項目２］
蓄電装置（１０）と、
前記蓄電装置（１０）と系統（２）との間に設けられる電力変換装置（２０／３０）と、
２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記電力変換装置（２０／３０）に前記蓄電装置（１０）の充放電を指示する管理装置（４０）と、を備え、
前記管理装置（４０）は、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず、前記運転パターンを切り替える時刻を、ユーザにより入力された時刻に設定することを特徴とする蓄電システム（１）。
これにより、ユーザが運転パターンの切替時刻を任意に設定できる。
［項目３］
前記管理装置（４０）は、ユーザにより入力された放電時間および充電時間に従い前記充放電スケジュールを生成することを特徴とする項目１または２に記載の蓄電システム（１）。
これにより、ユーザが充放電スケジュールを任意に設定できる。
［項目４］
前記管理装置（４０）は、ユーザにより入力された放電時間、充電時間および最低確保容量に従い前記蓄電装置（１０）の放電レート及び充電レートを決定することを特徴とする項目１から３のいずれかに記載の蓄電システム（１）。
運転パターンの切り替えにより充電時間または放電時間が短縮または延長しないため、放電レート及び充電レートを自動算出しても安定したレートに設定できる。
［項目５］
蓄電装置（１０）の充放電を管理する管理装置（４０）であって、
２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記蓄電装置（１０）と系統（２）との間に設けられる電力変換装置（２０／３０）に前記蓄電装置（１０）の充放電を指示し、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替えることを特徴とする管理装置（４０）。
これにより、運転パターンの切り替えにより充放電が途中で停止することを防止できる。

１ 蓄電システム、 ２ 系統電源、 ３ 負荷、 ４ 交流電流路、 １０ 蓄電モジュール、 １１ 蓄電池、 １２ 制御部、 ２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ、 ３０ 双方向パワーコンディショナ、 ４０ 管理装置、 ４１ 制御部、 ４２ 記憶部、 ４２１ 運転パターン保持部、 ４２２ スケジュール保持部、 ４３ 表示部、 ４４ 操作部、 ４５ 通信部。

Claims (5)

1. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置と系統との間に設けられる電力変換装置と、
   ２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記電力変換装置に前記蓄電装置の充放電を指示する管理装置と、を備え、
   前記管理装置は、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替えることを特徴とする蓄電システム。
2. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置と系統との間に設けられる電力変換装置と、
   ２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記電力変換装置に前記蓄電装置の充放電を指示する管理装置と、を備え、
   前記管理装置は、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず、前記運転パターンを切り替える時刻を、ユーザにより入力された時刻に設定することを特徴とする蓄電システム。
3. 前記管理装置は、ユーザにより入力された放電時間および充電時間に従い前記充放電スケジュールを生成することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。
4. 前記管理装置は、ユーザにより入力された放電時間、充電時間および最低確保容量に従い前記蓄電装置の放電レートおよび充電レートを決定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電システム。
5. 蓄電装置の充放電を管理する管理装置であって、
   ２４時間の充放電スケジュールを規定した複数の運転パターンの中から日単位で選択された運転パターンに従い、前記蓄電装置と系統との間に設けられる電力変換装置に前記蓄電装置の充放電を指示し、前日の運転パターンと異なる運転パターンに変更になる日において、日付の変更に関わらず充放電していない時間帯に運転パターンを切り替えることを特徴とする管理装置。

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