JP2023151564A - 蓄電池管理装置および蓄電池管理方法 - Google Patents

蓄電池管理装置および蓄電池管理方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2023151564000001
【課題】蓄電池の寿命が低下するのを抑制すると共に蓄電池の電力を効率よく使用することができる蓄電池管理装置および蓄電池管理方法を提供する。
【解決手段】負荷に電気的に接続され、系統電力及び燃料電池からの電力を蓄えることができる蓄電池51から蓄電池51の充電率を取得し、予め定められた所定期間の前記蓄電池51の充電率を予測し、予測した前記蓄電池51の前記充電率が、第1の充電率よりも小さい場合には、前記蓄電池51を前記第1の充電率よりも高い第2の充電率まで充電可能となるように制御する第1制御と、予測した前記蓄電池51の前記充電率が、前記第1の充電率以上の場合には、前記蓄電池51を前記第1の充電率以下の第3の充電率まで充電可能となるように制御する第2制御と、を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、蓄電池の充電率を管理する蓄電池管理装置および蓄電池管理方法に関する。
住宅に蓄電池と燃料電池とを設置し、住宅の負荷に蓄電池に蓄えられた電力と燃料電池が発電する電力とを負荷に供給して、系統電力からの買電を低減した電力供給システムが知られている(例えば、特許文献1および2参照)。
特開2003-32906号公報 特開2016-34185号公報
しかしながら、負荷で使用される電力を燃料電池の発電だけでまかなえる場合には、蓄電池の電力は使用されずに蓄電池は満充電または満充電に近い高い充電率で維持される。このため、蓄電池が満充電または満充電に近い高い充電率で長期間に亘って維持されると、蓄電池の劣化が進み蓄電池の寿命が低下するという問題がある。
また、蓄電池を比較的低い充電率で維持すると、負荷の電力を燃料電池だけでまかなえない場合に、蓄電池の電力を十分に使用することができず、系統電力からの買電が増加してしまうという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑み、蓄電池の寿命が低下するのを抑制すると共に蓄電池の電力を効率よく使用することができる蓄電池管理装置および蓄電池管理方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、負荷に電気的に接続され、系統電力及び燃料電池からの電力を蓄えることができる蓄電池から蓄電池の充電率を取得し、予め定められた所定期間の前記蓄電池の充電率を予測し、予測した前記蓄電池の前記充電率が、第1の充電率よりも小さい場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率よりも高い第2の充電率まで充電可能となるように制御する第1制御と、予測した前記蓄電池の前記充電率が、前記第1の充電率以上の場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率以下の第3の充電率まで充電可能となるように制御する第2制御と、を行うことを特徴とする蓄電池管理装置にある。
かかる態様では、所定期間に蓄電池の使用が少ないと予想される場合には、蓄電池を比較的低い第3の充電率で維持できるので蓄電池の劣化を低減することができる。また、所定期間に蓄電池の使用が多いと予想される場合には、蓄電池を比較的高い第2の充電率で維持できるので、蓄電池の負荷で使用できる電力を増大させることができ、系統電力からの買電を抑えることができる。
ここで、前記蓄電池の充電率が、前記第3の充電率よりも低い第4の充電率を下限値として、前記蓄電池を使用することが好ましい。これによれば、第4の充電率を下限値として蓄電池を使用することで、停電などの有事の際に蓄電池を非常用電源として使用することができ、ユーザの利便性を向上することができる。
また、前記蓄電池の充電率が、前記第4の充電率より小さくなった場合には、少なくとも前記第4の充電率を超えるように前記蓄電池を充電することが好ましい。これによれば、有事の際に蓄電池の電力を第4の充電率より小さくなるまで使用した場合に、復旧時に少なくとも第4の充電率以上となるまで蓄電池を充電することで、停電が繰り返された際に次回の停電時に蓄電池を第4の充電率まで非常用電源として利用することができる。
また、前記第2制御を行っている最中に、前記系統電力からの供給が停止した場合には、前記第1制御に切り替えることが好ましい。これによれば、第2制御を行っている最中に、停電等の有事によって系統電力からの供給が停止した場合には、第1制御に切り替えることで、蓄電池に充電できる上限が第3の充電率に制限されることがなく、蓄電池に充電できる上限を第2の充電率とすることができる。したがって、蓄電池を比較的大きな充電率まで充電可能となり、停電が繰り返された際に、次回の停電時に蓄電池の使用できる電力を増やすことができる。
また、前記蓄電池の充電率の予測は、前記蓄電池の過去の充電率から行うことが好ましい。これによれば、蓄電池の充電率を取得するだけで、第1制御および第2制御を行うことができるので、構成が複雑化することがなく、負荷の消費電力や燃料電池が発電する電力などを取得するための通信も抑えることができる。
また、前記負荷の消費電力と、前記燃料電池が発電した電力と、を取得して蓄積し、前記蓄電池の充電率の予測は、蓄積された前記負荷の前記消費電力と前記燃料電池が発電した電力とから行うことが好ましい。これによれば、負荷の使用実態に合わせた蓄電池の充電率の予測を行うことができるので、予測精度を向上することができる。
また、前記蓄電池および前記負荷は自然エネルギーを用いた発電装置に電気的に接続されて、前記蓄電池は少なくとも前記発電装置からの電力で充電され、前記発電装置の所在地における前記所定期間の天気予報を含む天気予報情報を取得し、取得した前記天気予報情報から前記所定期間において前記発電装置が発電する電力を予測し、予測した前記発電装置が発電する電力を前記所定期間の前記蓄電池の充電率の予測に用いることが好ましい。これによれば、発電装置が発電する電力によって蓄電池を充電して、系統電力からの買電を低減することができる。また、所定期間に発電装置が発電する電力を予測することで、所定期間の蓄電池の充電率の予測精度を向上することができる。
また、前記発電装置が発電した電力は、前記負荷で使用されると共に前記負荷で使用されない電力が前記蓄電池の充電に使用され、取得した前記天気予報情報から前記所定期間における前記負荷の消費電力を予測し、予測した前記負荷の消費電力を前記所定期間の前記蓄電池の充電率の予測に用いることが好ましい。これによれば、所定期間の負荷の消費電力を予測することで、所定期間の蓄電池の充電率を比較的高精度に予測することができる。
また、前記燃料電池の単位時間当たりに発電した電力を取得して蓄積し、蓄積した前記燃料電池の単位時間当たりに発電した電力から前記燃料電池の所定期間の単位時間当たりに発電する電力を予測し、前記第2制御を行う条件を満たす場合であっても、予測した所定期間に前記燃料電池の単位時間当たりに発電する電力が第1の電力以下となることを含む場合には、前記蓄電池が前記第2の充電率になるまで充電を行うことが好ましい。これによれば、所定期間において燃料電池が発電する電力が第1の電力以下となる場合に、蓄電池を第2の充電率まで充電しておくことで、所定期間に燃料電池が発電する電力が第1の電力以下となった場合に、蓄電池の負荷で使用できる電力を増大させて、系統電力からの買電を低減することができる。
また、前記第2制御を行っている間は、前記蓄電池への充電は、前記発電装置のみから行わせることが好ましい。これによれば、蓄電池に充電する電力を系統電力から買電する必要がなく、系統電力からの買電を低減することができる。
また、前記蓄電池への充電は、前記発電装置のみから行わせることが好ましい。これによれば、蓄電池に充電する電力を系統電力から買電する必要がなく、系統電力からの買電を低減することができる。
また、前記蓄電池の所在地における所定期間の天気予報を含む天気予報情報を取得し、取得した前記天気予報情報から前記所定期間の前記系統電力の停電を予測し、前記第2制御を行う条件を満たす場合であっても、予測した前記所定期間に前記系統電力の停電が予測される場合には、前記蓄電池が前記第2の充電率になるまで充電を行うことが好ましい。これによれば、所定期間に停電となる可能性が高い場合には、蓄電池を第2の充電率になるまで充電しておくことで、蓄電池の負荷で使用できる電力を増大させて、負荷の使用が制限されるのを抑制し、ユーザの利便性を向上することができる。
また、前記蓄電池に対して一定周期で前記蓄電池を構成する複数のセルの充電率のバランス制御を行い、前記バランス制御を行う場合には、前記第2制御に設定されていても、前記第2制御を一時的に解除して、前記蓄電池を満充電となるまで充電することが好ましい。これによれば、第2制御に設定されていても、設定をわざわざ変更することなく、満充電が必要となる蓄電池の複数のセルのバランス制御を一定周期で行うことができ、複数セルの劣化ばらつきや蓄電池全体の容量が低下するのを抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、負荷に電気的に接続され、系統電力及び燃料電池からの電力を蓄えることができる蓄電池から蓄電池の充電率を取得し、予め定められた所定期間の前記蓄電池の充電率を予測し、予測した前記蓄電池の前記充電率が、第1の充電率よりも小さい場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率よりも高い第2の充電率まで充電可能となるように制御する第1制御と、予測した前記蓄電池の前記充電率が、前記第1の充電率以上の場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率以下の第3の充電率まで充電可能となるように制御する第2制御と、を行うことを特徴とする蓄電池管理方法にある。
かかる態様では、所定期間に蓄電池の使用が少ないと予想される場合には、蓄電池を比較的低い第3の充電率で維持できるので蓄電池の劣化を低減することができる。また、所定期間に蓄電池の使用が多いと予想される場合には、蓄電池を比較的高い第2の充電率で維持できるので、蓄電池の負荷で使用できる電力を増大させることができ、系統電力からの買電を抑えることができる。
実施形態1に係る電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態1に係る電源装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施形態1に係る過去の充電率、予測充電率および実際の充電率を説明するグラフである。 実施形態1に係る過去の充電率、予測充電率および実際の充電率を説明するグラフである。 実施形態1に係る蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。 実施形態1に係る蓄電池管理方法の変形例を説明するフローチャートである。 実施形態1に係る蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。 実施形態2に係る電源装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施形態2に係る負荷の消費電力、燃料電池が発電する電力および蓄電池の充電率を示すグラフである。 実施形態3に係る電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態3に係る電源装置および天気情報サーバの機能ブロック図である。 実施形態3に係る負荷の消費電力、燃料電池が発電する電力、太陽光発電装置が発電する電力および蓄電池の充電率を示すグラフである。 実施形態3に係る負荷の消費電力、燃料電池が発電する電力、太陽光発電装置が発電する電力および蓄電池の充電率を示すグラフである。 実施形態3に係る蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。図2は、電源装置5の構成を示す機能ブロック図である。
図1に示すように、系統電力3を受け、負荷4に電力を供給する本実施形態の電力供給システム1は、燃料電池2と蓄電池51および蓄電池管理装置52を含む電源装置5と電力コントローラ6と分電盤7とを具備し、分電盤7は系統電力3を受けるものであり、燃料電池2と負荷4と電源装置5と電力コントローラ6とは相互に分電盤7を介して電気的に接続されている。
燃料電池2は、水素やメタノールなどの燃料の化学エネルギーを熱に変えることなく、電気化学的に直接電気エネルギーに変換する装置である。このような燃料電池としては、例えば、都市ガスやLPガス等から燃料となる水素を生成し、水素と空気中の酸素とを反応させて発電を行う家庭用燃料電池コージェネレーションシステム、通称、エネファーム(登録商標)が挙げられる。燃料電池による発電では、安定した電力が出力される。
系統電力3として、商用電源を供給する電気事業者または系統運用者等から商用電源(別称、商用電力)が供給される。
電力コントローラ6は、負荷4の消費電力、燃料電池2が発電した電力および電源装置5の蓄電池51の充電率を取得し、分電盤7を制御することで負荷4と燃料電池2と系統電力3と電源装置5との相互の接続を制御する。つまり、電力コントローラ6は、負荷4と燃料電池2、系統電力3および電源装置5との接続を制御して、負荷4に電力を供給する際の供給元を切り替える。本実施形態の電力コントローラ6は、負荷4へ燃料電池2から優先的に電力を供給し、燃料電池2で足りない電力を蓄電池51から供給するように制御する。また、電力コントローラ6は、燃料電池2および蓄電池51の両者で足りない電力を系統電力3から供給するように制御する。つまり、電力コントローラ6によって負荷4への電力を供給する優先順位は、燃料電池2が最も高く、次に蓄電池51が高く、系統電力3が最も低くなっている。負荷4に電力を供給する供給元の切り替えは、電力コントローラ6による制御によって分電盤7で切り替えられることで行われる。つまり、本実施形態の分電盤7は、負荷4と燃料電池2と系統電力3と電源装置5との相互の接続を切り替える切替機能を有する。
また、電力コントローラ6は、蓄電池51と燃料電池2および系統電力3との接続を制御して、蓄電池51に充電する際の電力を供給する供給元の切り替えを制御する。もちろん、電力コントローラ6の機能を電源装置5の蓄電池管理装置52に持たせるようにしてもよい。また、電力コントローラ6は、例えば、系統電力3の料金が安い夜間に系統電力3の電力を蓄電池51に供給し、系統電力3の料金が高い日中は系統電力3の電力を蓄電池51に供給しないように切り替える。これにより料金の安い夜間に系統電力3の電力で蓄電池51を充電することができる。また、例えば、電力コントローラ6は、負荷4の消費電力が比較的少ない夜間に燃料電池2からの電力を蓄電池51に供給し、負荷4の消費電力が比較的多い日中に燃料電池2からの電力を蓄電池51に供給しないように切り替える。これにより、日中に負荷4へ使用する蓄電池51の電力が不足するのを防ぐと共に、日中は燃料電池2の電力を有効に使用することができる。
図2に示すように、電源装置5は、蓄電池51と蓄電池管理装置52と監視装置53と充放電装置54とを具備する。
蓄電池51は、電力を充放電可能に構成されたものであり、単体または複数の充電可能なセル51aで構成されている。このような蓄電池51を構成するセル51aとして、本実施形態では、リチウムイオン電池を用いた。
監視装置(CMU:Cell Monitor Unit)53は、蓄電池51のセル51a毎または複数のセル51aで構成されたセル群毎に電圧、電流、温度等の状態を監視する。また、監視装置53は、セル51aの電圧、電流、温度等の異常を検知し、異常の発生を蓄電池管理装置52に伝える。
充放電装置54は、蓄電池管理装置52の制御によって蓄電池51の充電および放電を行う。
蓄電池管理装置52は、蓄電池51の充電率を検出する。また、蓄電池管理装置52は、監視装置53の動作制御、充放電装置54の動作制御などの電源装置5の各回路の制御全般を行う。つまり、蓄電池管理装置52は、充放電装置54を制御することで、蓄電池51の充電および放電を制御し、蓄電池51の充電率を制御する。
このような蓄電池管理装置52は、特に図示しないが、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)、記憶手段の一例である読み出し及び書き込み可能なメモリ(RAM:Random Access Memory)、各種プログラムなどを格納するための読み出し専用のメモリ(ROM:Read Only Memory)によって実現することができる。
そして蓄電池管理装置52は、充電率取得部100と予測部101と制御部102とデータベース103とを具備する。
充電率取得部100は、蓄電池51の充電率(SOC;State Of Charge)を一定時間毎に取得し、取得した充電率をデータベース103に蓄積する。
予測部101は、データベース103に蓄積された過去の充電率から予め定められた未来の所定期間の蓄電池51の充電率(以降、予測充電率とも称する)を予測する。予測部101が蓄電池51の充電率を予測する所定期間とは、詳しくは後述するが、例えば、1日、数日、1週間、数週間、1ヶ月、季節(3ヶ月)、半年などの予め設定された期間である。また、予測部101が予測する予測充電率は、所定期間における充電率の平均のことである。また、予測部101が予測充電率を予測するタイミングは、1日に1度であってもよく、予測する所定期間が短かければ数時間毎としてもよいし、予測する所定期間が季節ごと等の長期間であれば数日毎などとしてもよい。予測するタイミングが短い間隔の方が予測の精度は高くなり、予測するタイミングが長い間隔の方が予測にかかる電力の消費は抑えられることになる。
このような予測部101による所定期間の蓄電池51の充電率の予測は、本実施形態では、予め定めた過去の一定期間の蓄電池51の充電率の平均値から行う。例えば、データベース103に蓄積された過去の数日間、数週間、数ヶ月間などの一定期間における所定のタイミングで測定された蓄電池51の充電率の平均から、所定期間の蓄電池51の充電率を予測する。
なお、予測部101は、過去の曜日、日付、祝日などに関連付けた充電率から所定期間の蓄電池51の充電率を予測するようにしてもよい。すなわち、充電率取得部100は、データベース103に蓄電池51の充電率と曜日とを関連付けて蓄積し、予測部101は、曜日に関連付けて蓄積された充電率に基づいて所定期間の充電率を予測してもよい。つまり、曜日毎にユーザの在宅時間などの生活様式に変化があるため、曜日の変化によって負荷の使用量(電力使用量)が変化する。このため予測部101は、曜日に関連付けて蓄電池51の充電率を予測することで、蓄電池51の充電率の予測精度を向上することができる。また、充電率取得部100は、データベース103に充電率と日付とを関連付けて蓄積し、予測部101は、日付に関連付けて蓄積された蓄電池51の充電率に基づいて所定期間の蓄電池51の充電率を予測してもよい。つまり、日付によって季節を把握することができ、季節によってユーザによる空調などの負荷4の使用量(電力使用量)が変化する。このため予測部101は、日付に関連付けて蓄電池51の充電率を予測することで、蓄電池51の充電率の予測精度を向上することができる。もちろん、曜日は日付から把握することができるため、日付に関連付けた蓄電池51の充電率から曜日に基づく蓄電池51の充電率の予測精度を向上することもできる。さらに祝日を蓄電池51の充電率と関連付けて蓄積し、祝日に基づいて蓄電池51の充電率を予測することで、予測精度を向上することができる。祝日についても日付から把握することができるため、日付に関連付けた蓄電池51の充電率から祝日に基づく蓄電池51の充電率の予測精度を向上することもできる。このような曜日、日付、祝日等に基づく蓄電池51の充電率の予測は、例えば、人工知能(AI:Artificial Intelligence)を用いて行うことができる。
制御部102は、予測部101が予測した予測充電率が第1の充電率よりも小さいと判定した場合には、充放電装置54が蓄電池51を第1の充電率よりも高い第2の充電率まで充電可能とするように制御する第1制御を行う。
また、制御部102は、予測部101が予測した予測充電率が第1の充電率以上と判定した場合には、充放電装置54が蓄電池51を第1の充電率よりも低い第3の充電率まで充電可能とするように制御する第2制御を行わせる。
ここで制御部102が、第1制御または第2制御によって、蓄電池51を第2の充電率または第3の充電率まで充電可能となるように充放電装置54を制御するとは、充放電装置54によって蓄電池51の充電率の上限を第2の充電率または第3の充電率となるように制御することである。
本実施形態の予測部101の予測充電率および制御部102の第1制御および第2制御の具体的な例について図3および図4を参照して説明する。なお、図3および図4は、過去の充電率、予測充電率および実際の充電率を示す図である。また、図3および図4において、実際の充電率およびその平均を実線で示し、予測充電率およびその平均を一点鎖線で示している。
図3および図4に示す例では、夜間に系統電力3からの電力で蓄電池51を充電する。また、予測部101による予測は朝行い、予測部101が予測する所定期間は、予測を行う日の翌日の0時からの48時間としている。さらに、第1の充電率をSOC;90%として説明している。
図3(a)に示すように、過去に充電率が大きく変動しており、過去の所定期間の充電率の平均(例えば、SOC;60%)から、予測部101が予測した予測充電率(平均)が60%となった場合、予測充電率(SOC;60%)が第1の充電率(SOC;90%)以下となる。したがって、制御部102は、図3(b)に示すように、所定期間において蓄電池51に第1の充電率(SOC;90%)よりも高い第2の充電率(例えば、SOC;100%)まで充電可能とする第1制御を充放電装置54に行わせる。ここで、予測充電率が第1の充電率(SOC;90%)よりも小さい場合とは、所定期間において蓄電池51の電力を負荷4で使用する割合が高いと判断できる。このため、第1制御を行って、蓄電池51を第1の充電率(SOC;90%)よりも高い第2の充電率(SOC;100%)まで充電可能とすることで、蓄電池51の負荷4で使用できる電力をできるだけ多くして、系統電力3からの無駄な買電を減らすことができる。
ちなみに、予測充電率(例えばSOC;60%)が第1の充電率(SOC;90%)以下の場合に、制御部102が第3の充電率(例えば、SOC;80%)まで充電可能に制御してしまうと、蓄電池51の負荷4で使用できる電力が減少し、負荷4の電力を蓄電池51の電力でまかなえない場合が生じてしまい、系統電力3からの買電が増加してしまう。
これに対して、例えば、図4(a)に示すように、過去の充電率が満充電(SOC;100%)の場合、過去の充電率の平均(SOC;100%)から予測部101が予測する予測充電率は、満充電(SOC;100%)となり、第1の充電率(SOC;90%)以上となる。したがって制御部102は、図4(b)に示すように、所定期間において蓄電池51が第1の充電率(SOC;90%)以下の第3の充電率(例えば、SOC;80%)まで充電可能とする第2制御を充放電装置54に行わせる。ここで、予測充電率が第1の充電率(SOC;90%)以上の場合とは、所定期間において蓄電池51の電力を使用する割合が低く、蓄電池51は満充電(SOC;100%)または満充電に近い状態で長期間維持されると判断できる。このため、第2制御を行って、蓄電池51を第1の充電率(SOC;90%)以下の第3の充電率(SOC;80%)まで充電可能とすることで、蓄電池51の劣化を抑制して蓄電池51の寿命が低下するのを抑制することができる。なお、リチウムイオン電池は、満充電または満充電に近い高い充電率で長期間維持されることで、蓄電池内部で高電圧が維持され化学変化が促されて劣化し、寿命が低下してしまう。このため、第2制御を行って蓄電池51を第3の充電率(SOC;80%)まで充電可能に制御することで、蓄電池51が高い充電率である第1の充電率以上、例えば、満充電または満充電に近い充電率で長期間に亘って維持されないようにして、蓄電池51の劣化を抑制して寿命の低下を抑制することができる。
予測充電率を予測したタイミングから所定期間までの間や所定期間中に蓄電池51の電力を負荷4等で使用して放電することで、蓄電池51の充電率は満充電(SOC;100%)から第3の充電率(SOC;80%)より低くなっていく。そして蓄電池51の電力を放電して第3の充電率(SOC;80%)より低くなったら第3の充電率を上限として蓄電池51を充電するように制御すればよい。つまり、第2制御によって蓄電池51を第3の充電率まで充電可能に制御するとは、蓄電池51の充電率の上限を第3の充電率とすることであり、蓄電池51の充電率の上限を第3の充電率とするとは、蓄電池51の充電率が第3の充電率を超えている場合には、第3の充電率まで放電することを含む。なお、第2制御とした際、あるいは、第2制御としてからあらかじめ設定した任意の期間で充電が行われない場合に、満充電状態の蓄電池51を第3の充電率(SOC;80%)まで放電するようにしてもよい。この場合、負荷4での使用により第3の充電率となるまで時間がかかるような場合があっても、直ちに充電率を低くするので第2制御にしても蓄電池51の満充電あるいはそれに近い充電率で維持され続けることを避けることができる。
ここで、蓄電池管理方法について図5を参照して説明する。なお、図5は、蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。
図5に示すように、ステップS1で、予測部101は、所定期間の蓄電池51の充電率(予測充電率)を予測する。
次にステップS2で、制御部102は、予測部101が予測した予測充電率が第1の充電率よりも小さいか判定し、予測充電率が第1の充電率よりも小さい場合(ステップS2;Yes)、ステップS3で、制御部102は、蓄電池51が第1の充電率よりも高い第2の充電率で充電可能となるように充放電装置54を制御する第1制御を行う。このような制御を予測部101が予測する度に繰り返し行う。
ステップS2で、予測充電率が第1の充電率以上の場合(ステップS2;No)、ステップS4で、制御部102は、蓄電池51が第1の充電率以下の第3の充電率で充電可能となるように充放電装置54を制御する第2制御を行う。このような制御を予測部101が予測する度に繰り返し行う。
このように蓄電池51の充電率の予測および判定を繰り返し行って、蓄電池51の充電率の上限を制御する第1制御および第2制御を行うことで、蓄電池51の劣化を抑制して寿命が低下するのを抑制することができると共に、蓄電池51の負荷4で使用できる電力が少なくなるのを防止して、系統電力3からの無駄な買電を抑制することが自動的にできる。
なお、本実施形態では、予測部101、制御部102およびデータベース103を蓄電池管理装置52内に設けるようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、予測部101、制御部102およびデータベース103をサーバに設け、サーバと蓄電池管理装置52とをインターネット網や公衆電話回線網などのネットワークを介して相互に接続するようにしてもよい。つまり、サーバで所定期間の蓄電池51の充電率の予測および判定を行って第1制御または第2制御を行う指令を蓄電池管理装置52に送信し、蓄電池管理装置52はサーバからの指令に基づいて充放電装置54を制御することで、蓄電池51の充電率を制御してもよい。つまり、特許請求の範囲に記載の「蓄電池管理装置」は、本実施形態の蓄電池管理装置52のみで構成してもよく、蓄電池管理装置とこれにネットワークを介して接続されたサーバとを含めて構成されていてもよい。予測部101、制御部102およびデータベース103を蓄電池管理装置52内に設けるようにすれば、ネットワーク接続できない環境下でも蓄電池管理装置52単体で予測を適宜行うことができ、予測部101、制御部102およびデータベース103をサーバに設けるようにすれば、蓄電池管理装置52に通信機能があれば、簡易な構成とすることができる効果がある。
また、本実施形態では、電力コントローラ6を蓄電池管理装置52とは別に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、電力コントローラ6を蓄電池管理装置52内に設けるようにしてもよい。この場合も、前者であれば蓄電池管理装置52自体を簡易な構成にすることができ、後者であれば蓄電池管理装置52単体で電力コントロールまでを実現可能とする効果がある。
さらに、制御部102は、蓄電池51の充電率が第3の充電率よりも低い第4の充電率を下限値として蓄電池51の電力を使用する。ここで第4の充電率とは、ユーザの要望によって設定した任意の充電率である。例えば、停電などの有事の際に非常用電源として使用するのに必要な最低限の電力を確保するよう設定可能なもので、負荷4を長時間動作させたい要望のユーザに対しては、第4の充電率を比較的高く設定する。これに対して、有事の際には負荷4の使用はデータの保存や機器の安全なシャットダウン等ができる程度の短時間でも良いので平時に蓄電池51の電力を積極的に使用して系統電力3からの買電を抑えたい要望のユーザに対しては、第4の充電率を比較的低く設定する。つまり、第4の充電率を下限値とした蓄電池51の運用は平時の際に行われる。また、第4の充電率を下限値とした蓄電池51の運用は、第1制御および第2制御の何れの制御であっても行われる。
なお、制御部102は、停電などの有事の際には、第4の充電率以下となるまで蓄電池51の電力を負荷4に使用させる。そして、停電から復旧した際に、蓄電池51の充電率が第4の充電率以下となっていた場合には、少なくとも第4の充電率以上となるように蓄電池51を充電することが好ましい。
ここで、このような蓄電池管理装置52の制御方法について図6を参照して説明する。なお、図6は、蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。また、図6では、初期設定として蓄電池51の充電率の使用可能な下限値が第4の充電率(例えば、SOC;30%)に設定されている例である。
まず、ステップS10で、制御部102は、系統電力3の供給が停止したか、つまり、停電したか判定する。ステップS10で、停電した場合には(ステップS10;Yes)、ステップS11で、制御部102は、蓄電池51の電力を第4の充電率(SOC;30%)より小さい充電率まで使用可能となるように設定する。図6に示す例では、蓄電池51の使用可能な充電率の下限値を0%にしている。なお、蓄電池51の使用可能な充電率の下限値は、0%に限定されず、例えば、蓄電池51の保護を目的として充電率の下限値を数%としてもよい。これにより、蓄電池51の電力を第4の充電率(SOC;30%)よりも小さくなるまで負荷4で使用可能とする。これにより、停電時に燃料電池2でまかなえない電力は、蓄電池51から供給され、蓄電池51の充電率は徐々に低下する。
次に、ステップS12で、制御部102は、系統電力3の供給が開始されたか、つまり、停電から復旧したか判定する。ステップS12の判定は、停電が復旧するまで一定時間毎に繰り返し行う。ステップS12で、停電から復旧した場合には(ステップS12;Yes)、ステップS13で、制御部102は、蓄電池51の充電率の使用可能な下限値を第4の充電率(SOC;30%)に設定する。
次に、ステップS14で、制御部102は、蓄電池51の充電率が第4の充電率(SOC;30%)より小さいか判定し、蓄電池51の充電率が第4の充電率(SOC;30%)より小さい場合には(ステップS14;Yes)、ステップS15で、制御部102は、蓄電池51の充電率が第4の充電率(SOC;30%)以上となるまで充電する。このステップS15における充電は、系統電力3や燃料電池2からの電力を用いて直ちに充電すればよい。
ステップS14で、蓄電池51の充電率が第4の充電率(SOC;30%)以上の場合(ステップS14;No)は、蓄電池51はそのまま使用する。
このように停電等の系統電力3の供給が停止した有事の際に蓄電池51の充電率が第4の充電率よりも小さくなった場合に、停電から復旧した際に直ちに第4の充電率以上となるまで蓄電池51を充電することで、次の停電に備えることができる。つまり、繰り返し停電が行われる際に、次の停電までに確実に第4の充電率の電力を確保することができる。したがって、ユーザの利便性を向上することができる。
なお、ステップS15で、制御部102は、第4の充電率以上で、第2の充電率になるまで蓄電池51を充電するのが好ましく、満充電となるまで蓄電池51を充電するのがさらに好ましい。このような、停電から復旧したことを検出した際の第2の充電率または満充電までの充電は、復旧時に1度だけ行うようにすればよい。これにより、停電が繰り返し行われる場合に、次の停電までに蓄電池51の負荷4で使用できる電力を第2の充電率または満充電まで増やすことができ、さらにユーザの利便性を向上することができる。
また、図6に示す制御は、第1制御および第2制御の何れの場合も行われるものであるが、例えば、第2制御を行っている最中に、停電等の有事が生じた場合には、第1制御に切り替えるようにしてもよい。このような例を図7に示す。図7は、蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。また、図7では、初期設定として蓄電池51の充電率の使用可能な下限値が第4の充電率(例えば、SOC;30%)に設定されている例である。
図5のステップS4で第2制御を行っている最中に、図7のステップS10で制御部102は、系統電力3からの電力の供給が停止したか、つまり、停電したか判定する。ステップS10で、停電した場合には(ステップS10;Yes)、ステップS11で、制御部102は、蓄電池51の電力を第4の充電率(SOC;30%)より小さい充電率、本実施形態では、下限値を0%に設定している。
次に、ステップS16で、制御部102は、第2制御から第1制御に切り替える。これにより、蓄電池51の充電率の上限を、第3の充電率(例えば、SOC;80%)よりも高い第2の充電率(例えば、SOC;100%)に設定する。これにより、停電中に負荷4で使用されなかった燃料電池2の電力や、停電から復旧した際の系統電力3や燃料電池2からの電力などによって蓄電池51を充電する際に、充電率の上限を第2の充電率(例えば、SOC;100%)とすることができる。したがって、蓄電池51の充電率の上限が、第2制御によって制限されることがないため、蓄電池51を高い充電率で充電され易くして、停電中や停電が繰り返し行われる際の負荷4で使用できる蓄電池51の電力を増大させることができ、ユーザの利便性をさらに向上することができる。
(実施形態2)
図8は、本発明の実施形態2に係る電源装置5の構成を示す機能ブロック図である。図9は、予測した所定期間の負荷4の消費電力、燃料電池2が発電する電力および蓄電池51の充電率を示すグラフである。なお、上述した実施形態と同様の構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図8に示すように、電源装置5は、蓄電池51と蓄電池管理装置52と監視装置53と充放電装置54とを具備する。また、本実施形態の蓄電池管理装置52は、電力情報取得部104と予測部101と制御部102とデータベース103とを具備する。
電力情報取得部104は、負荷4の消費電力と燃料電池2が発電した電力とを取得し、データベース103に蓄積する。
予測部101は、データベース103に蓄積された過去の負荷4の消費電力と燃料電池2が発電する電力とに基づいて、所定期間の蓄電池51の充電率を予測する。具体的には、予測部101による蓄電池51の充電率の予測は、図9に示すように、所定期間Tの負荷4の消費電力を予測し、この予測した負荷4の消費電力と燃料電池2が発電する電力との差分から蓄電池51の充電率を予測する。すなわち、負荷4の消費電力を燃料電池2が発電する電力でまかなえる期間T1、T3、T5、T7で蓄電池51の電力は負荷4で使用されず蓄電池51の充電率は低下しない。また、負荷4の消費電力を燃料電池2が発電する電力でまかなえない期間T2、T4、T6、T8で蓄電池51の電力が負荷4で使用され、蓄電池51の充電率は低下する。このため負荷4の消費電力を予測することで、所定期間Tの蓄電池51の充電率(予測充電率)を予測することができる。ちなみに、燃料電池2が発電する電力は、緊急停止やメンテナンス停止、ユーザによる停止などの場合を除いて燃料電池2を有効活用すべく最大電力(例えば、700W)で一定となるようにするもので、燃料電池2が発電する電力は見込みの電力である。したがって、予測部101は、負荷4の消費電力を予測することで、燃料電池2が発電する見込みの電力から蓄電池51の充電率を容易に予測することができる。この予測した充電率が第1の充電率より小さいか否かを先の実施形態同様に判定することで第1あるいは第2の制御の選択的制御が行われる。また、蓄電池51への充電は、例えば、系統電力3の料金が安い夜間である期間T5に行われる。なお、蓄電池51を確実かつ安価で所望の充電率にするために、燃料電池2の発電による電力が負荷4で消費されずに余った場合にその余った分の電力を適宜蓄電池51に充電するようにしてもよい。
なお、制御部102は、予測部101が予測した負荷4の消費電力と燃料電池2が発電する電力とを直接用いて、第1制御または第2制御を行うようにしてもよい。つまり、制御部102は、予測した蓄電池51の充電率を直接用いなくても、負荷4の消費電力の予測と燃料電池2が発電する電力とを用いて第1制御および第2制御を行う判定をするようにしてもよい。すなわち、蓄電池51の充電率を予測するとは、蓄電池51の充電率を直接予測するものも、負荷4の消費電力から間接的に充電率を予測するものも含む。以下は充電率を直接予測するものも間接的に予測するものも含めて充電率を予測するとして説明している。
また、電力情報取得部104は、データベース103に負荷4の消費電力と曜日とを関連付けて蓄積し、予測部101は、曜日に関連付けて蓄積された負荷4の消費電力に基づいて所定期間の負荷4の消費電力を予測することで蓄電池51の充電率を予測してもよい。予測部101は、曜日に関連付けて負荷4の消費電力を予測して蓄電池51の充電率を予測することで、蓄電池51の充電率の予測精度を向上することができる。また、電力情報取得部104は、データベース103に負荷4の消費電力と日付とを関連付けて蓄積し、予測部101は、日付に関連付けて蓄積された負荷4の消費電力に基づいて所定期間の負荷4の消費電力を予測することで蓄電池51の充電率を予測してもよい。予測部101は、日付に関連付けて負荷4の消費電力を予測して充電率を予測することで、蓄電池51の充電率の予測精度を向上することができる。もちろん、曜日は日付から把握することができるため、日付に関連付けた負荷4の消費電力から曜日に基づく負荷4の消費電力の予測精度を向上することもできる。さらに祝日を負荷4の消費電力と関連付けて蓄積し、祝日に基づいて負荷4の消費電力を予測して蓄電池51の充電率を予測するようにしても、蓄電池51の充電率の予測精度を向上することができる。祝日についても日付から把握することができるため、日付に関連付けた負荷4の消費電力から祝日に基づく負荷4の消費電力の予測精度を向上することもできる。このような所定期間の負荷4の消費電力の予測による蓄電池51の充電率の予測は、例えば、人工知能(AI:Artificial Intelligence)を用いて行うことができる。
制御部102は、上述した実施形態1と同様に、予測部101が予測した所定期間の蓄電池51の充電率に基づいて第1制御または第2制御を充放電装置54に行わせる。
なお、本実施形態の予測部101は、負荷4の消費電力と燃料電池の発電する電力とから蓄電池51の充電率を予測するようにしたが、特にこれに限定されず、予測部101は、実施形態1と組み合わせて所定期間の蓄電池51の充電率を予測してもよい。つまり、予測部101は、過去の負荷4の消費電力と燃料電池2が発電する電力と蓄電池51の充電率の所定期間の平均値とから、所定期間の蓄電池51の充電率を予測するようにしてもよい。これにより、複数の要素を用いて蓄電池51の充電率を予測することが可能となり予測精度を向上することができる。
(実施形態3)
図10は、本発明の実施形態3に係る電力供給システム1の概略構成を示すブロック図である。図11は、電源装置5および天気情報サーバ9の構成を示す機能ブロック図である。図12および図13は、負荷4の消費電力、燃料電池2が発電する電力、太陽光発電装置8が発電する電力および蓄電池51の充電率を示すグラフである。なお、上述した実施形態と同様の構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図10に示すように、電力供給システム1は、燃料電池2と系統電力3と負荷4と蓄電池51および蓄電池管理装置52を含む電源装置5と電力コントローラ6と分電盤7と太陽光発電装置8と天気情報サーバ9とを具備する。
太陽光発電装置8は、自然エネルギーを用いて発電する発電装置の一例であり、不図示の太陽光パネルやパワーコンディショナ等を含む。太陽光発電装置8は、家屋の屋根や屋上などに設置された太陽光パネルによって太陽光を電力に変換するものである。太陽光発電装置の発電量は日射量と太陽光パネルの発電効率によって変化する。
なお、自然エネルギーを用いた発電装置は、太陽光発電装置8に限定されず、例えば、風力発電装置、水力発電装置などが挙げられる。ちなみに、風力発電装置は、風の力で風車を回し、風車の回転運動を、発電機を通じて電力に変換するものである。風力発電装置の発電量は、風の強さ(風速)によって変化する。また、水力発電装置は、水の力で水車を回し、水車の回転運動を、発電機を通じて電力に変換するものである。水力発電装置の発電量は、水量(雨量)によって変化する。
また、太陽光発電装置8は、分電盤7を介して蓄電池51と電気的に接続されている。本実施形態では、太陽光発電装置8は分電盤7を介して負荷4とも電気的に接続されている。
太陽光発電装置8で発電された電力は、電力コントローラ6の制御のもと、負荷4への供給、蓄電池51への充電、系統電力3への売電などに用いられる。これら負荷4への供給、蓄電池51への充電、売電は、それぞれ独立して行うことも、組み合わせて行うこともできる。組み合わせ例としては、以下のものが挙げられる。太陽光発電装置8で発電された電力は、負荷4で使用し、負荷4で使用されなかった余剰電力は蓄電池51に充電する。また、太陽光発電装置8で発電された電力は負荷4で使用し、負荷4で使用されなかった余剰電力は売電する。太陽光発電装置8で発電された電力は蓄電池51の充電に使用し、蓄電池51の充電に使用されなかった余剰電力は売電する。また、太陽光発電装置8で発電された電力は負荷4で使用し、負荷4で使用されなかった余剰電力は蓄電池51の充電で使用し、蓄電池51の充電で使用されなかった余剰電力は売電する。なお、太陽光発電装置8で発電された電力を蓄電池51の充電に使用しない場合には、蓄電池51の充電は、料金が安い夜間などに系統電力3からの電力で行えばよい。
このような太陽光発電装置8が発電した電力の使用方法は、電力コントローラ6で制御される。つまり、電力コントローラ6に前述した組み合わせ例のいずれの制御とするかを予め設定しておくことで、太陽光発電装置8が発電した電力の使用方法が決定される。また、ユーザの要望によって太陽光発電装置8が発電した電力の使用方法、例えば、売電を優先する売電モード、買電を抑える低買電モードなどに変更できるようにしてもよい。本実施形態では、電力コントローラ6は、太陽光発電装置8で発電された電力は負荷4で使用し、負荷4で使用されなかった電力は蓄電池51の充電に使用し、蓄電池51の充電で使用されなかった電力は売電するように制御する。
天気情報サーバ9は、住所毎や地域毎などの位置情報に対する天気予報を含む情報である天気予報情報を提供する天気予報供給手段である。このような天気情報サーバ9は、特に図示しないが、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)、記憶手段の一例である読み出し及び書き込み可能なメモリ(RAM:Random Access Memory)、各種プログラムなど格納するための読み出し専用のメモリ(ROM:Read Only Memory)等によって実現することができる。また、天気情報サーバ9が提供する天気予報情報は、天気予報と気温の予報とを含むものであってもよい。天気情報サーバ9は、ネットワークNを介して電源装置5の蓄電池管理装置52と相互に接続されている。なお、ネットワークNは、インターネット網、公衆電話回線網などである。
その他の燃料電池2等については上述した実施形態と同様であるため重複する説明は省略する。
電源装置5は、蓄電池51と蓄電池管理装置52の他に、図11に示すように、監視装置53と充放電装置54とを具備する。
図11に示すように、蓄電池管理装置52は、電力情報取得部104と予測部101と制御部102とデータベース103と天気情報取得部105とを具備する。
天気情報取得部105は、天気情報サーバ9から太陽光発電装置8の住所や地域などの所在地の位置情報に対応した天気予報情報を取得する。天気情報取得部105は、太陽光発電装置8の所在地を把握し、太陽光発電装置8の所在地の1時間毎や2時間毎などの一定時間毎または1日を通した天気予報の情報を取得する。また、天気情報取得部105が天気情報サーバ9から取得する天気予報情報は、予測部101が所定期間の蓄電池51の充電率(予測充電率)を予測する際に取得するようにしてもよく、一定時間毎に定期的に取得するようにしてもよい。ちなみに、天気情報取得部105が取得する天気予報情報は、予測部101が蓄電池51の充電率を予測する所定期間の天気予報を少なくとも含むものである。例えば、予測部101が蓄電池51の充電率を予測する所定期間が、翌日の24時間の場合には、天気情報取得部が取得する天気予報情報は翌日の24時間を少なくとも含むものであればよい。
電力情報取得部104は、上述した実施形態2と同様に、負荷4の消費電力と、燃料電池2が発電する電力とを取得する。また、電力情報取得部104は、さらに太陽光発電装置8が発電した電力を取得し、これらをデータベース103に蓄積する。
予測部101は、天気情報取得部105が取得した天気予報情報から所定期間における太陽光発電装置8が発電する電力を予測する。太陽光発電装置8が発電する電力は、上述のように天気に基づく日射量と太陽光発電装置8の発電効率とによって異なる。このため、予測部101は、天気情報取得部105が取得した天気予報を含む天気予報情報と、太陽光発電装置8の発電効率とに基づいて、図12および図13に示すように所定期間Tの一定時間毎に太陽光発電装置8が発電する電力を予測する。なお、太陽光発電装置8が発電する電力は、太陽光パネルの汚れなどによる発電効率の経年劣化、太陽光パネルの角度および方向、太陽の位置や日照時間を示す季節、日射量を示す天気(天気予報)によって異なる。このため、予測部101は、天気予報情報および太陽光発電装置8の発電効率に加えて、太陽光パネルの経年劣化による発電低下率、太陽光パネルの角度および方向、太陽の位置や日射時間を示す季節などに基づく重み付けをして算出することで、太陽光発電装置8が発電する電力を予測することが好ましい。このように、予測部101は、天気予報情報及び太陽光発電装置8の発電効率に加えて、太陽光パネルの経年劣化による発電低下率、太陽光パネルの角度及び方向、太陽の位置や日射時間を示す季節などに基づいて太陽光発電装置8が発電する電力を予測することで、発電する電力の予測精度を向上することができる。ちなみに、太陽光発電装置8が発電する電力を予測する情報は、データベース103に蓄積されていればよい。また、特定の日付又は季節における天気情報取得部105が取得した天気予報情報と、電力情報取得部104が取得した太陽光発電装置8が発電した電力と関連付けて発電実績としてデータベース103に蓄積し、蓄積された発電実績に基づいて所定期間の一定時間毎の太陽光発電装置8の天気予報情報に基づく発電する電力を予測することがさらに好ましい。このように、予測部101は、天気予報に基づく太陽光発電装置8の発電実績から太陽光発電装置8が発電する電力を予測することで、さらに予測精度を向上することができる。
なお、自然エネルギーを用いた発電装置として、風力発電装置を用いた場合には、天気情報取得部105は、天気情報サーバ9から風速や風向きの情報を含む天気予報を取得し、予測部101は、風速や風向きの情報に基づいて所定期間の風量発電装置が発電する発電量を予測すればよい。
同様に、自然エネルギーを用いた発電装置として、水力発電装置を用いた場合には、天気情報取得部105は、天気情報サーバ9から雨量を含む天気予報を取得し、予測部101は、雨量に基づいて所定期間の水力発電装置が発電する発電量を予測すればよい。いずれにしても、自然エネルギーを用いた発電装置に対しては、予測部101は、天気予報から発電装置が所定期間に発電する電力を予測することができる。
また、予測部101は、上述した実施形態2と同様に、所定期間Tの負荷4の消費電力を予測し、予測した負荷4の消費電力と、燃料電池2が発電する電力と、予測した太陽光発電装置8が発電する電力と、に基づいて、図12に示すように所定期間Tの蓄電池51の充電率を予測する。
具体的には、図12に示すように、所定期間Tの期間T11では、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力よりも低いため、蓄電池51の電力は使用されない。期間T12では、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力と予測した太陽光発電装置8が発電する電力との合計よりも高いため、負荷4の消費電力のうち足りない電力は蓄電池51から供給される。このため、期間T12では、蓄電池51の充電率が徐々に低下する。
期間T13では、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力と予測した太陽光発電装置8が発電する電力との合計よりも低いため、蓄電池51の電力は使用されない。また、この期間T13では、太陽光発電装置8が発電する電力のうち、負荷4で使用されない電力によって蓄電池51は充電される。このため、期間T13では、蓄電池51の充電率は、徐々に上昇する。
期間T14では、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力と予測した太陽光発電装置8が発電する電力との合計よりも低いため、太陽光発電装置8が発電する電力のうち、負荷4で使用されない電力によって蓄電池51は充電される。このため、期間T14では、蓄電池51の充電率が徐々に上昇する。
期間T15では、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力より低いため、太陽光発電装置8が発電する電力は蓄電池51の充電に使用される。これにより、蓄電池51の充電率は徐々に上昇する。なお、期間T15では、蓄電池51の充電率は途中で100%になり、太陽光発電装置8が発電した電力のうち、蓄電池51に充電されない余剰電力は売電される。
期間T16では、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力と予測した太陽光発電装置8が発電する電力との合計よりも高いため、負荷4の消費電力のうち足りない電力は蓄電池51から供給される。このため、期間T16では、蓄電池51の充電率が徐々に低下する。
同様の予測によって、期間T17では、蓄電池51の電力は使用されず、期間T18では、蓄電池51の電力が使用される。また、期間T19では蓄電池51の電力は使用されず、期間20では、蓄電池51は太陽光発電装置8が発電する電力で充電される。また、期間21では、蓄電池51の電力は使用されず、期間22では、蓄電池51の電力が使用され、期間23では、蓄電池51の電力が使用されない。
このような所定期間Tの負荷4の消費電力と太陽光発電装置8が発電する電力とを予測し、これらの予測した電力から蓄電池51の充電率を予測することで、所定期間Tの蓄電池51の充電率の平均値を高精度に予測することができる。
この所定期間Tの蓄電池51の充電率の予測に基づいて制御部102は、上述した実施形態と同様に、第1制御または第2制御を行う。つまり、図12に示すように、予測した所定期間Tの蓄電池51の充電率が第1の充電率(例えば、SOC;90%)よりも低い場合には、制御部102は、蓄電池51が第1の充電率(例えば、SOC;90%)よりも高い第2の充電率(例えば、SOC;100%)まで充電可能に制御する(第1制御)。これにより、負荷4の消費電力が、燃料電池2が発電する電力と太陽光発電装置8が発電する電力との合計よりも大きい場合には、負荷4の消費電力を蓄電池51の電力でまかなうことができ、ユーザの利便性を向上すると共に系統電力3からの買電を低減することができる。
これに対して、図13に示すように、予測した負荷4の消費電力は、燃料電池2が発電する電力以下であるため、予測した太陽光発電装置8が発電した電力は、蓄電池51の充電に使用される。しかしながら、図13に示す例では、蓄電池51の充電率が100%(満充電)であるため、所定期間Tの蓄電池51の充電率の平均はSOC;100%と予測される。したがって、制御部102は、所定期間Tにおいて第2制御を行って、所定期間Tにおいて蓄電池51が第3充電率(例えば、SOC;80%)まで充電可能に制御する。これにより、蓄電池51が満充電または満充電に近い充電率で長期間に亘って維持されるのを防止して、蓄電池51の劣化を抑制し、蓄電池51の寿命の低下を抑制することができる。なお、第2制御とした際、あるいは、第2制御としてからあらかじめ設定した任意の期間で放電が行われずに第1の充電率以上に維持されている場合に、高い充電率が維持された状態の蓄電池51を第3の充電率(SOC;80%)まで放電するようにしてもよい。この場合、負荷4での使用により第3の充電率となるまで時間がかかるような場合があっても、直ちに充電率を低くするので第2制御にしても蓄電池51の満充電あるいはそれに近い充電率で維持され続けることを避けることができる。
なお、予測部101は、所定期間の負荷4の消費電力を予測する際に、天気情報取得部105が取得した所定期間の天気予報を用いて予測するようにしてもよい。例えば、夏に気温や湿度が高くなる予報であれば、冷房が多く使用されるため負荷4の消費電力が大きくなると予測できる。これに対して、夏に気温が低くなる予報であれば、冷房があまり使用されないため負荷4の消費電力が小さくなると予測できる。このように天気予報を用いて所定期間の負荷4の消費電力を予測することで、所定期間の負荷4の消費電力の予測精度を向上し、蓄電池51の充電率の予測精度をさらに向上することができる。
また、制御部102が第2制御、つまり、蓄電池51の充電率が第3の充電率(例えば、SOC;80%)となるように充電可能に制御している場合には、蓄電池51への充電は、太陽光発電装置8が発電する電力のみで行うようにしてもよい。つまり、第2制御を行っている場合は、負荷4の消費電力が少ないため、太陽光発電装置8が発電する電力のみで蓄電池51を充電して、蓄電池51の充電率が第3の充電率に達していなくても負荷4の消費電力に足りなくなる可能性は低い。したがって、第2制御を行っている最中は、太陽光発電装置8が発電する電力のみで蓄電池51を充電することで、蓄電池51の充電に足りない分を系統電力3から買電して充電する必要がなくなり、買電を減らすことができる。
また、例えば、制御部102が、第1制御を行っている場合は、蓄電池51の充電は、日中は太陽光発電装置8が発電する電力で行い、太陽光発電装置8が発電する電力だけで蓄電池51が第1制御の第2の充電率(例えば、SOC;100%)に達していない場合には、夜間に系統電力3の電力を用いて第2の充電率になるまで充電するようにしてもよい。これにより、負荷4が使用する蓄電池51の電力を増やすことができ、系統電力3が高い料金となる日中の買電を減らすことができる。もちろん、第1制御を行っている最中にも、第2制御と同様に、太陽光発電装置8が発電した電力のみで蓄電池51を充電するようにすれば、系統電力3からの買電を減らすことができる。
また、電力情報取得部104は、燃料電池2が単位時間当たりに発電した電力を取得してデータベース103に蓄積し、予測部101は、蓄積した燃料電池2の発電した電力データから燃料電池2の所定期間の単位時間当たりに発電する電力を予測するようにしてもよい。ここで、燃料電池2は、連続した使用が26日以上続いた場合に、メンテナンスのために12時間から24時間停止される。このため、台風などの停電の可能性が高い場合に備えて、台風当日に燃料電池2がメンテナンスによる停止が行われないように、前もってユーザ側で燃料電池2を停止させておき、台風当日にメンテナンスによる停止が行われないようにする場合もある。したがって、電力情報取得部104は、燃料電池2が単位時間当たりに発電した電力をデータベース103に蓄積しておくことで、燃料電池2のメンテナンスやユーザの故意による停止日および停止時刻を情報として蓄積することができる。
そして、予測部101は、データベース103に蓄積された過去の燃料電池2の停止日および停止時刻に基づいて、過去の停止日から26日後に燃料電池2がメンテナンスによって停止する日および時刻を予測することができる。
このため、制御部102は、予測部101が所定期間における燃料電池2の単位時間当たりに発電する電力が、第1の電力以下(例えば、0kwh以下)となることを予想した場合には、蓄電池51が第2の充電率(例えば、SOC;100%)となるまで充電を行うように充放電装置54を制御する。そして、所定期間において燃料電池2が単位時間当たりに発電する電力が、第1の電力以下となる場合には、燃料電池2が発電する電力によって負荷4の消費電力をまかなえなくなり、蓄電池51の電力または系統電力3が使用されると予測される。このため、制御部102は、蓄電池51を第2制御、つまり、充電率が第3の充電率(例えば、SOC;80)となるように制御している最中であっても、所定期間における燃料電池2の単位時間当たりに発電する電力が、第1の電力以下(例えば、0kwh以下)となることを予想した場合には、所定期間になる前に蓄電池51の充電率が第2の充電率(例えば、SOC;100%)となるまで蓄電池51を充電する。または、所定期間が長期間の場合には、燃料電池2の単位時間当たりに発電する電力が第1の電力以下となる日時までに蓄電池51を第2の充電率まで充電する。このときの蓄電池51の充電に用いる電力は、太陽光発電装置8が発電する電力であってもよく、系統電力3からの電力であってもよく、燃料電池2からの電力であってもよい。所定期間の前には太陽光発電装置8、系統電力3、燃料電池2からの電力で蓄電池51が第2の充電率になるように制御部102や電力コントローラ6で制御するようにすればよい。つまり、制御部102は、蓄電池51の充電率の上限を第3の充電率(SOC;80%)となるように第2制御を行っている最中であっても、予測部101が所定期間に燃料電池2の単位時間当たりの電力が第1の電力以下となることを含むことが予測される場合には、所定期間の前には蓄電池51の充電率が第3の充電率(SOC;80%)を超えて、第2の充電率(例えば、SOC;100%)となるまで充電する。これにより、所定期間において燃料電池2が発電する電力が第1の電力以下となっても、負荷4の消費電力を蓄電池51からの電力でまかなえる量を多くすることができ、系統電力3からの買電を減らすことができる。もちろん、制御部102は、第1制御を行っている最中であっても、所定期間における燃料電池2の単位時間当たりに発電する電力が、第1の電力以下(例えば、0kwh以下)となることを含むことを予想した場合には、所定期間になる前または燃料電池2が発電する電力が第1の電力以下となる前までに蓄電池51の充電率が第2の充電率(例えば、SOC;100%)となるまで蓄電池51を充電する。
ここで、このような蓄電池管理装置52の制御方法について図14を参照して説明する。図14は、蓄電池管理方法を説明するフローチャートである。なお、第1の電力は0kwhとしている。また、図5と同様のステップには同一の符号を付して重複する説明は省略する。
ステップS1で、予測部101は、所定期間の負荷4の消費電力、燃料電池2が発電する電力、太陽光発電装置8が発電する電力を予測し、蓄電池51の充電率を予測する。
ステップS20で、制御部102は、予測部101が予測した所定期間に燃料電池2が単位時間当たりに発電する電力が第1の電力以下になることを含むか判定する。ステップS20で、予測した所定期間に燃料電池2が単位時間当たりに発電する電力が第1の電力以下になることを含む場合(ステップS20;Yes)、ステップS21で、蓄電池51を第2の充電率まで充電する。このときの蓄電池51の充電に用いる電力は、例えば、太陽光発電装置8が発電する電力、系統電力3からの電力、燃料電池2からの電力である。また、ステップS21で蓄電池51を第2の充電率まで充電するのは、予測した所定期間になるまでの間である。このため、例えば、予測したタイミングから所定期間までの期間が日中で且つこの期間が第2制御を満たす条件であっても、太陽光発電装置8が発電する電力によって、蓄電池51を第2の充電率まで充電すればよい。また、例えば、予測したタイミングから所定期間までの期間に系統電力3の料金が安い夜間があれば、夜間に系統電力3からの電力で蓄電池51を充電すればよい。
このようなステップS20およびステップS21を予測部101が予測する周期毎に繰り返し行う。
なお、ステップS1で予測部101が予測した所定期間に燃料電池2が発電する電力が第1の電力以下とならない場合には(ステップS20;No)、上述した図5に示すステップS2、ステップS3またはステップS4を行って、第1制御または第2制御を行うようにすればよい。
なお、図14に示す制御方法では、制御部102は、第1制御および第2制御を行っている最中に、予測部101が所定期間に燃料電池2の単位時間当たりの電力が第1の電力以下となることが予測される場合には、蓄電池51の充電率が第2の充電率となるまで充電するようにしている。つまり、第1制御を行っている最中は、蓄電池51の電力は負荷4に使用されるため、蓄電池51の充電率が常に第2の充電率となっている訳ではない。このため、制御部102は、第1制御を行っている場合であっても、予測部101が所定期間に燃料電池の単位時間当たりの電力が第1の電力以下となることが予測される場合には、蓄電池51を第2の充電率となるまで充電することで、所定期間に蓄電池51の負荷4で使用できる電力を増加させて、系統電力3からの買電を低減することができる。
また、例えば、予測部101が予測する所定期間が比較的長期間の場合、例えば、予測部101が予測を行う日を1日目、予測部101が予測する所定期間を予測した1日目の翌日からの25日間とした場合において、25日間に燃料電池2が単位時間当たりに発電する電力が第1の電力以下となることを含む場合には制御部102は以下のように制御すればよい。例えば、予測部101が25日間の予測した蓄電池51の充電率、つまり、予測した充電率の平均である予測充電率が第2制御を行う条件を満たす場合であっても、蓄電池51を第2の充電率となるまで充電する。また、予測部101が25日間の予測した蓄電池51の充電率が第2制御を行う条件を満たす場合であっても、制御部102は、蓄電池51が第2の充電率まで充電されるように、第1制御を行うようにしてもよい。つまり、第2制御を行う条件を満たす場合とは、蓄電池51が第2の充電率または第2の充電率に近い充電率で維持されることが予測される場合であるため、第1制御を行って蓄電池51を第2の充電率まで充電可能に制御することで、蓄電池51を第2の充電率まで充電することができる。また、所定期間が25日間と長い場合には、制御部102は、第2制御を行う条件を満たす場合であっても、燃料電池2が発電する電力が第1の電力以下となる直前に蓄電池51を第2の充電率まで充電するようにしてもよい。
また、予測部101が予測する所定期間が短い場合には、燃料電池2のメンテナンスやユーザによる停止によって発電する電力が第1の電力以下となるかの予測は、所定期間の後であっても予測することができる。このため、所定期間が短い場合、例えば、予測部101が予測を行う日を1日目、予測部101が予測する所定期間を予測日(1日目)の翌日(2日目)とし、2日目にも予測部101は翌日(3日目)を予測する場合において、3日目に燃料電池2の発電する電力が第1の電力以下となる場合には、制御部102は以下のように制御すればよい。例えば、予測部101は、1日目の予測時に、3日目に燃料電池の電力が第1の電力以下となるか予測する。そして、天気予報で2日目が晴れで、2日目には第2制御を行う条件を満たす場合であっても、3日目に燃料電池2が発電する電力が第1の電力以下となることが予測されるため、制御部102は、2日目に第1制御を行う。これにより、制御部102は、2日目に蓄電池51の充電率ができるだけ第2の充電率となるように制御する。予測部は、1日目に予測した際に、所定期間の2日目は雨で、所定期間後の3日目は燃料電池2が発電する電力が第1の電力以下となることを予測した場合には、所定期間である2日目までの間に、蓄電池51が第2の充電率となるように充電する。このときの蓄電池51の充電は、1日目に晴れで太陽光発電装置8による充電が行われて第2の充電率になっていてもよく、足りない分を料金の安い夜間に系統電力3からの電力で充電してもよい。
また、上述した例では、第1の電力は0kwhとして説明したが、特にこれに限定されず、例えば、燃料電池2が発電する電力が、故障や燃料供給側の制限等の原因によって通常の半分や1/3の場合になることも考えられる。このような燃料電池2が発電する電力が、通常使用時の電力よりも低い第1の電力となることが予測できれば、その電力を第1の電力として判定すればよい。
さらに、天気情報取得部105が取得した所定期間の天気予報から予測部101は、系統電力3の停電を予測するようにしてもよい。例えば、所定期間の天気予報が台風、大雨、暴風、雷などによる停電や気温低下によって電力需要が増大するのに対し電力供給が不足する、所謂、電力需給のひっ迫による停電の可能性が高い場合、予測部101は、所定期間に系統電力3が停電になることを予測する。制御部102は、予測部101が予測した蓄電池51の充電率が第2制御を満たす条件であっても、予測部101が所定期間に系統電力3が停電になる可能性が高いことを予測したら、蓄電池51が第2の充電率(例えば、SOC;100%)になるまで充電を行うのが好ましい。ここで、制御部102が蓄電池51を第2の充電率まで充電するのは、予測した所定期間になるまでの間である。このため、例えば、予測したタイミングから所定期間までの期間が日中で且つこの期間が第2制御を満たす条件であっても、太陽光発電装置8が発電する電力によって、蓄電池51を第2の充電率まで充電すればよい。また、例えば、予測したタイミングから所定期間までの期間に系統電力3の料金が安い夜間があれば、夜間に系統電力3からの電力で蓄電池51を充電すればよい。
このように所定期間の天気予報から、所定期間に系統電力3が停電する可能性が高い場合には蓄電池51を前もって第2の充電率(例えば、SOC;100%)まで充電しておくことで、所定期間に系統電力3の停電が生じた際に、蓄電池51から負荷4に供給する電力を増大させることができる。したがって、系統電力3の停電時にユーザが負荷4の使用を制限されるのを防止して、利便性を向上することができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
蓄電池51を構成する複数のセル51aは、充電率に徐々にばらつきが生じてしまう。このため、蓄電池管理装置52は、蓄電池51の複数のセル51aの充電率を均等にするバランス制御を行う。ここで、蓄電池51のバランス制御は、蓄電池51を満充電にすることで行われる。また、蓄電池管理装置52のバランス制御は、一定の周期で行われる。このため、蓄電池管理装置52は、一定周期で蓄電池51のバランス制御を行う際に、第1制御を行っている場合で、第2の充電率が満充電(SOC;100%)に設定されている場合には、そのまま行う。また、蓄電池管理装置52は、一定周期で蓄電池51のバランス制御を行う際に、第2制御を行っている場合であっても、第2制御を一時的に解除して蓄電池51を満充電にしてから行うことが好ましい。これにより、セル51aのバランス制御を行って、蓄電池51の充放電可能な電気容量が低下するのを抑制することができる。
また、上述した各実施形態では、第1の充電率をSOC;90%、第2の充電率をSOC;100%、第3の充電率をSOC;80%としたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、第1の充電率は、SOC;70%~90%の範囲で設定すること好ましく、第2の充電率は、SOC;80%~100%の範囲で設定するのが好ましく、第3の充電率は、SOC;60%~90%で設定するのが好ましい。第1の充電率、第2の充電率および第3の充電率を上記の範囲で設定することで、第1制御では、蓄電池51の負荷4で使用できる電力を確保しつつ、第2制御では、蓄電池51が劣化するのを抑制することができる。
また、データベース103に充電率と日付とを関連付けて蓄積する他、予測精度を向上させるために、対象となる日付の気温(最低気温、最高気温、日中の気温など)や天候の情報も関連付けて蓄積するようにして、充電率と日付の他に、気温や天候を踏まえ、蓄積された過去の充電率のうち、予測対象期間の気温や天候に合致する充電率の情報(さらに曜日の情報を加味してもよい)に基づき予測を行うようにしてもよい。
なお、上述した各実施形態では、蓄電池51を構成するセル51aとしてリチウムイオン電池を用いた構成を例示したが、リチウムイオン電池と同様の特性を有し、本願発明の課題が生じるものであれば、セル51aはリチウムイオン電池に限定されるものではない。
T…所定期間、T1~T23…期間、1…電力供給システム、2…燃料電池、3…系統電力、4…負荷、5…電源装置、6…電力コントローラ、7…分電盤、8…太陽光発電装置、9…天気情報サーバ、51…蓄電池、51a…セル、52…蓄電池管理装置、53…監視装置、54…充放電装置、100…充電率取得部、101…予測部、102…制御部、103…データベース、104…電力情報取得部、105…天気情報取得部

Claims (14)

  1. 負荷に電気的に接続され、系統電力及び燃料電池からの電力を蓄えることができる蓄電池から蓄電池の充電率を取得し、
    予め定められた所定期間の前記蓄電池の充電率を予測し、予測した前記蓄電池の前記充電率が、第1の充電率よりも小さい場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率よりも高い第2の充電率まで充電可能となるように制御する第1制御と、
    予測した前記蓄電池の前記充電率が、前記第1の充電率以上の場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率以下の第3の充電率まで充電可能となるように制御する第2制御と、を行うことを特徴とする蓄電池管理装置。
  2. 前記蓄電池の充電率が、前記第3の充電率よりも低い第4の充電率を下限値として、前記蓄電池を使用することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池管理装置。
  3. 前記蓄電池の充電率が、前記第4の充電率より小さくなった場合には、少なくとも前記第4の充電率を超えるように前記蓄電池を充電することを特徴とする請求項2に記載の蓄電池管理装置。
  4. 前記第2制御を行っている最中に、前記系統電力の供給が停止した場合には、前記第1制御に切り替えることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  5. 前記蓄電池の充電率の予測は、前記蓄電池の過去の充電率から行うことを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  6. 前記負荷の消費電力と、前記燃料電池が発電した電力と、を取得して蓄積し、
    前記蓄電池の充電率の予測は、蓄積された前記負荷の前記消費電力と前記燃料電池が発電した電力とから行うことを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  7. 前記蓄電池および前記負荷は自然エネルギーを用いた発電装置に電気的に接続されて、前記蓄電池は少なくとも前記発電装置からの電力で充電され、
    前記発電装置の所在地における前記所定期間の天気予報を含む天気予報情報を取得し、
    取得した前記天気予報情報から前記所定期間において前記発電装置が発電する電力を予測し、
    予測した前記発電装置が発電する電力を前記所定期間の前記蓄電池の充電率の予測に用いることを特徴とする請求項1~6の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  8. 前記発電装置が発電した電力は、前記負荷で使用されると共に前記負荷で使用されない電力が前記蓄電池の充電に使用され、
    取得した前記天気予報情報から前記所定期間における前記負荷の消費電力を予測し、
    予測した前記負荷の消費電力を前記所定期間の前記蓄電池の充電率の予測に用いることを特徴とする請求項7に記載の蓄電池管理装置。
  9. 前記燃料電池の単位時間当たりに発電した電力を取得して蓄積し、
    蓄積した前記燃料電池の単位時間当たりに発電した電力から前記燃料電池の所定期間の単位時間当たりに発電する電力を予測し、
    前記第2制御を行う条件を満たす場合であっても、予測した所定期間に前記燃料電池の単位時間当たりに発電する電力が第1の電力以下となることを含む場合には、前記蓄電池が前記第2の充電率になるまで充電を行うことを特徴とする請求項1~8の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  10. 前記第2制御を行っている間は、前記蓄電池への充電は、前記発電装置のみから行わせることを特徴とする請求項7または8に記載の蓄電池管理装置。
  11. 前記蓄電池への充電は、前記発電装置のみから行わせることを特徴とする請求項7または8に記載の蓄電池管理装置。
  12. 前記蓄電池の所在地における所定期間の天気予報を含む天気予報情報を取得し、
    取得した前記天気予報情報から前記所定期間の前記系統電力の停電を予測し、
    前記第2制御を行う条件を満たす場合であっても、予測した前記所定期間に前記系統電力の停電が予測される場合には、前記蓄電池が前記第2の充電率になるまで充電を行うことを特徴とする請求項1~11の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  13. 前記蓄電池に対して一定周期で前記蓄電池を構成する複数のセルの充電率のバランス制御を行い、
    前記バランス制御を行う場合には、前記第2制御に設定されていても、前記第2制御を一時的に解除して、前記蓄電池を満充電となるまで充電することを特徴とする請求項1~12の何れか一項に記載の蓄電池管理装置。
  14. 負荷に電気的に接続され、系統電力及び燃料電池からの電力を蓄えることができる蓄電池から蓄電池の充電率を取得し、
    予め定められた所定期間の前記蓄電池の充電率を予測し、予測した前記蓄電池の前記充電率が、第1の充電率よりも小さい場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率よりも高い第2の充電率まで充電可能となるように制御する第1制御と、
    予測した前記蓄電池の前記充電率が、前記第1の充電率以上の場合には、前記蓄電池を前記第1の充電率以下の第3の充電率まで充電可能となるように制御する第2制御と、を行うことを特徴とする蓄電池管理方法。
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