JP6413486B2 - 電池制御装置、電池制御方法、及び電池制御プログラム - Google Patents

電池制御装置、電池制御方法、及び電池制御プログラム Download PDF

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Description

本発明は、蓄電体の充放電を制御する電池制御装置、電池制御方法、及び電池制御プログラムに関する。
リチウムイオン電池に代表される蓄電池は、携帯端末から電気自動車まで幅広く使用されている。さらに、近年の二次電池のエネルギー密度向上に伴って、蓄電池は、定置型蓄電池としても活用され始めている。定置型蓄電池は、たとえば、災害時等に系統電力が途絶えた場合のバックアップ電源として使用される。
たとえば、特許文献1には、災害発生予報を受信した際に、二次電池の目標充電容量を通常時の第1目標充電容量から災害時の第2目標充電容量に変更する技術が記載されている。災害発生予測は、たとえば、気象庁から報知される、台風や地震についての予測情報、あるいは宅内に設置された火災感知器の感知結果である。また、第2目標充電容量は、系統電力停止の長期化や災害時の使用機器の増加等を想定して、第1目標充電容量よりも高い値に設定されている。
特許文献1記載の技術により、災害等による停電が発生した場合であっても、ユーザは、電灯やテレビ等の機器を動作させることができる。
特開2009−148070号公報(ページNo.8−9)
ところで、たとえば、台風の進路が予測と異なる進路となった場合や火災が速やかに鎮火された場合など、災害発生予測が通知されたからといって必ずしも停電が発生しない場合がある。さらに、そもそも、定置型蓄電池は、割安な夜間電力で蓄積したエネルギーを昼間に利用することで電力コストを削減することを目的としている。
しかしながら、特許文献1の技術の場合、災害発生予測が通知された時点から、目標充電容量は、通常よりも高い第2目標充電容量に固定されてしまう。従って、予測が外れた場合には、無駄な充電(換言すれば、必要以上の放電の抑制)が長期間に亘って実行されることになる。このことは、割安なエネルギーが使用される機会が減少し、結果として電力コストが増大することを意味する。すなわち、特許文献1の技術の場合、バックアップ電源としての機能(災害発生時における必要な電力の確保)は達成されるが、電力コストを削減することは困難である。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、災害発生時に必要な電力の確保と電力コストの削減とを両立させることが可能な電池制御装置、電池制御方法、及び電池制御プログラムを提供することを目的とする。
本発明の電池制御装置は、蓄電体と、災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、前記蓄電体の目標充電容量を算出する算出手段と、前記目標充電容量に基づいて前記蓄電体の充放電を制御する制御手段とを備える。
本発明の電池制御方法は、蓄電体を制御する電池制御方法であって、災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、前記蓄電体の目標充電容量を算出し、前記目標充電容量に基づいて前記蓄電体の充放電を制御することを特徴とする。
本発明の電池制御プログラムは、蓄電体を制御する電池制御装置のコンピュータに、災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、前記蓄電体の目標充電容量を算出する機能と、前記目標充電容量に基づいて前記蓄電体の充放電を制御する機能とを実行させるためのプログラムである。
本発明によれば、災害発生時に必要な電力の確保と電力コストの削減とを両立させることが可能となる。
本発明の第1の実施形態に係る電池制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電システムの構成例を示すブロック図である。 図2に示す電池制御装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 台風が第1の接近経路にて接近する場合のリスク指数の変化を説明するための模式図である。 台風が第2の接近経路にて接近する場合のリスク指数の変化を説明するための模式図である。 台風発生時の充電量の推移と蓄電により日中の割高電力で購入した電力の積算との関係を、第2の実施形態の場合および特許文献1に代表される一般技術の場合のそれぞれで示したグラフである。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電システムの動作例を説明するための図であり、詳細には、地震が発生した場合のリスク指数と充電量の関係を示すグラフである。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電池制御装置100の構成例を示すブロック図である。電池制御装置100は、算出部102(算出手段)と、制御部103(制御手段)と、蓄電体104と、を備える。
算出部102は、災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、蓄電体104の目標充電容量を算出する。制御部103は、算出された目標充電容量に基づいて蓄電体104の充放電を制御する。
以上説明した第1の実施形態において、災害発生以後、目標充電容量は一定ではなく、災害リスクの度合い応じて逐次変化する(具体的には、目標充電容量は、リスク指数に応じて変化する)。第1の実施形態の場合、無駄な充電(換言すれば、必要以上の放電の抑制)が長期間に亘って実行されることはない。このことは、割安なエネルギーが使用される機会を増大させ、結果として電力コストを低下させることを意味する。以上を纏めると、第1の実施形態によれば、災害発生時に必要な電力の確保と電力コストの削減とを両立させることが可能となる。
[第2の実施形態]
(構成の説明)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る蓄電システム10の構成例を示すブロック図である。蓄電システム10は、蓄電体を制御する電池制御装置12と、電池制御装置12に対してリスク指数(後述)を供給する外部装置の一例としてのクラウドサーバ14と、を備える。
電池制御装置12は、蓄電体20と、コンバータ22と、充電器24と、充電量入力部26と、リスク指数受信部28と、通信部30と、容量算出部32と、充放電量算出部34と、充放電制御部36と、を備える。
蓄電体20は、一つ以上の直列もしくは並列接続されたリチウムイオン電池などの二次電池や電気二重層キャパシタや鉛蓄電池等で構成され、充放電により電流を出し入れする事で電荷を蓄積する。
コンバータ22は、充放電制御部36からの指示に基づいて蓄電体20の放電を実行する。充電器24は、充放電制御部36からの指示に基づいて蓄電体20への充電を実行する。
充電量入力部26は、キーボード等の入力装置あるいはインターネット等の通信網を介して、ユーザによって設定されたユーザ設定充電量を入力する。ユーザ設定充電量は、第1充電量(停電時において普段通りの生活を過ごすために必要な充電量)と第2充電量(停電時に最低限の生活を過ごすために必要な充電量)を含む。充電量入力部26は、入力されたユーザ設定充電量を、充放電量算出部34へ出力する。
リスク指数受信部28は、クラウドサーバ14から、リスク指数を受信する。リスク指数は、災害のリスクの度合いを指数化したものであり、たとえば、割合(百分率等)で示される。リスク指数は、災害情報(災害の種類や規模)、過去の経験値、災害の電池制御装置12までの距離等を総合的に判断することにより決定される。なお、災害情報は、たとえば、気象庁やSNS(Social Networking Service)等から供給される。もちろん、リスク指数の算出方法は、上記に限定されない。リスク指数受信部28は、受信したリスク指数を、充放電量算出部34へ出力する。
通信部30は、容量算出部32によって算出された蓄電容量や充電器24の充電能力を、クラウドサーバ14等の外部装置へ出力する。
容量算出部32は、電流測定器、電圧測定器、温度測定器などの測定器で構成され、これらの測定器で計測された計測値から蓄電体20の蓄電容量を算出する。容量算出部32は、算出した蓄電容量を、通信部30および充放電量算出部34へ出力する。
充放電量算出部34は、まず、目標充電容量を算出する。第1に、充放電量算出部34は、仮の目標充電容量(たとえば、第1充電量×リスク指数)を算出する。第2に、充放電量算出部34は、仮の目標充電容量が第2充電量を下回っているか否かを判定する。充放電量算出部34は、仮の目標充電容量が第2充電量を下回っていない場合には仮の目標充電容量を目標充電容量に設定し、仮の目標充電容量が第2充電量を下回っている場合には第2充電量を目標充電容量に設定する。仮の目標充電容量が第2充電量を下回っている場合に第2充電量を目標充電容量に設定することにより、停電時に最低限の生活を過ごすために必要な充電量(すなわち、災害発生時に必要な電力を供給するための充電量)が確保される。
充放電量算出部34は、次いで、蓄電体20の現在の蓄電容量が、上記算出された目標充電容量よりも大きいか否かを判定する。蓄電容量が目標充電容量よりも大きい場合、充放電量算出部34は、放電可能容量(蓄電容量−目標充電容量)を算出する。充放電量算出部34は、算出した目標充電容量および放電可能容量を、充放電制御部36へ出力する。
充放電制御部36は、目標充電容量に基づいて充電器24を制御し、放電可能容量に基づいてコンバータ22を制御する。
(動作の説明)
図3は、図2に示す電池制御装置12の動作例を説明するためのフローチャートである。
リスク指数受信部28は、クラウドサーバ14からリスク指数を受信する(ステップS1)。
充放電量算出部34は、まず、目標充電容量を算出する(ステップS2)。具体的には、充放電量算出部34は、仮の目標充電容量(たとえば、第1充電量×リスク指数)を算出する。充放電量算出部34は、仮の目標充電容量が第2充電量を下回っているか否かを判定する。仮の目標充電容量が第2充電量を下回っていない場合、充放電量算出部34は、仮の目標充電容量を目標充電容量に設定する。一方、仮の目標充電容量が第2充電量を下回っている場合、充放電量算出部34は、第2充電量を目標充電容量に設定する。
充放電量算出部34は、蓄電体20の現在の蓄電容量が、上記算出された目標充電容量よりも大きいか否かを判定する(ステップS3)。蓄電容量が目標充電容量よりも大きい場合(ステップS3においてYes)、充放電量算出部34は、放電可能容量(蓄電容量−目標充電容量)を算出する(ステップS4)。充放電量算出部34は、算出した放電可能容量を、充放電制御部36へ出力する。充放電制御部36は、コンバータ22に対して、放電可能容量までの放電を許可する(ステップS5)。
一方、蓄電容量が目標充電容量よりも小さい場合(ステップS3においてNo)、充放電量算出部34は、充放電制御部36に対して放電の停止を指示する(ステップS6)。そして、充放電制御部36は、充電器24に対して、充放電量算出部34から入力した目標充電容量に到達するまで蓄電体20を充電する充電指令を発行する(ステップS7)。
以上説明したステップS1〜S7の処理は、リスク指数を受信する度に実行される。すなわち、第2の実施形態の場合、災害発生以後、目標充電容量は一定ではなく、リスク指数に応じて変化する。
図4は、台風が第1の接近経路にて接近する場合のリスク指数の変化を説明するための模式図である。図4において、An、Bn、Cnは、リスク指数の更新点を表し、各ポジションは、台風の位置を表している。更新点とは、たとえば、リスク指数の変化点、あるいは台風が到達するまでの距離と充電器の充電能力と第1充電量および第2充電量とから決定される充電開始点等である。
まず、前提条件について纏めて説明する。まず、第1充電量は5kwに設定され、第2充電量は1kwに設定されているものとする。また、リスク指数受信部28は、更新点A2、B3、B4、A5、A6の順にリスク指数を受信するものと仮定する。ここで、更新点Anのリスク指数が100%であり、更新点BnおよびCnのリスク指数が70%である場合を例に挙げる。なお、各更新点における上記リスク指数は、あくまで一例である。そして、更新点A2における蓄電体20の蓄電容量が3kwであると仮定する。
更新点A2において、リスク指数受信部28は、リスク指数100%を受信する。充放電量算出部34は、第1充電量5kwとリスク指数100%とを乗算し、目標充電容量5kwを算出する。充放電量算出部34は、容量算出部32で算出された蓄電体の蓄電容量3kwとの差分を充電に必要な容量と判断し、充電器24に対し目標充電容量5kwに達するまで充電指令を伝える。
更新点B3において、リスク指数受信部28は、リスク指数70%を受信する。充放電量算出部34は、第1充電量5kwとリスク指数70%とを乗算し、新たな目標充電容量3.5kwを算出する。ここで、更新点B3における蓄電体20の蓄電容量が4kwであると仮定する。充放電量算出部34は、蓄電容量4kwと目標充電容量3.5kwの差分から放電可能容量0.5kwを算出する。充放電量算出部34は、充放電制御部36に対して、放電可能容量0.5kwを出力する。充放電制御部36は、放電可能容量0.5kwを下回らない様にコンバータ22の放電を制御する。放電可能容量0.5kwの全てが放電された場合、充放電制御部36は、コンバータ22の出力を停止する。この場合、必要に応じて、充放電制御部36は、ユーザに対して、コンバータ22の出力が停止された旨のアナウンスを行ってもよい。
更新点B4において、リスク指数受信部28は、リスク70%を受信する。充放電量算出部34は、第1充電量5kwとリスク指数70%とを乗算し、新たな目標充電容量3.5kwを算出する。
更新点A5において、リスク指数受信部28は、リスク100%を受信する。更新点A5における蓄電体20の蓄電容量が3.5kwであると仮定する。充放電量算出部34は、第1充電量5kwとリスク指数100%とを乗算し、新たな目標充電容量5kwを算出する。この時点において、災害(台風)が到着するまでに充電器24に充電できる最大充電量を2kwとすると、(蓄電容量3.5kw+最大充電量2kw)>目標充電容量5kwとなるため、災害到着時には十分な電力が蓄電される。
図5は、台風が第2の接近経路にて接近する場合のリスク指数の変化を説明するための模式図である。この場合、リスク指数受信部28は、更新点B2、C3、D4、E5、F6の順にリスク指数を受信するものと仮定する。図5において、更新点B2のリスク指数は70%であり、更新点C3のリスク指数は50%であり、更新点D4のリスク指数は30%であり、更新点E5のリスク指数は20%であり、更新点F6のリスク指数は10%であるものと仮定する。目標充電容量は、更新点B2において3.5kw(第1充電量5kw×70%)となり、更新点C3において2.5kw(第1充電量5kw×50%)となり、更新点D4において1.5kw(第1充電量5kw×30%)となり、更新点E5において1.3kw(第1充電量1kw×20%)となり、更新点F6において0.5kw(第1充電量5kw×10%)となる。なお、更新点F6において計算された目標充電容量(0.5kw)がユーザによって設定された第2充電量1kwを下回ったので、更新点F6における目標充電容量は、最終的には、第2充電量1kwとなる。
(効果の説明)
図6は、台風発生時の充電量の推移と蓄電により日中の割高電力で購入した電力の積算との関係を、本実施形態の場合および特許文献1に代表される一般技術の場合のそれぞれで示したグラフである。図6において、台風は3日前に発生したものと仮定する。また、図6において、台風の発生から48時間前までのリスク指数は0%であり、24時間前のリスク指数は40%であり、3時間前のリスク指数は100%であると仮定する。
一般技術の場合、災害発生直後から目標充電容量までの充電が開始され、災害到着までは放電が停止してしまう為、本来、昼間に蓄電体からの電力で賄う事ができるはずの5kw相当の電力を割高な電力系統から購入しなければならない。その積算容量は、図6に示されるように、災害(台風)の到着までに約20kwになる。
一方、本実施形態の場合、目標充電容量は一定ではなく、災害リスクの度合い応じて逐次変化する(具体的には、目標充電容量は、台風の規模、蓄電体までの距離、過去の経験値等から決定されるリスク指数に応じて変化する)。そして、その積算容量は、図6に示されるように、約5kwとなり、一般技術の約20kwと比較して大幅に小さくなる。すなわち、十分なコストメリットが得られる。しかも、本実施形態の場合、災害発生時に必要な電力(充電量)は十分に確保されている。
以上を纏めると、第2の実施形態によれば、災害発生時に必要な電力の確保と電力コストの削減とを両立させることが可能となる。
[第3の実施形態]
地震と台風とでは、リスク指数を算出する際の考え方が異なる。たとえば、台風であれば現在の位置と充電器の充電能力から目標充電容量まで充電が可能かどうかを加味してリスク指数を算出する事が可能である。一方、地震の場合、停電するまでの時間が予測できない為に実際に充電できる充電量を見積もることが困難である。そこで、地震のリスク指数を算出する場合、単位時間当たりの地震回数の増加率がある一定の基準を超えた場合や、単位時間当たりの平均地震規模がある一定以上の基準を超えた場合などは、リスク指数を100%に設定する。以下、図7を用いて具体的に説明する。
なお、第3の実施形態の蓄電システム(電池制御装置)の構成は、第2の実施形態の蓄電システム10と同一である。従って、第3の実施形態の構成についての説明は省略される。
図7は、地震が発生した場合のリスク指数と充電量の関係を示すグラフである。クラウドサーバ14は、時間当たりの地震の発生回数と、その時の平均規模と、それらの時系列の推移からリスク指数を算出し、電池制御装置12に通知する。図7において、時点Cnにおけるリスク指数は0%であり、時点Bnにおけるリスク指数は40%であり、時点Anにおけるリスク指数は100%であるものとする。なお、上記リスクの算出方法および上記各数値は、あくまで一例であり、上記に限定されない。また、本実施形態において、第1充電量は10kwであり、第2充電量は5kwであるものとする。
まず、時点C1、C2、C3において、リスク指数は0%であるから目標充電容量は0kwとなる。この場合の蓄電容量との差分は放電可能容量となる。時点B4において、目標充電容量は、4kw(第1充電量10kw×リスク指数40%)となるが、上述したとおり、第2充電量が5kwである為、最終的な目標充電容量は5kwとなる。時点B5の場合も時点B4の場合と同様に、最終的な目標充電容量は5kwとなる。時点A6、A7の場合、目標充電容量は、10kw(第1充電量10kw×リスク指数100%)となる。
(変形例についての説明)
以上の説明では、電池制御装置12がクラウドサーバ14側からリスク指数を受信する場合が例示されているが、リスク指数は、電池制御装置12側で決定されてもよい。その場合、図2に示すリスク指数受信部28は、リスク指数そのものを受信するのではなく、リスク指数を算出するために必要な情報(災害の種類や規模、過去の経験値、災害の電池制御装置12までの距離等)を、クラウドサーバ14から受信する。たとえば、リスク指数受信部28あるいは充放電量制御部34は、受信した各種情報や電池制御装置12固有の情報を総合的に判断することによりリスク指数を決定する。
また、目標充電容量の下限を維持する下限維持処理(すなわち、第1充電量×リスク指数が、第2充電量を下回っている場合に、第2充電量を目標充電容量に設定する処理)は、必ずしも常に実行される必要はない。下限維持処理の実行の可否は、ユーザによって任意に設定されてもよい。たとえば、ユーザは、リスク指数が所定の閾値(たとえば、5%)以上となった場合に限り下限維持処理を実行するよう設定することができる。
また、以上の説明では、災害の一例として台風あるいは地震を例に挙げているが、第1〜第3の実施形態は、これらの災害のみに限定されることなく、他の災害(たとえば、火事、津波、大雨、雷、ハリケーン、大雪、竜巻、雹、テロ等)にも広く対応可能である。
また、以上説明した各実施形態の全部又は一部の機能を実現するためのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータシステムにより実行されてもよい。
「コンピュータシステム」の例としては、たとえば、CPU(Central Processing Unit)を挙げることができる。
「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、たとえば、非一時的な記憶装置である。非一時的な記憶装置の例としては、たとえば、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、不揮発性半導体メモリ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクを挙げることができる。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、一時的な記憶装置であってもよい。一時的な記憶装置の例としては、たとえば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線、あるいは、コンピュータシステム内部の揮発性メモリを挙げることができる。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
以上、各実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記各実施形態の記載に限定されない。上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることは当業者にとって自明である。従って、そのような変更又は改良を加えた形態もまた本発明の技術的範囲に含まれることは説明するまでもない。また、以上説明した各実施形態において使用される、数値や各構成の名称等は例示的なものであり適宜変更可能である。
10 蓄電システム
12 電池制御装置
14 クラウドサーバ
20 蓄電体
22 コンバータ
24 充電器
26 充電量入力部
28 リスク指数受信部
30 通信部
32 容量算出部
34 充放電量算出部
36 充放電制御部
100 電池制御装置
102 算出部
103 制御部
104 蓄電体

Claims (9)

  1. 蓄電体と、
    災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、前記蓄電体の目標充電容量を算出する算出手段と、
    前記目標充電容量に基づいて前記蓄電体の充放電を制御する制御手段と
    を備え
    前記リスク指数は、災害リスクの度合いを割合で示したものであり、前記算出手段は、停電時において普段通りの生活を過ごすために必要な第1充電量と前記リスク指数との乗算結果を、前記目標充電容量とすることを特徴とする電池制御装置。
  2. 前記リスク指数は、所定の外部装置にて算出され、前記電池制御装置に送信されることを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。
  3. 前記リスク指数は、所定の外部装置から送信される所定の災害情報に少なくとも基づいて前記電池制御装置側にて算出されることを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。
  4. 前記乗算結果が、停電時に最低限の生活を過ごすために必要な第2充電量を下回った場合、前記算出手段は、前記第2充電量を前記目標充電容量とすることを特徴とする請求項記載の電池制御装置。
  5. 前記第1充電量および前記第2充電量は、所定の入力装置あるいは所定の通信網を介して、ユーザにより任意に設定されることを特徴とする請求項記載の電池制御装置。
  6. 前記リスク指数は、災害の種類や規模、過去の経験値、災害の前記電池制御装置までの距離等を総合的に判断することにより決定されることを特徴とする請求項1−のいずれか1項に記載の電池制御装置。
  7. 前記災害が地震である場合であって、単位時間当たりの地震発生回数の増加率が所定の増加基準を超えた場合、あるいは単位時間当たりの平均地震規模が所定の規模基準を超えた場合、前記リスク指数の値は、前記各基準を超えない場合に比べて高い値に設定されることを特徴とする請求項1−のいずれか1項に記載の電池制御装置。
  8. 蓄電体を制御する電池制御方法であって、
    災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、前記蓄電体の目標充電容量を算出し、
    前記目標充電容量に基づいて前記蓄電体の充放電を制御し、
    前記リスク指数を、災害リスクの度合いを割合で示したものとし、停電時において普段通りの生活を過ごすために必要な第1充電量と前記リスク指数との乗算結果を、前記目標充電容量とする
    ことを特徴とする電池制御方法。
  9. 蓄電体を制御する電池制御装置のコンピュータに、
    災害のリスクの度合いを指数化したリスク指数に応じて、前記蓄電体の目標充電容量を算出する機能と、
    前記目標充電容量に基づいて前記蓄電体の充放電を制御する機能と
    前記リスク指数を、災害リスクの度合いを割合で示したものとし、停電時において普段通りの生活を過ごすために必要な第1充電量と前記リスク指数との乗算結果を、前記目標充電容量とする機能と
    を実行させるための電池制御プログラム。
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