JP2020054192A

JP2020054192A - 蓄電システム、制御装置、および制御方法。

Info

Publication number: JP2020054192A
Application number: JP2018184202A
Authority: JP
Inventors: 祐人皆川; Yuto Minagawa
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02

Abstract

【課題】発電装置の余剰電力に応じて蓄電池を適切に充電する蓄電システムを提供する【解決手段】蓄電システム１０は、蓄電装置３０と、制御装置４０とを具備する。蓄電装置３０は、自然エネルギーに基づいて発電装置２０が生成した電力を蓄える。制御装置４０は、蓄電装置３０の充電電力値を制御する。制御装置４０は、発電装置２０の電圧値を検知するとともに、蓄電装置３０の充電電力値を徐々に増加させ、発電装置２０の電圧値が低下した時点の蓄電装置３０の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に蓄電装置の充電電力値を設定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蓄電システム、制御装置、および制御方法に関する。

例えば下記の特許文献１には、太陽光発電装置と蓄電池とを組み合わせた直流電源制御装置が開示されている。本文献の直流電源制御装置では、太陽光発電装置により生成された余剰電力を蓄電池に充電する。しかしながら、太陽光発電装置によって生成される電力は、太陽と雲の位置関係によって変動する。太陽光発電装置によって生成される電力が低下した場合、生成される電力が低下する前と同じ電力を蓄電池に供給しつづけると、太陽光発電装置が過負荷により故障する原因となる。そのため、蓄電池の充電電力値が太陽光発電装置により生成された余剰電力値を超え続けた場合、一般的には、保護機能が働き太陽光発電装置が動作を停止する。したがって、蓄電池へ有効に給電して蓄電することができない。

特開２０１３−４２６２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、発電装置の余剰電力に応じて蓄電池を適切に充電する蓄電システムを提供することである。

蓄電システムは、蓄電装置と、制御装置とを具備する。蓄電装置は、自然エネルギーに基づいて発電装置が生成した電力を蓄える。制御装置は、蓄電装置の充電電力値を制御する。制御装置は、発電装置の電圧値を検知するとともに、蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、発電装置の電圧値が低下した時点の蓄電装置の充電電力値よりも所定の値下低下させた充電電力値に蓄電装置の充電電力値を設定する。

本発明によれば、発電装置の余剰電力に応じて蓄電池を適切に充電する蓄電システムを提供することができる。

実施形態に係る蓄電システムの構成図である。実施形態に係る蓄電装置の構成を示すブロック図である。実施形態に係る制御装置の構成示すブロック図である。図４（a）および図４（ｂ）は、実施形態に係る制御装置が検知する電力値および電圧値を示すグラフ図である。図５（a）および図５（ｂ）は、実施形態に係る制御装置が検知する電力値および電圧値を示すグラフ図である。実施形態に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、実施形態を図１ないし図３を参照して説明する。図１は実施形態に係る蓄電システム１の構成図である。蓄電システム１は、住宅などの施設内に設けられ、発電機２０と蓄電装置３０と制御装置４０とを備える。なお、図１ないし図３において、実線や実線矢印は電力配線や電力供給の向きを示し、点線や点線矢印は信号線や信号送出の向きを示している。

また、住宅などの所定の施設には、太陽光などの自然エネルギーを用いて発電する発電装置２０が設けられる。本実施形態の発電装置２０は、太陽光パネル２１およびパワーコンディショナ２２を有する。本実施形態では、自然エネルギーとして太陽光を用いる発電装置２０を例に説明するが、本発明はこれに限られず、風力や波力及びその他の自然エネルギーを用いる発電装置にも適用することが可能である。

また、本実施形態におけるパワーコンディショナ２２は、パワコン、ＰＣＳ（Power Conditioning System）とも称される装置である。パワーコンディショナ２２は、太陽光パネル２１によって生成された電力を、住宅内に設置された照明装置や冷蔵庫などの機器１４a、１４ｂ、１５a、１５ｂなどで利用可能にする装置である。たとえば、パワーコンディショナ２２は、太陽光パネル２１が生成した直流電力を交流電力に変換する。また、たとえば、パワーコンディショナ２２は、交流電力に変換した後、電力を機器１４a、１４ｂ、１５a、１５ｂなどで利用してもよいし、直流電力をそのまま蓄電装置３０の充電に利用してもよい。蓄電装置３０が充電する充電電力値は制御装置４０によって制御される。

蓄電装置３０は、太陽光パネル２１により生成された電力を充電する機能を有する。また、たとえば、蓄電装置３０は、蓄えた電力をパワーコンディショナ２２および分電盤１２や分電盤１３を経由して機器１４a、１４ｂ、１５a、１５ｂに供給する。また、蓄電装置３０は、分電盤１３を経由して予め選定された選定負荷である機器１５a、１５ｂに電力を供給する。また、蓄電装置３０は、分電盤１２を経由して一般負荷である機器１４a、１４ｂに電力を供給する。さらに、蓄電装置３０は、停電時においては、分電盤１３を経由して選定負荷である機器１５a、１５ｂのみに電力を供給する。

分電盤１２及び分電盤１３は、住宅の配線に電気を分ける装置である。たとえば、分電盤１２は、系統１１からの供給される電力やパワーコンディショナ２２で交流に変換された電力、蓄電装置３０から供給された電力を一般負荷である機器１４a、１４ｂに供給する。また、分電盤１３は、蓄電装置３０から供給される電力を選定負荷である機器１５a、１５ｂに供給する。

制御装置４０は、蓄電装置３０の動作を制御する。たとえば、制御装置４０は、パワーコンディショナ２２から分電盤１２に供給される電力値や電圧値および蓄電装置３０が充電する電力値や電圧値などを測定する機能を有し、蓄電装置３０がパワーコンディショナ２２からの電力を充電する電力値を制御する。つまり、太陽光パネル２１によって生成される電力は機器１４a、１４ｂに供給されるとともに、蓄電装置３０に充電されるため、制御装置４０は、蓄電装置３０が太陽光パネル２１によって生成される発電容量を上回る充電電力値で充電し続け、パワーコンディショナ２２が過負荷により動作を停止することを防ぐため、蓄電装置３０の充電電力値を制御する。

［蓄電装置３０の構成］

図２は、蓄電装置３０の機能構成の一例を示すブロック図である。蓄電装置３０は、切替部３２、蓄電池３３、充放電実行部３４、および停電検出部３５を有する。

切替部３２は、分電盤１２と分電盤１３を繋ぐ電力線の途中に配置され、停電時には、分電盤１２と分電盤１３との連携を切断する。選定負荷には、電力線と分電盤１３を介して電力が供給される。また、切替部３２は、制御装置４０からの指示に応じて、分電盤１３を介して選定負荷に供給する電力を、発電装置２０のパワーコンディショナ２２から供給された電力、または、蓄電池３３から放電された電力のいずれか一方に切り替える。具体的には、切替部３２は、制御装置４０から放電停止指示を受信した場合に、分電盤１３を介して選定負荷に供給する電力を、発電装置２０のパワーコンディショナ２２から供給された電力に切り替える。また、切替部３２は、制御装置４０から放電開始指示を受信した場合に、分電盤１３を介して選定負荷に供給する電力を、蓄電池３３に蓄えられた電力に切り替える。停電検出部３５は、分電盤１２からの電力供給の有無を監視し、電力供給が途絶したことを検知した場合に、停電検出信号を出力する。そして、蓄電装置３０は、停電検出部３５から出力された停電検出信号を、制御装置４０へ送信する。

また、蓄電装置３０には、分電盤１３に接続される電力線に供給される負荷電圧、負荷電力を測定する負荷測定器３６が設置され、測定した負荷電圧、負荷電力を出力する。そして、蓄電装置３０は、負荷電流もしくは負荷電力を示す情報を、図示しない通信装置を介して制御装置４０へ送信する。

充放電実行部３４は、発電装置２０から供給された電力のうち、制御装置４０から受信した充電指示に含まれている充電電力値で蓄電池３３を充電する。また、充放電実行部３４は、制御装置４０から充電停止を指示された場合に、蓄電池３３への充電を停止する。尚、制御装置４０との信号の送受には、蓄電装置３０内に設けられた通信装置（図示せず）を介して行なってもよい。

［制御装置４０の構成］

図３は、制御装置４０の構成の一例を示すブロック図である。制御装置４０は、充電制御部（充放電制御部）４１、入力受付部４２および電圧測定部４３を有する。

入力受付部４２は、ユーザから、蓄電池３３の放電指示、蓄電池３３の充電指示を受け付けた場合に、受け付けた情報を充電制御部４１へ送る。

電圧測定部４３は、パワーコンディショナ２２の電圧値を測定する機能を有する。

充電制御部４１は、発電装置２０が生成した電力を蓄電装置３０が充電する充電電力値に制御する機能を有する。

たとえば、蓄電装置３０が充電する電力値を徐々に増加する制御を行う。そして、電圧測定部４３がパワーコンディショナ２２の電圧値の低下を検知した場合、検知した直前の充電電力値よりも所定の値だけ低下させた電力値で蓄電装置３０が充電するように設定する制御を行う。

なお、充電制御部４１と蓄電装置３０との間の通信は、充電制御部４１に信号通信機能を持たせ、当該信号通信機能を用いて行われてもよく、制御装置４０内に充電制御部４１とは別に通信用のユニットを設け、当該ユニットを用いて行われてもよい。

［制御装置４０の動作］

次に、通常時に制御装置４０が蓄電装置３０の充電電力値を制御する動作について説明する。

図４（a）は、制御装置４０が測定したパワーコンディショナ２２の余剰電力値２０１お装置４０が測定したパワーコンディショナ２２の電圧値２０２と時間の関係を示す図である。ここで、パワーコンディショナ２２の余剰電力値とは、発電装置２０により発電された電力から機器１４a、１４ｂなどに供給する電力を差し引いた電力値である。図４（a）ではこの余剰電力が一定として説明する。時刻ｔ１に制御装置４０は、蓄電装置３０の充電を開始させ蓄電装置３０が充電する充電電力値を徐々に増加させる。時刻ｔ２に蓄電装置３０の充電電力値が余剰電力値と同等となりこれを超えると、パワーコンディショナ２２の電圧が低下する（図４（ｂ））。制御装置４０はパワーコンディショナ２２の電圧低下を検知すると、時刻ｔ３の時点の充電電力値よりも所定の値、たとえば１００W低下させた値に設定する。

次に、制御装置４０が蓄電装置３０の充電電力値を所定の値に低下させた後に、パワーコンディショナ２２から機器１４ａや１４ｂに供給する電力量が増加した場合の動作について説明する。図５（a）は、制御装置４０が測定したパワーコンディショナ２２の余剰電力値２０１および蓄電装置３０の充電電力値３０１と時間の関係を示す図である。図５（ｂ）は、制御装置４０が測定したパワーコンディショナ２２の電圧値２０２と時間の関係を示す図である

時刻ｔ４において、機器１４aや１４ｂに供給する電力が増大すると、パワーコンディショナ２２の余剰電力値が低下するとともに電圧値が低下する。制御装置４０はパワーコンディショナ２２の電圧低下を検知すると、時刻ｔ５の時点の充電電力値よりも所定の値だけ低下させた値に設定する。ここでは、電力値を０Wに設定する。制御装置４０は、充電電力値を０Wに設定後、再度蓄電装置３０の充電電力値を徐々に増加させる。時刻ｔ６に蓄電装置３０の充電電力値がパワーコンディショナ２２の余剰電力値を超えると、パワーコンディショナ２２の電圧が低下する。時刻ｔ７に制御装置４０はパワーコンディショナ２２の電圧低下を検知すると、時刻ｔ７の時点の充電電力値よりも所定の値、たとえば１００W低下させた値に設定する。

これにより、蓄電装置３０は、パワーコンディショナ２２が蓄電装置３０に供給可能な余剰電力値に応じて、この電力値よりも低い電力値で充電するため、充電電力値が余剰電力値を超えて充電を継続する虞がない。さらに、充電電力値は余剰電力値に応じて所定の値だけ低くなるように設定されるため、天候の変化により発電電力値が低下した場合や、機器１４aや１４ｂに供給する電力値が増大した場合などで余剰電力値が減少しても適切に充電値を設定することができる。

次に、図６を参照して実施形態に係る制御装置４０の動作を説明する。図６は制御装置４０の動作を示すフローチャートである。ここで、制御装置４０は、パワーコンディショナ２２の電圧値、電力値を測定しているものとする。

まず、充電制御部４１は、蓄電池３３が充電する電力値を徐々に増加させ充電する充電開始信号を蓄電装置３０へ送信する（Ｓ１）。蓄電装置３０の充放電実行部３４は、受信した指示に従って、蓄電池３３が充電する電力値を徐々に増加させパワーコンディショナ２２の電力を蓄電池３３に蓄電させる。

制御装置４０は、蓄電装置３０が充電電力値を充電している間、パワーコンディショナ２２の電圧値を測定し、電圧値が低下した否かを判断する（Ｓ２）。電圧値が低下していない場合（Ｓ２：Ｎｏ）、再びステップＳ１に示した処理を実行する。一方、電圧値が低下した場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、電圧値が低下する直前の蓄電池３０の充電電力値よりも１００W低い電力値に電力値を設定し充電するように指示する（Ｓ３）。このＳ３で指示後に、現在の充電電力値を一定として充電するように指示する（Ｓ４）。

さらに、制御装置４０は、現在時刻が所定の時間帯に含まれているか否かを判定する（Ｓ５）。この所定の時刻とは、自然エネルギーによって電力を生成できる時間帯であり、太陽光発電であれば、太陽が出ている時間帯であって、電力を生成するのに十分な日射量がある時間帯（例えば、８時から１６時）を指す。この時間帯では日射量が増加するため発電装置２０が生成する発電量が増大する。そのため、蓄電装置３０に設定されている充電電力値と余剰電力値との差が大きくなり、余剰電力の無駄が生じてしまう。そこで、ステップ５において、所定の時間帯であるかを判断し、所定の時間帯である場合は余剰電力値と充電電力値との差を調整する必要がある。

なお、電力を生成するのに十分な日射量がある時間帯は、季節や緯度等の要素で異なるため、充電制御部４１は、季節や緯度等の情報に対応付けて、電力を生成するのに十分な日射量がある時間を予め保持し、現在の日時や設置された地点の緯度等に基づいて時間帯を特定するようにしてもよい。ステップ５において、現時刻が所定の時間帯に含まれている場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、余剰電力値と充電電力値との差を調整するためにステップＳ７の処理を実行し、再びステップＳ１に示した処理を実行することで、余剰電力が増加する時間帯でも適切な充電電力値に設定することができる。一方、現時刻が所定の時間帯に含まれていない場合（Ｓ５：Ｎｏ）、制御装置４０は、機器１４aや１４ｂなどの消費電力の増加などでパワーコンディショナ２２の電圧が低下したか否かを判断する（Ｓ６）。電圧値が低下していない場合（Ｓ６：Ｎｏ）、再びステップＳ４に示した処理を実行する。一方、電圧値が低下した場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、蓄電池装置３０の充電電力値を０Ｗに設定するように指示する（Ｓ７）。また、ステップＳ５において、現時刻が所定の時間帯に含まれている場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、余剰電力値と充電電力値との差を調整するためにステップＳ７の処理を実行し、再びステップＳ１に示した処理を実行することで、余剰電力が増加する時間帯でも適切な充電電力値に設定することができる。

このように、蓄電装置３０は、発電装置２０が供給可能な余剰電力値よりも低い電力値で充電するため、充電電力値が余剰電力値を超えて充電を継続する虞がない。さらに、充電電力値は余剰電力値に応じて所定の値だけ低下させるように設定されるため、天候の変化により発電装置２０の発電電力量が低下した場合や、機器１４aや１４ｂの消費電力の増加により余剰電力値が低下した場合においても適切に充電値を設定することができる。

また、日射量が増加し発電装置２０の発電電力値が増加する時間帯に、余剰電力値と充電電力値との差を調整することで余剰電力を無駄なく充電するここができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１蓄電システム
２０発電装置
３０蓄電装置
３２切替部
３３蓄電池
３４充放電実行部
３５停電検出部
３６負荷測定器
４０制御装置
４１充電制御部（充放電制御部）
４２入力受付部
４３電圧測定部

Claims

自然エネルギーに基づいて発電装置が生成した電力を蓄える蓄電装置と；
前記蓄電装置の充電電力値を制御する制御装置と；
を具備する蓄電システムであって、
前記制御装置は、前記発電装置の電圧値を検知するとともに、前記蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、前記発電装置の電圧値が低下した時点の前記蓄電装置の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に前記蓄電装置の充電電力値を設定することを特徴とする蓄電システム。
前記制御装置は、前記充電電力値を設定した後に、前記発電装置の電圧値の低下を検出した場合、前記蓄電装置の充電電力値を所定の値低下させた後、前記蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、前記発電装置の電圧値が低下した時点の前記蓄電装置の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に前記蓄電装置の充電電力値を設定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
自然エネルギーに基づいて発電装置によって生成された電力の蓄電装置への充電を制御する制御装置であって、
前記発電装置の電圧値を検知するとともに、前記蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、前記発電装置の電圧値が低下した時点の前記蓄電装置の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に前記蓄電装置の充電電力値を設定することを特徴とする制御装置。
前記充電電力値を設定した後に、前記発電装置の電圧値の低下を検出した場合、前記蓄電装置の充電電力値を所定の値低下させた後、前記蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、前記発電装置の電圧値が低下した時点の前記蓄電装置の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に前記蓄電装置の充電電力値を設定することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
自然エネルギーに基づいて発電装置によって生成された電力の蓄電装置への充電を制御する制御装置における制御方法であって、
前記発電装置の電圧値を検知するとともに、前記蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、前記発電装置の電圧値が低下した時点の前記蓄電装置の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に前記蓄電装置の充電電力値を設定する工程を含む制御方法。
前記充電電力値を設定した後に、前記発電装置の電圧値の低下を検出した場合、前記蓄電装置の充電電力値を所定の値低下させた後、前記蓄電装置の充電電力値を徐々に増加させ、前記発電装置の電圧値が低下した時点の前記蓄電装置の充電電力値よりも所定の値低下させた充電電力値に前記蓄電装置の充電電力値を設定する工程を含む請求項５に記載の制御方法。