JP6841179B2 - Power storage device and power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電装置及び電源システムに関する。 The present invention relates to a power storage device and a power supply system.
太陽光発電等の発電設備と、蓄電池とを併用する電源システムは、既に数多く提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。例えば、一般家庭のような小規模の需要家でも、太陽光発電設備のみならず、蓄電池を備えることにより、できるだけ商用電力系統に依存しない電力供給のあり方が考えられている。また、太陽光発電設備を設置しなくても、蓄電池を設置することで、ピークシフトに対応でき、かつ、電力量単価の割安な夜間時間の電力を有効に利用することができる。このような電力用の蓄電池としては、一般に、リチウムイオン電池が使用されている。 Many power generation systems that use both power generation equipment such as photovoltaic power generation and storage batteries have already been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4). For example, even for small-scale consumers such as ordinary households, it is considered that the power supply should be as independent as possible from the commercial power system by equipping not only the photovoltaic power generation equipment but also the storage battery. In addition, even if a solar power generation facility is not installed, by installing a storage battery, it is possible to cope with a peak shift and effectively use the power at nighttime when the unit price of electric power is cheap. As such a storage battery for electric power, a lithium ion battery is generally used.
上記のような電力用の蓄電池は、家庭用としては未だ高価な製品であり、蓄電容量を大きくするほどさらに高価となる。従って、一旦導入すれば、できるだけ長く使えるようにしたい。蓄電池の寿命は経年劣化以外に、使い方によっても大きく影響される。 The above-mentioned storage battery for electric power is still an expensive product for home use, and the larger the storage capacity, the more expensive it becomes. Therefore, once introduced, we want to be able to use it for as long as possible. The life of a storage battery is greatly affected not only by aging deterioration but also by how it is used.
かかる課題に鑑み、本発明は、電力用の蓄電池を、使い方の工夫によって、できるだけ長く使用することができるようにすることを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to make it possible to use a storage battery for electric power for as long as possible by devising how to use it.
本発明の一表現に係る蓄電装置は、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電池を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると前記蓄電池を放電させ、また、前記蓄電池を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間が所定時間に達すると充電する蓄電装置である。 The power storage device according to one expression of the present invention is a power storage device connected to an AC electric circuit to which a load in a consumer and a commercial power system are connected, and manages the storage battery and the charging state of the storage battery. A storage battery management unit, a power conversion unit having a function of converting AC to DC to charge the storage battery, and a function of discharging the storage battery to convert DC to AC and supplying power to the AC electric circuit, and the power conversion. The control unit includes a control unit that controls the unit to charge and discharge the storage battery, and the control unit is said to have a discharge standby time after the storage battery is charged and becomes a state corresponding to a full charge. It is a power storage device that discharges a storage battery and charges the storage battery when the charging standby time after the storage battery is discharged to a state corresponding to complete discharge reaches a predetermined time.
また、本発明の一表現に係る電源システムは、商用電力系統が接続される交流電路と、前記交流電路に接続される、需要家における負荷と、前記交流電路に接続され系統連系する蓄電装置と、を備える電源システムであって、前記蓄電装置は、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電池を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると前記蓄電池を放電させ、また、前記蓄電池を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間が所定時間に達すると充電する電源システムである。 Further, the power supply system according to one expression of the present invention includes an AC electric circuit to which a commercial electric power system is connected, a load in a consumer connected to the AC electric circuit, and a power storage device connected to the AC electric circuit and connected to the system. The power storage device includes a storage battery, a storage battery management unit that manages the charging state of the storage battery, a function of converting alternating current into DC to charge the storage battery, and the storage battery. The control unit includes a power conversion unit having a function of discharging and converting DC into AC and supplying power to the AC electric path, and a control unit that controls the power conversion unit to charge and discharge the storage battery. When the discharge standby time after charging the storage battery and reaching a state corresponding to full charge reaches a predetermined time, the storage battery is discharged, and after the storage battery is discharged to a state corresponding to complete discharge. It is a power supply system that charges when the charging standby time reaches a predetermined time.
本発明によれば、蓄電池の長寿命化を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a long life of the storage battery.
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
[Summary of Embodiment]
The gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
（１）これは、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電池を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると前記蓄電池を放電させ、また、前記蓄電池を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間が所定時間に達すると充電する。 (1) This is a power storage device connected to an AC electric circuit to which a load in a consumer and a commercial power system are connected, and is connected to a storage battery, a storage battery management unit for managing the charging state of the storage battery, and a storage battery management unit. Controlling a power conversion unit having a function of converting AC to DC to charge the storage battery and a function of discharging the storage battery to convert DC to AC and supplying power to the AC electric circuit, and the power conversion unit. The control unit includes a control unit for charging and discharging the storage battery, and the control unit discharges the storage battery when the discharge standby time after charging the storage battery and reaching a state corresponding to a full charge reaches a predetermined time. Further, when the charge standby time after the storage battery is discharged to a state corresponding to complete discharge reaches a predetermined time, the storage battery is charged.
上記のように構成された蓄電装置では、満充電に相当する状態になってからの待機時間、及び、完全放電に相当する状態になってからの待機時間が、常に所定時間以内となる。これにより、蓄電池が早期に劣化することを抑制し、蓄電池の長寿命化を実現することができる。 In the power storage device configured as described above, the standby time after the state corresponding to full charge and the standby time after the state corresponding to complete discharge are always within a predetermined time. As a result, it is possible to prevent the storage battery from deteriorating at an early stage and to extend the life of the storage battery.
（２）また、（１）の蓄電装置において、前記放電待機時間が所定時間に達すると、前記制御部は、アラームを出力し、前記蓄電池を放電させるようにしてもよい。
この場合、蓄電装置のユーザが、アラームを受けて、必要な電力を積極的に消費することにより、蓄電池の放電を可能とする。
(2) Further, in the power storage device of (1), when the discharge standby time reaches a predetermined time, the control unit may output an alarm to discharge the storage battery.
In this case, the user of the power storage device can discharge the storage battery by receiving an alarm and actively consuming the necessary power.
（３）また、他の観点からは、これは、商用電力系統が接続される交流電路と、前記交流電路に接続される、需要家における負荷と、前記交流電路に接続され系統連系する蓄電装置と、を備える電源システムであって、前記蓄電装置は、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電池を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると前記蓄電池を放電させ、また、前記蓄電池を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間が所定時間に達すると充電する。 (3) From another point of view, this includes an AC electric circuit to which a commercial power system is connected, a load in a consumer connected to the AC electric circuit, and a storage battery connected to the AC electric circuit and connected to the system. A power supply system including a device, wherein the power storage device includes a storage battery, a storage battery management unit that manages the charging state of the storage battery, a function of converting alternating current into DC to charge the storage battery, and the storage battery. The control unit includes a power conversion unit having a function of discharging DC to AC and supplying power to the AC electric path, and a control unit that controls the power conversion unit to charge and discharge the storage battery. When the discharge standby time after charging the storage battery and reaching a state corresponding to full charge reaches a predetermined time, the storage battery is discharged, and after the storage battery is discharged to a state corresponding to complete discharge. When the charging standby time of the battery reaches a predetermined time, the battery is charged.
上記のように構成された電源システムの蓄電装置では、満充電に相当する状態になってからの待機時間、及び、完全放電に相当する状態になってからの待機時間が、常に所定時間以内となる。これにより、蓄電池が早期に劣化することを抑制し、蓄電池の長寿命化を実現することができる。また、満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると負荷への給電により、蓄電池を放電させることができる。負荷が例えば貯湯型電気給湯器であれば放電電力は熱エネルギーに代えて蓄えられることになる。負荷が他の蓄電池であれば、他の蓄電池の充電に充てることで、エネルギーを無駄に消費せず、他の蓄電池に蓄えることができる。また、蓄電池の電力を売電することが可能な場合には、放電電力を売電することもできる。 In the power storage device of the power supply system configured as described above, the standby time after the state corresponding to full charge and the standby time after the state corresponding to complete discharge are always within a predetermined time. Become. As a result, it is possible to prevent the storage battery from deteriorating at an early stage and to extend the life of the storage battery. Further, when the discharge standby time after the state corresponding to the full charge reaches a predetermined time, the storage battery can be discharged by supplying power to the load. If the load is, for example, a hot water storage type electric water heater, the discharge power will be stored instead of the heat energy. If the load is another storage battery, it can be stored in another storage battery without wasting energy by allocating it to charge the other storage battery. Further, when the electric power of the storage battery can be sold, the discharged electric power can also be sold.
［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る蓄電装置及び電源システムについて、図面を参照して説明する。
[Details of Embodiment]
Hereinafter, the power storage device and the power supply system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
《電源システム及び蓄電装置の回路構成及び動作》
図１は、電源システム１００の回路構成を示す単線接続図である。図において、需要家の分電盤１内の交流電路２には、商用電力系統３が接続されている。また、太陽光発電パネル４にはパワーコンディショナ５が接続されている。パワーコンディショナ５は、交流電路２に接続されている。燃料電池１７も、パワーコンディショナ１８を介して、交流電路２に接続されている。太陽光発電パネル４及びパワーコンディショナ５は、太陽光発電装置２１を構成している。燃料電池１７及びパワーコンディショナ１８は、燃料電池発電装置２２を構成している。
<< Circuit configuration and operation of power supply system and power storage device >>
FIG. 1 is a single-line connection diagram showing a circuit configuration of the power supply system 100. In the figure, the commercial power system 3 is connected to the AC electric line 2 in the distribution board 1 of the consumer. Further, a power conditioner 5 is connected to the photovoltaic power generation panel 4. The power conditioner 5 is connected to the AC electric circuit 2. The fuel cell 17 is also connected to the AC electric circuit 2 via the power conditioner 18. The photovoltaic power generation panel 4 and the power conditioner 5 constitute a photovoltaic power generation device 21. The fuel cell 17 and the power conditioner 18 constitute a fuel cell power generation device 22.
分電盤１内の交流電路２からは、回路遮断器６を介して、需要家の負荷７が接続されている。回路遮断器６は、通常、閉路している。なお、ここでは図示の簡略化のため、回路遮断器及び負荷の一系統分のみを示しているが、実際には複数系統にわたって、交流電路２に、回路遮断器及び負荷が接続されている。 A consumer load 7 is connected to the AC circuit 2 in the distribution board 1 via a circuit breaker 6. The circuit breaker 6 is normally closed. Although only one system of the circuit breaker and the load is shown here for simplification of the illustration, the circuit breaker and the load are actually connected to the AC circuit 2 over a plurality of systems.
また、交流電路２には、系統連系型の蓄電装置８が接続されている。蓄電装置８内では、「電力変換部」としての双方向インバータ９が、連系リレー（開閉部）１０を介して、交流電路２に接続されている。蓄電池１１は、開閉部１２を介して、双方向インバータ９と接続されている。蓄電池１１は、例えばリチウムイオン電池である。蓄電池１１には、「蓄電池管理部」としてのＢＭＳ（Battery Management System）１３が設けられている。なお、ＢＭＳ１３は、制御部１４と一体化することもできる。交流電路２の電圧を検出する電圧センサ１６は、例えば、蓄電装置８内に設けられている。 Further, a grid-connected power storage device 8 is connected to the AC electric circuit 2. In the power storage device 8, a bidirectional inverter 9 as a “power conversion unit” is connected to an AC electric circuit 2 via an interconnection relay (opening / closing unit) 10. The storage battery 11 is connected to the bidirectional inverter 9 via the opening / closing unit 12. The storage battery 11 is, for example, a lithium ion battery. The storage battery 11 is provided with a BMS (Battery Management System) 13 as a “storage battery management unit”. The BMS 13 can also be integrated with the control unit 14. The voltage sensor 16 that detects the voltage of the AC electric circuit 2 is provided in, for example, the power storage device 8.
ＢＭＳ１３は、蓄電池１１の充電状態（ＳＯＣ：State of charge）、端子電圧、セル電圧、温度等、蓄電池１１に関する各種情報を取得している。当該情報は、制御部１４に送られる。制御部１４は、双方向インバータ９のスイッチング動作、並びに、連系リレー１０及び開閉部１２の開閉動作を制御する。通常、連系リレー１０及び開閉部１２は共に、閉路している。 The BMS 13 has acquired various information related to the storage battery 11, such as the state of charge (SOC) of the storage battery 11, the terminal voltage, the cell voltage, and the temperature. The information is sent to the control unit 14. The control unit 14 controls the switching operation of the bidirectional inverter 9 and the opening / closing operation of the interconnection relay 10 and the opening / closing unit 12. Normally, both the interconnection relay 10 and the opening / closing section 12 are closed.
また、商用電力系統３と分電盤１内の交流電路２とを接続する電路上には、電流センサ１５が設けられている。電流センサ１５及び電圧センサ１６の各計測出力は、制御部１４に送られ、これらに基づいて制御部１４は、商用電力系統３と分電盤１との間で受け渡される電力を検出することができる。
制御部１４は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１４の記憶装置（図示せず。）に格納される。
Further, a current sensor 15 is provided on the electric circuit connecting the commercial electric power system 3 and the AC electric wire 2 in the distribution board 1. The measurement outputs of the current sensor 15 and the voltage sensor 16 are sent to the control unit 14, and based on these, the control unit 14 detects the power passed between the commercial power system 3 and the distribution board 1. Can be done.
The control unit 14 includes, for example, a computer, and the computer executes software (computer program) to realize a necessary control function. The software is stored in a storage device (not shown) of the control unit 14.
また、制御部１４は、２つのパワーコンディショナ５，１８と通信可能に接続されており、これらから、発電電力の情報を得ることができる。発電電力の情報及び、商用電力系統３と分電盤１との間で受け渡される電力の情報に基づいて、制御部１４は、蓄電池１１の充電／放電／待機を決定する。 Further, the control unit 14 is communicably connected to the two power conditioners 5 and 18, and information on the generated power can be obtained from these. The control unit 14 determines charging / discharging / standby of the storage battery 11 based on the information of the generated power and the information of the power passed between the commercial power system 3 and the distribution board 1.
図１において、太陽光発電パネル４による太陽光発電中は、パワーコンディショナ５が系統連系運転を行っており、太陽光発電パネル４の出力（直流）を交流の発電電力に変換して交流電路２に送り込んでいる。発電電力は需要家の負荷７により自家消費することができるほか、余剰電力があれば、商用電力系統３への逆潮（売電）や、蓄電池１１の充電を行うことができる。蓄電池１１を充電するときの双方向インバータ９は、制御部１４の制御に基づいて、交流から直流への変換を行っている。 In FIG. 1, during photovoltaic power generation by the photovoltaic power generation panel 4, the power conditioner 5 is performing grid interconnection operation, and the output (DC) of the photovoltaic power generation panel 4 is converted into alternating current generated power. It is sent to the electric line 2. The generated power can be consumed in-house by the load 7 of the consumer, and if there is surplus power, the commercial power system 3 can be reverse tide (power sold) and the storage battery 11 can be charged. The bidirectional inverter 9 when charging the storage battery 11 converts alternating current to direct current based on the control of the control unit 14.
また、燃料電池１７の運転中は、パワーコンディショナ１８が系統連系運転（但し売電せず。）を行っており、燃料電池１７の出力（直流）を交流の発電電力に変換して交流電路２に送り込んでいる。発電電力は、需要家の負荷７により自家消費することができるほか、必要に応じて蓄電池１１の充電に充てることもできる。蓄電池１１を充電するときの双方向インバータ９は、制御部１４の制御に基づいて、交流から直流への変換を行っている。 Further, during the operation of the fuel cell 17, the power conditioner 18 is performing grid interconnection operation (however, power is not sold), and the output (DC) of the fuel cell 17 is converted into alternating current generated power. It is sent to the electric line 2. The generated power can be consumed in-house by the load 7 of the consumer, and can also be used to charge the storage battery 11 as needed. The bidirectional inverter 9 when charging the storage battery 11 converts alternating current to direct current based on the control of the control unit 14.
太陽光発電を行っていない時間帯（主に夜間）は、燃料電池１７又は商用電力系統３から負荷７に給電することができる。また、蓄電池１１を放電させて蓄電装置８から負荷７の消費電力を供給することもできる。蓄電池１１を放電させるときの双方向インバータ９は、制御部１４の制御に基づいて、直流から交流への変換を行っている。なお、夜間における蓄電池１１は、商用電力系統３の電力により、充電することができる。 During the time when solar power is not generated (mainly at night), the fuel cell 17 or the commercial power system 3 can supply power to the load 7. Further, the storage battery 11 can be discharged to supply the power consumption of the load 7 from the power storage device 8. The bidirectional inverter 9 when discharging the storage battery 11 converts from direct current to alternating current based on the control of the control unit 14. The storage battery 11 at night can be charged by the electric power of the commercial power system 3.
なお、図１の電源システム１００は一例に過ぎず、太陽光発電装置２１及び燃料電池発電装置２２の一方、又は双方は、無い場合もある。 The power supply system 100 of FIG. 1 is only an example, and one or both of the solar power generation device 21 and the fuel cell power generation device 22 may not be present.
《１日の充放電の例》
蓄電池１１の充電状態（ＳＯＣ）は、例えば９０％以上が「満充電」、１０％以下が「完全放電」とする。なお、これらの数値は蓄電池の容量や種類によっても異なるので、絶対的な数字ではなく、一例である。
<< Example of daily charge / discharge >>
As for the state of charge (SOC) of the storage battery 11, for example, 90% or more is "fully charged" and 10% or less is "completely discharged". Since these numbers differ depending on the capacity and type of the storage battery, they are not absolute numbers but examples.
図２は、蓄電池が満充電で長い時間待機する場合の、１日のＳＯＣ変化の一例を示すグラフである。縦軸はＳＯＣ［％］、横軸は１日の時刻［時］を、それぞれ表している。なお、グラフでは、簡略化のため、満充電はＳＯＣが１００％の状態、完全放電はＳＯＣが０％の状態として説明する（図３も同様。）。蓄電池容量は例えば３ｋＷｈ、最大出力は１．５ｋＷであるとする。図において、この例では、朝７時に満充電の状態から１．５ｋＷで放電開始し、９時に完全放電となる。９時から１．５ｋＷで充電開始となり、１１時に満充電となる。このような使い方をしたとすると、午前１１時から翌朝の午前７時までの２０時間が、満充電での長い待機時間となる。 FIG. 2 is a graph showing an example of a daily SOC change when the storage battery is fully charged and waits for a long time. The vertical axis represents SOC [%], and the horizontal axis represents the time [hour] of the day. In the graph, for the sake of simplicity, a state in which the SOC is 100% for full charge and a state in which the SOC is 0% for complete discharge will be described (the same applies to FIG. 3). It is assumed that the storage battery capacity is, for example, 3 kWh, and the maximum output is 1.5 kWh. In the figure, in this example, the discharge starts at 1.5 kW from the fully charged state at 7 am and becomes a complete discharge at 9 am. Charging starts at 1.5 kW from 9 o'clock and is fully charged at 11 o'clock. If this is used, 20 hours from 11:00 am to 7:00 am the next morning will be a long standby time when fully charged.
図３は、蓄電池が完全放電で長い時間待機する場合の、１日のＳＯＣ変化の一例を示すグラフである。縦軸はＳＯＣ［％］、横軸は１日の時刻［時］を、それぞれ表している。蓄電池容量は例えば３ｋＷｈ、最大出力は１．５ｋＷであるとする。図において、この例では、朝７時に完全放電の状態から１．５ｋＷで充電開始し、９時に満充電となる。９時から１．５ｋＷで放電開始となり、１１時に完全放電となる。このような使い方をしたとすると、午前１１時から翌朝の午前７時までの２０時間が、完全放電での長い待機時間となる。 FIG. 3 is a graph showing an example of a daily SOC change when the storage battery is completely discharged and waits for a long time. The vertical axis represents SOC [%], and the horizontal axis represents the time [hour] of the day. It is assumed that the storage battery capacity is, for example, 3 kWh, and the maximum output is 1.5 kWh. In the figure, in this example, charging starts at 1.5 kW from a completely discharged state at 7 am and is fully charged at 9 am. Discharge starts at 1.5 kW from 9 o'clock and becomes complete discharge at 11 o'clock. If this is used, 20 hours from 11:00 am to 7:00 am the next morning will be a long standby time for complete discharge.
上記２例は、最も待機時間の長い例であり、もし、実際にこのような使い方をすると、蓄電池の劣化が早くなると予想される。
ここで、待機時間の違いが蓄電池の寿命にどの程度影響するかをシミュレーションで調べた。サンプルとして、満充電での待機時間が１日に１１時間の場合と、満充電での待機時間が１日に０時間（待機時間無し）の場合とを下記の条件下で比較した。
The above two examples are examples with the longest standby time, and if they are actually used in this way, it is expected that the storage battery will deteriorate faster.
Here, we investigated to what extent the difference in standby time affects the life of the storage battery by simulation. As a sample, the case where the standby time on a full charge was 11 hours a day and the case where the standby time on a full charge was 0 hours a day (no standby time) were compared under the following conditions.
《待機時間と寿命との関係》
蓄電池容量：３．２ｋＷｈ
充電条件：定電流・定電圧方式、１８．９Ａ、１１６．２Ｖ
放電条件：定電力方式、１５００Ｗ
１日当たりのサイクル数：２サイクル
また、温度条件は、１〜１２月のそれぞれの平均屋内温度として以下の温度とした。
<< Relationship between standby time and lifespan >>
Storage battery capacity: 3.2kWh
Charging conditions: constant current / constant voltage method, 18.9A, 116.2V
Discharge condition: Constant power method, 1500W
Number of cycles per day: 2 cycles The temperature conditions were as follows as the average indoor temperature for each of January to December.
図４は、蓄電池の２つのサンプルの経年劣化を示すグラフである。
横軸は年数、縦軸は容量維持率［％］を表している。ここで、満充電での毎日の待機時間が無い場合と、待機時間が毎日１１時間の場合とでは、使用開始から１年の時点でも少し差があり、以後、年数ごとに、容量維持率の差が開いていく。容量維持率が５０％になる年数を比較すると、満充電での待機時間が無い場合は、１３．７年、一方、満充電での待機時間が毎日１１時間である場合は、１１．７年、という結果が出た。すなわち、待機時間の長い使い方は、年数が経つほど、寿命に大きく影響することがわかる。
そこで、待機時間を短くする充放電制御について説明する。
FIG. 4 is a graph showing the aged deterioration of two samples of the storage battery.
The horizontal axis represents the number of years, and the vertical axis represents the capacity retention rate [%]. Here, there is a slight difference between the case where there is no daily standby time when fully charged and the case where the standby time is 11 hours every day even one year after the start of use. The difference is widening. Comparing the number of years that the capacity retention rate becomes 50%, 13.7 years when there is no waiting time on a full charge, while 11.7 years when the waiting time on a full charge is 11 hours every day. , The result came out. That is, it can be seen that the usage with a long standby time has a great influence on the life as the years go by.
Therefore, charge / discharge control for shortening the standby time will be described.
《充放電制御の一例》
図５は、制御部１４（図１）が行う充放電制御の一例を示すフローチャートである。
充放電制御を開始すると、制御部１４は、充電、放電、待機のいずれを行うかを決定する（ステップＳ１）。充電を行う場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進み、満充電でなければ充電する（ステップＳ４）。充電を続ける場合は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の繰り返しとなり、満充電に達すると充電を停止して待機する（ステップＳ９）。
<< Example of charge / discharge control >>
FIG. 5 is a flowchart showing an example of charge / discharge control performed by the control unit 14 (FIG. 1).
When the charge / discharge control is started, the control unit 14 determines whether to perform charging, discharging, or standby (step S1). When charging, the process proceeds from step S2 to step S3, and if the battery is not fully charged, the battery is charged (step S4). When continuing charging, steps S1, S2, S3, and S4 are repeated, and when the full charge is reached, charging is stopped and the device stands by (step S9).
待機の開始後、制御部１４は、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ１０）、所定時間が経過するまでは、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０を繰り返す。そして、所定時間が経過すると、制御部１４は、強制放電（ステップＳ１１）を実行する。強制放電は、負荷７又はその他の需要家の負荷に電力を供給することにより行われる。強制放電によりＳＯＣが所定範囲（例えば９０％未満）になれば（ステップＳ１２のＹｅｓ）、制御部１４は、ステップＳ１，Ｓ２に戻り、引き続き放電させる場合はステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６を繰り返す。放電を停止する場合は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８の繰り返しとなる。 After the start of the standby, the control unit 14 determines whether or not the predetermined time has elapsed (step S10), and repeats steps S1, S2, S7, S9, and S10 until the predetermined time elapses. Then, when the predetermined time elapses, the control unit 14 executes the forced discharge (step S11). The forced discharge is performed by supplying power to the load 7 or other consumer load. When the SOC reaches a predetermined range (for example, less than 90%) due to forced discharge (Yes in step S12), the control unit 14 returns to steps S1 and S2, and repeats steps S1, S2, S5, and S6 to continue discharging. .. When stopping the discharge, steps S1, S2, S7, and S8 are repeated.
また、ステップＳ１，Ｓ２で放電を行う場合、制御部１４は、ステップＳ２からステップＳ５へ進み、完全放電でなければ放電させる（ステップＳ６）。放電を続ける場合は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６の繰り返しとなり、完全放電に達すると放電を停止して待機する（ステップＳ１３）。 Further, when discharging in steps S1 and S2, the control unit 14 proceeds from step S2 to step S5 and discharges if it is not completely discharged (step S6). When the discharge is continued, steps S1, S2, S5, and S6 are repeated, and when the complete discharge is reached, the discharge is stopped and waits (step S13).
待機の開始後、制御部１４は、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ１４）、所定時間が経過するまでは、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１３，Ｓ１４を繰り返す。そして、所定時間が経過すると、制御部１４は、強制充電（ステップＳ１５）を実行する。強制充電によりＳＯＣが所定範囲（例えば１０％より上）になれば（ステップＳ１６のＹｅｓ）、制御部１４は、ステップＳ１，Ｓ２に戻り、引き続き充電する場合はステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を繰り返す。充電を停止する場合は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８の繰り返しとなる。 After the start of the standby, the control unit 14 determines whether or not the predetermined time has elapsed (step S14), and repeats steps S1, S2, S7, S8, S13, and S14 until the predetermined time elapses. Then, when the predetermined time elapses, the control unit 14 executes forced charging (step S15). When the SOC reaches a predetermined range (for example, above 10%) due to forced charging (Yes in step S16), the control unit 14 returns to steps S1 and S2, and steps S1, S2, S3, and S4 to continue charging. repeat. When stopping charging, steps S1, S2, S7, and S8 are repeated.
図６は、図５の充放電制御を行う場合の、１日のＳＯＣ変化の一例を示すグラフである。縦軸はＳＯＣ［％］、横軸は１日の時刻［時］を、それぞれ表している。なお、グラフでは、簡略化のため、満充電はＳＯＣが１００％の状態、完全放電はＳＯＣが０％の状態として説明する（図７も同様。）。蓄電池容量は例えば３ｋＷｈ、最大出力は１．５ｋＷであるとする。待機の所定時間は、この例では５時間である。 FIG. 6 is a graph showing an example of a daily SOC change when the charge / discharge control of FIG. 5 is performed. The vertical axis represents SOC [%], and the horizontal axis represents the time [hour] of the day. In the graph, for the sake of simplicity, a full charge is described as a state where the SOC is 100%, and a complete discharge is described as a state where the SOC is 0% (the same applies to FIG. 7). It is assumed that the storage battery capacity is, for example, 3 kWh, and the maximum output is 1.5 kWh. The predetermined waiting time is 5 hours in this example.
図６において、この例では、１時に満充電の状態から１．５ｋＷで放電開始し、３時に完全放電となる。３時から１時間待機した後、４時に１．５ｋＷで充電開始となり、６時に満充電となる。６時から１時間待機した後の７時に、満充電の状態から１．５ｋＷで放電開始し、９時に完全放電となる。その９時に１．５ｋＷで充電開始となり、１１時に満充電となる。以後、放電指令が出ないまま５時間が経過すると（１６時）強制的に放電を開始し、２０時まで行った時点でＳＯＣが所定範囲（９０％より下）になり、さらなる放電指令が無ければ、待機となる。 In FIG. 6, in this example, the discharge starts at 1.5 kW from the fully charged state at 1 o'clock and becomes a complete discharge at 3 o'clock. After waiting for 1 hour from 3 o'clock, charging starts at 1.5 kW at 4 o'clock and is fully charged at 6 o'clock. After waiting for 1 hour from 6 o'clock, the discharge starts at 1.5 kW from the fully charged state at 7 o'clock, and becomes a complete discharge at 9 o'clock. Charging starts at 1.5 kW at 9 o'clock and is fully charged at 11 o'clock. After that, if 5 hours have passed without issuing a discharge command (16:00), discharge will be forcibly started, and when it reaches 20:00, the SOC will be within the specified range (below 90%), and no further discharge command will be issued. If so, it will be on standby.
図６の場合、満充電での連続した待機時間は５時間である。０時から１時の１時間を加えても、満充電での１日の待機時間は６時間となる。図２と比較すれば明らかに、満充電での待機時間は低減される。図５のステップＳ１０における「所定時間」をさらに短くすれば、より一層、待機時間を短縮することができる。但し、サイクル数も考慮して適切に所定時間を定めることが必要である。 In the case of FIG. 6, the continuous standby time on a full charge is 5 hours. Even if one hour from 0:00 to 1:00 is added, the standby time per day on a full charge is 6 hours. Obviously, the standby time at full charge is reduced as compared with FIG. If the "predetermined time" in step S10 of FIG. 5 is further shortened, the waiting time can be further shortened. However, it is necessary to appropriately set the predetermined time in consideration of the number of cycles.
なお、強制放電を行うためには、放電電力を使用する需要が必要となる。負荷７（図１）が商用電力系統３から電力供給を受けている場合は、強制放電の電力を交流電路２に送り込むことで買電する電力を減らすことができる。但し、負荷７が、時間帯や季節によっては微小電力である場合もあり得る。このような場合、強制放電させたくても、放電電力の需要が無い（又は乏しい）ということも考えられる。 In addition, in order to perform forced discharge, a demand for using discharge power is required. When the load 7 (FIG. 1) is supplied with power from the commercial power system 3, the power to be purchased can be reduced by sending the forced discharge power to the AC electric line 2. However, the load 7 may be a minute electric power depending on the time zone and the season. In such a case, it is conceivable that there is no (or scarce) demand for discharge power even if forced discharge is desired.
そこで、例えば以下のような形での電力需要確保が考えられる。
（ａ）ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）が導入されている需要家であれば、強制放電を行う前に、容易に負荷を確保することができる。負荷としては、他の蓄電装置（電気自動車等のバッテリも含む。）や、貯湯型の電気給湯器等、エネルギーを蓄える装置が、より好ましい。
（ｂ）蓄電池の電力を系統連系で逆潮することは現時点では規制によりできないが、将来的に可能となれば放電電力を売電に充てることができる。
（ｃ）強制放電が必要となる場合に制御部１４は、例えばステップＳ１１（図５）で併せてアラームを出力し、ユーザに電力の使用を促す。これを受けてユーザは、必要な家電機器等を積極的に使うようにすれば、電力需要を確保することができる。
（ｄ）地域でＶＰＰ（Virtual Power Plant）を構成し、他の需要家に放電電力を提供することも考えられる。
Therefore, for example, it is conceivable to secure the power demand in the following form.
(A) A consumer who has introduced a HEMS (Home Energy Management System) can easily secure a load before performing a forced discharge. As the load, a device that stores energy, such as another power storage device (including a battery of an electric vehicle or the like) or a hot water storage type electric water heater, is more preferable.
(B) It is not possible at present to reverse the power of the storage battery by grid interconnection, but if it becomes possible in the future, the discharged power can be used for selling power.
(C) When forced discharge is required, the control unit 14 also outputs an alarm in step S11 (FIG. 5), for example, to urge the user to use electric power. In response to this, the user can secure the power demand by actively using the necessary home appliances and the like.
(D) It is also conceivable to construct a VPP (Virtual Power Plant) in the area and provide discharge power to other consumers.
図７は、図５の充放電制御を行う場合の、１日のＳＯＣ変化の他の例を示すグラフである。縦軸はＳＯＣ［％］、横軸は１日の時刻［時］を、それぞれ表している。蓄電池容量は例えば３ｋＷｈ、最大出力は１．５ｋＷであるとする。待機の所定時間は、この例では５時間である。 FIG. 7 is a graph showing another example of the daily SOC change when the charge / discharge control of FIG. 5 is performed. The vertical axis represents SOC [%], and the horizontal axis represents the time [hour] of the day. It is assumed that the storage battery capacity is, for example, 3 kWh, and the maximum output is 1.5 kWh. The predetermined waiting time is 5 hours in this example.
図７において、この例では、１時に完全放電の状態から１．５ｋＷで充電開始し、３時に満充電となる。３時から１時間待機した後、４時に１．５ｋＷで放電開始となり、６時に完全放電となる。６時から１時間待機した後の７時に、完全放電の状態から１．５ｋＷで充電開始し、９時に満充電となる。その９時に１．５ｋＷで放電開始となり、１１時に完全放電となる。以後、充電指令が出ないまま５時間が経過すると（１６時）強制的に充電を開始し、２０時まで行った時点でＳＯＣが所定範囲（１０％より上）になり、さらなる充電指令が無ければ、待機となる。 In FIG. 7, in this example, charging starts at 1.5 kW from a completely discharged state at 1 o'clock, and is fully charged at 3 o'clock. After waiting for 1 hour from 3 o'clock, the discharge starts at 1.5 kW at 4 o'clock and becomes a complete discharge at 6 o'clock. After waiting for 1 hour from 6 o'clock, charging starts at 1.5 kW from the fully discharged state at 7 o'clock, and it becomes fully charged at 9 o'clock. At 9 o'clock, the discharge starts at 1.5 kW, and at 11 o'clock, the discharge starts completely. After that, if 5 hours have passed without issuing a charging command (16:00), charging will be forcibly started, and when it reaches 20:00, the SOC will be within the specified range (above 10%), and there is no further charging command. If so, it will be on standby.
図７の場合、完全放電での連続した待機時間は５時間である。０時から１時の１時間を加えても、完全放電での１日の待機時間は６時間となる。図３と比較すれば明らかに、完全放電での待機時間は低減される。図５のステップＳ１４における「所定時間」をさらに短くすれば、より一層、待機時間を短縮することができる。但し、サイクル数も考慮して適切に所定時間を定めることが必要である。 In the case of FIG. 7, the continuous standby time in the complete discharge is 5 hours. Even if one hour from 0:00 to 1:00 is added, the standby time per day at full discharge is 6 hours. Obviously, the standby time at full discharge is reduced as compared with FIG. If the "predetermined time" in step S14 of FIG. 5 is further shortened, the waiting time can be further shortened. However, it is necessary to appropriately set the predetermined time in consideration of the number of cycles.
《まとめ》
以上のように、蓄電装置８の制御部１４は、蓄電池１１を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間（放電待ちの待機時間）が所定時間に達すると蓄電池１１を強制的に放電させる。また、制御部１４は、蓄電池１１を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間（充電待ちの待機時間）が所定時間に達すると強制的に充電する。
このような充放電制御を行う蓄電装置８では、満充電に相当する状態になってからの待機時間、及び、完全放電に相当する状態になってからの待機時間が、常に所定時間以内となる。これにより、蓄電池が早期に劣化することを抑制し、蓄電池の長寿命化を実現することができる。
<< Summary >>
As described above, the control unit 14 of the power storage device 8 charges the storage battery 11 and charges the storage battery 11 when the discharge standby time (standby time for discharge wait) after the state corresponding to the full charge reaches a predetermined time. Forcibly discharge. Further, the control unit 14 forcibly charges the storage battery 11 when the charging standby time (waiting time for charging) after the storage battery 11 is discharged to a state corresponding to complete discharge reaches a predetermined time.
In the power storage device 8 that performs such charge / discharge control, the standby time after the state corresponding to full charge and the standby time after the state corresponding to complete discharge are always within a predetermined time. .. As a result, it is possible to prevent the storage battery from deteriorating at an early stage and to extend the life of the storage battery.
《他の構成例》
図８は、電源システム１００の他の回路構成を示す単線接続図である。図１との違いは、蓄電装置８、太陽光発電装置２１、及び、燃料電池発電装置２２の上位に、情報処理装置１９を設け、インターネット２０への接続を行う点である。この場合、例えば強制放電の場合の前述の（ｃ）のアラームを、ユーザのモバイル機器に送信することもできるようになる。アラームを受けたユーザは、信号を送信して、特定の電気機器を稼働させることができる。従って、ユーザは必ずしも在宅していなくても、アラームに応えて強制放電を手助けすることができる。
<< Other configuration examples >>
FIG. 8 is a single-line connection diagram showing another circuit configuration of the power supply system 100. The difference from FIG. 1 is that an information processing device 19 is provided above the power storage device 8, the solar power generation device 21, and the fuel cell power generation device 22 to connect to the Internet 20. In this case, for example, the alarm of the above-mentioned (c) in the case of forced discharge can be transmitted to the user's mobile device. The user who receives the alarm can send a signal to operate a specific electric device. Therefore, the user can assist the forced discharge in response to the alarm even if he / she is not necessarily at home.
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
<< Supplement >>
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１ 分電盤
２ 交流電路
３ 商用電力系統
４ 太陽光発電パネル
５ パワーコンディショナ
６ 回路遮断器
７ 負荷
８ 蓄電装置
９ 双方向インバータ
１０ 連系リレー
１１ 蓄電池
１２ 開閉部
１３ ＢＭＳ
１４ 制御部
１５ 電流センサ
１６ 電圧センサ
１７ 燃料電池
１８ パワーコンディショナ
１９ 情報処理装置
２０ インターネット
２１ 太陽光発電装置
２２ 燃料電池発電装置
１００ 電源システム
1 Distribution board 2 AC power system 3 Commercial power system 4 Photovoltaic panel 5 Power conditioner 6 Circuit breaker 7 Load 8 Power storage device 9 Bi-directional inverter 10 Interconnection relay 11 Storage battery 12 Opening and closing part 13 BMS
14 Control unit 15 Current sensor 16 Voltage sensor 17 Fuel cell 18 Power conditioner 19 Information processing device 20 Internet 21 Solar power generation device 22 Fuel cell power generation device 100 Power supply system
Claims (3)
蓄電池と、
前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、
交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、
前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記蓄電池を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると前記蓄電池を放電させ、また、前記蓄電池を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間が所定時間に達すると充電する、蓄電装置。 It is a power storage device that is connected to the AC electric circuit to which the load in the consumer and the commercial power system are connected and is connected to the grid.
With a storage battery
A storage battery management unit that manages the charging state of the storage battery,
A power conversion unit having a function of converting alternating current into direct current to charge the storage battery and a function of discharging the storage battery to convert direct current into alternating current and supplying power to the alternating current electric circuit.
A control unit that controls the power conversion unit to charge and discharge the storage battery is provided.
The control unit discharges the storage battery when the discharge standby time after charging the storage battery and reaching a state corresponding to a full charge reaches a predetermined time, and discharges the storage battery to correspond to complete discharge. A power storage device that charges when the charging standby time after entering the state reaches a predetermined time.
前記交流電路に接続される、需要家における負荷と、
前記交流電路に接続され系統連系する蓄電装置と、を備える電源システムであって、前記蓄電装置は、
蓄電池と、
前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、
交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、
前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記蓄電池を充電して満充電に相当する状態になってからの放電待機時間が所定時間に達すると前記蓄電池を放電させ、また、前記蓄電池を放電させて完全放電に相当する状態になってからの充電待機時間が所定時間に達すると充電する、電源システム。 The AC electric circuit to which the commercial power system is connected and
The load on the consumer connected to the AC electric circuit and
A power supply system including a power storage device connected to an AC electric circuit and connected to a grid, and the power storage device is a power storage device.
With a storage battery
A storage battery management unit that manages the charging state of the storage battery,
A power conversion unit having a function of converting alternating current into direct current to charge the storage battery and a function of discharging the storage battery to convert direct current into alternating current and supplying power to the alternating current electric circuit.
A control unit that controls the power conversion unit to charge and discharge the storage battery is provided.
The control unit discharges the storage battery when the discharge standby time after charging the storage battery and reaching a state corresponding to a full charge reaches a predetermined time, and discharges the storage battery to correspond to complete discharge. A power supply system that charges when the waiting time for charging reaches a specified time.
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