JP6870678B2

JP6870678B2 - 電力貯蔵システム

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Publication number: JP6870678B2
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Inventors: 博寿福田; 幸次 ▲高▼橋
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
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Filing date: 2017-06-19
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Description

本発明は、複数系統の蓄電部を備える電力貯蔵システムに関する。

電気鉄道では、電車から発生する回生電力を有効利用する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、電気鉄道における電車に電力を供給するき電回路の電力を蓄電池に充電し、蓄電池の電力をき電回路に放電する電気鉄道用電力システムが、記載されている。き電回路には、変電所から供給される電力及び電車の回生電力が流れる。

特開２０１１−０５６９９６号公報

特許文献１に記載された電気鉄道用電力システムでは、一系統の蓄電池しか設けられていないが、安定した電力供給を行うためには複数系統の蓄電池が設けられているのが望ましい。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、複数系統の蓄電部による安定した電力供給を可能にする電力貯蔵システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力貯蔵システムは、電力貯蔵システムであって、第一蓄電部と、第二蓄電部と、前記第一蓄電部又は前記第二蓄電部を前記電力貯蔵システムの外部に選択可能に接続する切替部と、制御用電源を電源とし、前記第二蓄電部を制御する第二蓄電部制御部と、前記第二蓄電部制御部と前記制御用電源とを接続又は遮断する制御電源開閉部とを備え、前記制御電源開閉部は、前記切替部が前記第一蓄電部を前記電力貯蔵システムの外部に接続する場合に、前記第二蓄電部制御部と前記制御用電源とを遮断し、前記切替部が前記第二蓄電部を前記電力貯蔵システムの外部に接続する場合に、前記第二蓄電部制御部と前記制御用電源とを接続する。

本発明に係る電力貯蔵システムによれば、複数系統の蓄電部による安定した電力供給が可能になる。

図１は、実施の形態に係る電力貯蔵システムの適用例を示す概略図である。図２は、図１の電力貯蔵システムの構成を示すブロック図である。図３は、図２の電力貯蔵システムの動作を説明するフローチャートである。

特許文献１に記載された電気鉄道用電力システムでは、一系統の蓄電池しか設けられていない。このため、き電回路に電力を供給する変電所に異常が発生する等により、き電回路に供給される電力が大きく低下する場合、蓄電池は十分な電力をき電回路に供給できない可能性がある。これにより、電車が、駅間、橋梁上等の乗客が乗降不可能である望ましくない場所で停止する可能性がある。このように、安定した電力供給を行うためには、複数系統の蓄電池が設けられているのが望ましい。本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、複数系統の蓄電部による安定した電力供給を可能にする電力貯蔵システムを提供することを目的とする。

これによれば、切替部が第一蓄電部を電力貯蔵システムの外部に接続する場合に、第二蓄電部制御部と制御用電源とが遮断され、切替部が第二蓄電部を電力貯蔵システムの外部に接続する場合に、第二蓄電部制御部と制御用電源とが接続される。つまり、第二蓄電部が当該外部に接続される場合には、第二蓄電部を制御するために第二蓄電部制御部と制御用電源とを接続する必要があるが、第一蓄電部が当該外部に接続される場合には、第二蓄電部を制御する必要がないため、第二蓄電部制御部と制御用電源とを遮断することができる。ここで、第二蓄電部制御部と制御用電源とが接続されると、第二蓄電部と第二蓄電部制御部とは電気的に接続されているため、第二蓄電部からの自己放電（自然放電）が発生し得る。このため、第一蓄電部が当該外部に接続される場合に、第二蓄電部制御部と制御用電源とを遮断することで、第二蓄電部からの自己放電を抑制することができる。このように、複数系統の蓄電部を備える電力貯蔵システムにおいて、蓄電部からの自己放電を抑制することで、安定した電力供給を行うことができる。

また、前記制御電源開閉部の遮断動作は、前記切替部による前記第一蓄電部と前記電力貯蔵システムの外部との接続動作と連動することにしてもよい。

これによれば、第二蓄電部制御部と制御用電源との遮断動作は、第一蓄電部と電力貯蔵システムの外部との接続動作と連動するため、第一蓄電部と電力貯蔵システムの外部との接続直後から、第二蓄電部の自己放電を抑制することができる。

また、前記制御電源開閉部の接続動作は、前記切替部による前記第二蓄電部と前記電力貯蔵システムの外部との接続動作と連動することにしてもよい。

これによれば、第二蓄電部制御部と制御用電源との接続動作は、第二蓄電部と電力貯蔵システムの外部との接続動作と連動するため、第二蓄電部と電力貯蔵システムの外部との接続直後から、第二蓄電部制御部を動作させることができる。

また、前記第一蓄電部は、前記第二蓄電部よりも繰り返し充放電に適した特性を有し、前記第二蓄電部は、前記第一蓄電部よりも高容量特性を有することにしてもよい。

これによれば、第一蓄電部は、繰り返し充放電に適した特性を有し、第二蓄電部は、第一蓄電部よりも高容量（高エネルギー密度）である特性を有するため、例えば、第一蓄電部を通常使用する電源とし、第二蓄電部を非常用の電源とすることで、第一蓄電部及び第二蓄電部の特性に適合した使用を行うことができる。

また、前記第一蓄電部は、前記第二蓄電部よりも高いハイレート特性を有することにしてもよい。

これによれば、第一蓄電部が第二蓄電部よりも高いハイレート特性を有するため、例えば第一蓄電部を通常使用する電源とすることで、第一蓄電部の特性に適合した使用を行うことができる。

また、前記切替部は、前記電力貯蔵システムの外部にある回生電力を発生する車両、及び、当該車両に電力を供給する車両用電源に、前記第一蓄電部又は前記第二蓄電部を選択可能に接続することにしてもよい。

これによれば、第一蓄電部又は第二蓄電部は、回生電力を発生する車両、及び、当該車両に電力を供給する車両用電源に接続されるため、車両の回生電力の蓄積及び当該車両への蓄積電力の供給を行うことができる。

また、前記切替部は、前記車両用電源の正常稼働時、前記電力貯蔵システムの外部と前記第一蓄電部とを接続し、前記車両用電源の異常稼働時、前記電力貯蔵システムの外部と前記第二蓄電部とを接続することにしてもよい。

これによれば、車両用電源の異常稼働時に、電力貯蔵システムの外部と第二蓄電部とが接続されるため、例えば高容量特性を有する第二蓄電部を非常用電源として利用することができる。

また、前記切替部は、所定条件で、前記電力貯蔵システムの外部と前記第二蓄電部とを接続し、前記第二蓄電部を所定の蓄電量に充電することにしてもよい。

これによれば、切替部は、所定条件で、電力貯蔵システムの外部と第二蓄電部とを接続して、第二蓄電部を所定の蓄電量に充電して維持するため、第二蓄電部を使用する際に、第二蓄電部から十分な電力供給を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る電力貯蔵システムについて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程（ステップ）、工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、同一又は同様な構成要素については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態に係る電力貯蔵システム１００の構成を説明する。本実施の形態では、電力貯蔵システム１００が、車両の電力系統、具体的には電気鉄道の電力系統に適用される例を説明する。なお、電気鉄道は、送電用の架線を電力供給に用いる電気鉄道、送電用の二つの軌条を電力供給に用いる電気鉄道、二つの軌条に追加された第三軌条を電力供給に用いる電気鉄道、１つの軌条を電力供給に用いるモノレールなどの電気鉄道、リニアモータ駆動の電気鉄道等を含み得る。

図１は、本実施の形態に係る電力貯蔵システム１００の適用例を示す概略図である。図１を参照すると、電力貯蔵システム１００の外部にある電気鉄道の電力系統（以下、車両用電力系統と呼ぶ）１は、変電所２、電気車としての複数の電車３、及び電車３に電力を供給するための電力線４等を含む。電力線４は、架線、軌条、及びリニアモータ用電磁石等の線形配置された電力供給体である。変電所２は、電力会社の発電所６等から送られる三相交流電力を、直流電力に変換し、さらに、例えば１５００Ｖ等の電車３が使用可能な電圧に降圧すると共に整流する。さらにまた、変電所２は、直流電力を電力線４に供給する。電車３は、電力線４を介して供給される直流電力を使用して力行する。さらに、電車３は、電力回生可能な車両であり、制動時に回生電力を発生するように構成され、発生した回生電力を電力線４に供給する。電力線４に供給された回生電力は、他の電車３等によって使用され得る。回生電力の例として、電車３の制動時にモータを発電機として回転して発電させる回生ブレーキによる回生電力が、挙げられる。ここで、電車３は、回生電力を発生する車両の一例であり、変電所２は、当該車両に電力を供給する車両用電源の一例である。

電力貯蔵システム１００は、電力線４と電気的に接続されている、つまり。電力線４を介して車両用電力系統１と電気的に接続されている。換言すれば、電力貯蔵システム１００は、電力線４を介して変電所２及び電車３と電気的に接続されている。電力貯蔵システム１００は、車両用電力系統１での余剰の電力を受け取り貯蔵することができ、且つ貯蔵した電力を車両用電力系統１に供給することができるように、構成されている。例えば、電力貯蔵システム１００は、電車３の軌道に沿って配置される駅５に配置されてもよく、変電所２に併設されてもよい。又は、電力貯蔵システム１００は、駅５間の軌道に沿った場所、電車３の車両基地等に配置されてもよい。

図２を参照して、電力貯蔵システム１００の構成を説明する。図２は、図１の電力貯蔵システム１００の構成を示すブロック図である。電力貯蔵システム１００は、二系統の蓄電部を構成する第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２を備える。第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２はそれぞれ、充放電可能な二次電池からなる複数の電池セルを含む。電池セルを構成する二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。

第一蓄電部１０１の電池セルは、第二蓄電部１０２の電池セルよりも繰り返しの充放電に対して耐久性及び性能持続性等の能力の低下が抑えられた特性を有する。つまり、第一蓄電部１０１の電池セルは、第二蓄電部１０２の電池セルよりも、大電流の入出力に適した特性（第二蓄電部１０２の電池セルよりも高いハイレート特性）を有している。本実施の形態では、第一蓄電部１０１は、変電所２等の車両用電力系統１の正常稼働時に使用され得る。

第二蓄電部１０２の電池セルは、第一蓄電部１０１の電池セルよりも、高エネルギー密度である、すなわち高容量である特性を有している。本実施の形態では、第二蓄電部１０２は、変電所２等の車両用電力系統１の異常稼働時に使用され得る。例えば、第一蓄電部１０１は、ＳＯＣ（State Of Charge）が５０％程度に充電され維持されて使用されるのに対し、第二蓄電部１０２は、常に満充電状態に充電され維持されて使用される。

電力貯蔵システム１００は、制御部１０３、検知部１０４、コンバータ部１０５、切替部１０６、第一蓄電部制御部１０１ａ、第二蓄電部制御部１０２ａ、制御電源開閉部１０７及び時計１０８をさらに備える。

検知部１０４は、車両用電力系統１、具体的には図１に示す電力線４の電圧又は電力等を検知し、検知結果を制御部１０３に送る。検知部１０４は、電力線４の電圧を検知する電圧計を含んでもよく、電力線４の電流を検知する電流計を含んでもよく、電圧計及び電流計を含んでもよい。検知部１０４は、制御部１０３によって、検知動作の制御を受けてもよい。

コンバータ部１０５は、車両用電力系統１、具体的には電力線４に電気的に接続される。コンバータ部１０５は、電力線４から供給される直流電力を、第一蓄電部１０１又は第二蓄電部１０２で蓄積されるのに適した電圧に降圧変換等調整して切替部１０６に送る。さらに、コンバータ部１０５は、第一蓄電部１０１又は第二蓄電部１０２の電力を、車両用電力系統１に適した電圧に昇圧変換等調整して、車両用電力系統１に供給する。コンバータ部１０５は、直流電力間の変換を実施するＤＣ−ＤＣコンバータを構成する。コンバータ部１０５は、独立した装置で構成されてもよく、回路として装置に組み込まれてもよい。コンバータ部１０５は、制御部１０３によって、降圧変換動作及び昇圧変換動作の制御を受ける。

切替部１０６は、コンバータ部１０５、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２と電気的に接続される。切替部１０６は、コンバータ部１０５と第一蓄電部１０１とを接続することと、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とを接続することとの一方を選択して実行する。切替部１０６は、接続を切り替えたときに電気信号を制御電源開閉部１０７に送る。例えば、切替部１０６は、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とを接続している間、電気信号を制御電源開閉部１０７に送る。切替部１０６は、制御部１０３によって、切替動作の制御を受ける。切替部１０６は、独立した装置で構成されてもよく、切替リレー回路等の回路として装置に組み込まれてもよい。

第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａはそれぞれ、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２における電圧、温度、ＳＯＣなどの蓄電量等の蓄電部の状態及び蓄電部における異常の発生の有無を監視する。第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａはそれぞれ、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２の異常を検知すると、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２の充放電を停止する、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２を他の装置から電気的に遮断する等の制御を行ってもよい。第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａはそれぞれ、監視結果及び制御結果を、表示部に表示するように構成されてもよく、制御部１０３に送るように構成されてもよい。

第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａはそれぞれ、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２の一部として一体に設けられてもよく、別個に設けられてもよい。第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａはそれぞれ、後述する制御部１０３の構成のように、独立した電子制御ユニットによって構成されてもよく、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２又はその他の装置に組み込まれるマイクロコンピュータを中心とする回路、若しくはマイクロコンピュータを有しない回路等によって構成されてもよい。又は、第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。

第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａは、電力貯蔵システム１００の外部の制御用電源１０から電力の供給を受ける。制御用電源１０は、車両用電力系統１とは異なる電力系統による電源である。制御用電源１０は、例えば、電圧１００Ｖ程度の直流電力、又は、電圧１００〜２００Ｖ程度の交流電力を電力貯蔵システム１００に供給する。制御用電源１０は、電力会社等の商用電力系統による電源であってもよく、電力貯蔵システム１００の設置場所に設けられている無停電電源装置や、電力貯蔵システム１００専用のバックアップ用電源、その他の蓄電装置又は発電装置等による電源であってもよい。

また、制御用電源１０と第一蓄電部制御部１０１ａ及び第二蓄電部制御部１０２ａとの間に、直流電力の電圧を制御するＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよく、交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。この場合、制御用電源１０と第二蓄電部制御部１０２ａとの間のＤＣ−ＤＣコンバータ及びＡＣ−ＤＣコンバータは、制御電源開閉部１０７と第二蓄電部制御部１０２ａとの間に配置されてもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ及びＡＣ−ＤＣコンバータは、独立した装置で構成されてもよく、回路として装置に組み込まれてもよい。

制御電源開閉部１０７は、制御用電源１０と第二蓄電部制御部１０２ａとの通電と、上記通電の遮断とを選択的に実施する。制御電源開閉部１０７は、切替部１０６から電気信号を受信する間（コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とが接続されている間）、制御用電源１０と第二蓄電部制御部１０２ａとを電気的に接続する。また、制御電源開閉部１０７は、切替部１０６から電気信号を受信しないとき（コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とが接続されていないとき）、制御用電源１０と第二蓄電部制御部１０２ａとの電気的な接続を遮断する。なお、制御電源開閉部１０７は、制御部１０３によって、通電及び通電遮断の動作の制御を受けてもよい。制御電源開閉部１０７は、開閉器等の独立した装置で構成されてもよく、回路の一部として装置に組み込まれてもよい。

時計１０８は、現在の日時を計時する。時計１０８は、計時した日時を制御部１０３に送る。時計１０８は、設定された日時を制御部１０３等に通知する機能を備えてもよい。時計１０８は、制御部１０３によって、計時動作の制御を受けてもよい。

本実施の形態では、制御部１０３は、検知部１０４、コンバータ部１０５、切替部１０６及び時計１０８等の動作の制御を実施する。制御部１０３は、第一蓄電部制御部１０１ａ、第二蓄電部制御部１０２ａ、制御電源開閉部１０７等の制御を実施するように構成されてもよい。制御部１０３は、独立した電子制御ユニット又はコンピュータによって構成されてもよく、コンバータ部１０５又は切替部１０６等に組み込まれたマイクロコンピュータを中心とする回路、若しくはマイクロコンピュータを有しない回路等によって構成されてもよい。制御部１０３は、上述のような専用のハードウェアで構成されず、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。この場合、制御部１０３は、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などが例示される。記憶部としては、メモリなどが例示される。なお、制御部１０３は、集中制御を行う単独の制御部で構成されてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御部で構成されてもよい。

次に、実施の形態に係る電力貯蔵システム１００の動作を説明する。

図１及び図２を参照すると、変電所２等の車両用電力系統１が正常に稼働している時、電力貯蔵システム１００の制御部１０３は、切替部１０６に、コンバータ部１０５と第一蓄電部１０１とを電気的に接続させる。このとき、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とは電気的に接続されていない。本実施の形態では、車両用電力系統１が正常に稼働しているとは、変電所２が所定の電圧値及び電流値で電力線４に電力供給を実施している場合を意味する。一方、車両用電力系統１が正常に稼働していない、つまり車両用電力系統１が異常稼働するとは、変電所２が故障等により所定の電圧値未満若しくは所定の電流値未満で電力線４に電力を供給する場合（例えば、変電所２が停電等により電力線４に電力を供給できない場合）を意味する。

コンバータ部１０５と第一蓄電部１０１とが電気的に接続した状態では、車両用電力系統１の余剰電力が、コンバータ部１０５及び切替部１０６を介して第一蓄電部１０１に供給され、蓄電される。車両用電力系統１の余剰電力は、変電所２から電力線４に供給されたが電車３によって使用されなかった電力、及び電車３の回生電力を含む。このとき、コンバータ部１０５が、余剰電力を第一蓄電部１０１へ蓄電する。また、コンバータ部１０５は、変電所２から電力線４への供給電力が、電車３が必要とする電力に対して不足する場合、第一蓄電部１０１の蓄積電力を、電力線４に供給する。このとき、コンバータ部１０５が、第一蓄電部１０１の蓄積電力を昇圧等調整し、電力線４へ供給する。このように、第一蓄電部１０１は、充放電を頻繁に繰り返す。例えば、第一蓄電部１０１は、約１５％〜約８５％間のＳＯＣで充放電を繰り返す。なお、第二蓄電部１０２は、予め満充電状態に近い状態で充電されており、例えば、１００％近いＳＯＣを有している。

車両用電力系統１から第一蓄電部１０１への電力供給動作と、第一蓄電部１０１から車両用電力系統１への電力供給動作とのコンバータ部１０５の動作は、制御部１０３によって制御される。具体的には、制御部１０３は、検知部１０４を介して取得する車両用電力系統１つまり電力線４の電流値、電圧値、電力値等に基づき、電力線４における電力の過不足を判定する。制御部１０３は、判定結果に基づき、コンバータ部１０５に実施させる動作を決定し、コンバータ部１０５の動作を制御する。

切替部１０６がコンバータ部１０５と第一蓄電部１０１とを電気的に接続しているとき、制御電源開閉部１０７には、切替部１０６から電気信号が送られていない。このため、制御電源開閉部１０７は、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との電気的な接続を遮断する。これにより、第二蓄電部制御部１０２ａが稼働停止し、第二蓄電部１０２の蓄積電力が、第二蓄電部制御部１０２ａへ放電されることを抑える。つまり、第二蓄電部制御部１０２ａと第二蓄電部１０２とが電気的に接続されているとき、第二蓄電部１０２の蓄積電力は、第二蓄電部制御部１０２ａに放電し得る。このように、第二蓄電部１０２は、第二蓄電部制御部１０２ａの稼働停止中では、放電量が低く抑えられ、ＳＯＣを高く維持することができる。

変電所２等の車両用電力系統１が正常に稼働しない時、つまり車両用電力系統１の異常稼働時、電力貯蔵システム１００の制御部１０３は、切替部１０６に、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とを電気的に接続させる。このとき、コンバータ部１０５と第一蓄電部１０１との電気的な接続が遮断される。コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とが電気的に接続した状態では、第二蓄電部１０２の蓄積電力が、車両用電力系統１の電力線４に供給される。車両用電力系統１の異常稼働時、高いＳＯＣの第二蓄電部１０２の蓄積電力を使用することによって、電車３は運行可能となる。これにより、電車３を駅５間等の望ましくない場所で停止させずに駅５等の望ましい場所で停止させるような電車３の安全な運行管理が可能になる。

制御部１０３は、切替部１０６によるコンバータ部１０５と第二蓄電部１０２との電気的な接続実施を、検知部１０４を介して取得する車両用電力系統１の電流値、電圧値、電力値等に基づき、決定する。具体的には、制御部１０３は、検知部１０４を介して取得する電流値、電圧値、電力値等が所定の閾値を下回ると、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２との電気的な接続実施を決定する。あるいは、制御部１０３は、電力貯蔵システム１００の外部からの切替信号を受信して、切替部１０６によるコンバータ部１０５と第二蓄電部１０２との電気的な接続実施を行ってもよい。一方、制御部１０３は、検知部１０４を介して取得する電流値、電圧値、電力値等が所定の閾値以上であれば、切替部１０６にコンバータ部１０５と第一蓄電部１０１とを電気的に接続させる。あるいは、制御部１０３は、電力貯蔵システム１００の外部からの切替信号を受信して、切替部１０６によるコンバータ部１０５と第一蓄電部１０１との電気的な接続実施を行ってもよい。

また、切替部１０６は、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とを電気的に接続すると同時に、制御電源開閉部１０７に電気信号を送信する。切替部１０６は、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とを電気的に接続している間、電気信号の送信を継続する。電気信号を受信した制御電源開閉部１０７は、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０とを電気的に接続する。これにより、第二蓄電部制御部１０２ａが、第二蓄電部１０２の監視及び制御を開始する。よって、制御電源開閉部１０７による第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との電気的な接続が、切替部１０６によるコンバータ部１０５と第二蓄電部１０２との電気的な接続に連動する。つまり、車両用電力系統１と第二蓄電部１０２との通電開始と、第二蓄電部制御部１０２ａの稼働開始とが、連動する。

なお、切替部１０６によるコンバータ部１０５と第二蓄電部１０２との電気的な接続が解除されると、この解除に連動して、制御電源開閉部１０７による第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との電気的な接続が解除される。上記の切替部１０６の動作と連動する制御電源開閉部１０７の動作は、制御部１０３によって実施されてもよい。

また、電力貯蔵システム１００の制御部１０３は、所定条件で、所定のＳＯＣ以上の蓄電量を有するように第二蓄電部１０２を充電する。例えば、所定のＳＯＣは、８５％程度以上から１００％近くまでの値とされ得る。具体的には、制御部１０３は、時計１０８から取得する日時に基づき、例えば一定期間経過毎等の定期的に、第二蓄電部１０２を充電する。なお、第二蓄電部１０２の電池セルは、低い自己放電率を有するが、経時的に僅かながら自己放電する。例えば、本実施の形態では、一定期間は７日間であり、第二蓄電部１０２の充電実施時刻も一定としている。さらに、例えば、第二蓄電部１０２の充電実施時刻は、車両用電力系統１での消費電力量が少ない時刻に選定されている。具体的には、制御部１０３は、電車３の運行前の早朝５時〜５時３０分の間もしくは運行後の深夜１時〜１時３０分の間を、第二蓄電部１０２を充電する時間として設定している。この場合、制御部１０３は、早朝５時もしくは深夜１時に第二蓄電部１０２の充電を開始する。なお、充電実施時刻は、任意に設定されることが可能である。また、第二蓄電部１０２の充電を行うタイミング（上記の所定条件）も定期的には限定されず、第二蓄電部１０２の電圧やＳＯＣが所定の値以下になった場合に充電を行うなど、どのような条件で充電を行うことにしてもよい。

第二蓄電部１０２を充電する際、制御部１０３は、切替部１０６の接続を切り替えて、コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２とを電気的に接続する。このとき、第二蓄電部制御部１０２ａも稼働する。コンバータ部１０５と第二蓄電部１０２との電気的な接続中、制御部１０３は、車両用電力系統１が正常に稼働する時と同様にして、コンバータ部１０５を制御し、第二蓄電部１０２に充電させる。電車３の運行前もしくは運行後であるため、第二蓄電部１０２の充電が効率的に実行される。

制御部１０３は、第二蓄電部制御部１０２ａから取得する第二蓄電部１０２のＳＯＣが上記所定のＳＯＣに達する、又は、時計１０８から取得する時刻が所定の終了時刻である早朝５時３０分もしくは深夜１時３０分になると、第二蓄電部１０２の充電を停止する。つまり、制御部１０３は、切替部１０６の接続を切り替えて、コンバータ部１０５と第一蓄電部１０１とを電気的に接続する。これにより、第二蓄電部１０２のＳＯＣが、所定のＳＯＣ以上又はその近傍に充電され維持される。

次に、実施の形態に係る電力貯蔵システム１００が行う処理について、具体的に説明する。図３は、図２の電力貯蔵システム１００が行う処理を説明するフローチャートである。

図３に示すように、まず、切替部１０６は、変電所２が正常稼働しているか否かを判断する（Ｓ１０１）。切替部１０６は、変電所２が正常稼働していない（変電所２の異常稼働時）と判断した場合（Ｓ１０１でＮｏ）、車両用電力系統１と第二蓄電部１０２とを接続する（Ｓ１０２）。そして、この切替部１０６が第二蓄電部１０２を車両用電力系統１に接続する場合（Ｓ１０２）には、制御電源開閉部１０７は、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０とを接続する（Ｓ１０３）。このように、制御電源開閉部１０７の接続動作は、切替部１０６による第二蓄電部１０２と車両用電力系統１との接続動作と連動する。

また、切替部１０６は、変電所２が正常稼働している（変電所２の正常稼働時）と判断した場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）、所定条件を満たすか否かを判断する（Ｓ１０４）。切替部１０６は、当該所定条件を満たすと判断した場合（Ｓ１０４でＹｅｓ）、車両用電力系統１と第二蓄電部１０２とを接続し（Ｓ１０５）、第二蓄電部１０２を所定の蓄電量に充電することで所定の蓄電量に維持する（Ｓ１０６）。

また、切替部１０６は、当該所定条件を満たしていないと判断した場合（Ｓ１０４でＮｏ）には、車両用電力系統１と第一蓄電部１０１とを接続する（Ｓ１０７）。そして、この切替部１０６が第一蓄電部１０１を車両用電力系統１に接続する場合（Ｓ１０７）には、制御電源開閉部１０７は、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０とを遮断する（Ｓ１０８）。このように、制御電源開閉部１０７の遮断動作は、切替部１０６による第一蓄電部１０１と車両用電力系統１との接続動作と連動する。

以上により、電力貯蔵システム１００が行う処理についての説明は、終了する。

上述したように、本発明の実施の形態に係る電力貯蔵システム１００は、第一蓄電部１０１と、第二蓄電部１０２と、第一蓄電部１０１又は第二蓄電部１０２を電力貯蔵システム１００の外部に選択可能に接続する切替部１０６と、制御用電源１０を電源とし且つ第二蓄電部１０２を制御する第二蓄電部制御部１０２ａと、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０とを接続又は遮断する制御電源開閉部１０７とを備える。制御電源開閉部１０７は、切替部１０６が第一蓄電部１０１を電力貯蔵システム１００の外部に接続する場合に、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０とを遮断し、切替部１０６が第二蓄電部１０２を電力貯蔵システム１００の外部に接続する場合に、第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０とを接続する。

上述の構成において、第二蓄電部制御部１０２ａは、制御等のために第二蓄電部１０２と電気的に接続されるため、第二蓄電部制御部１０２ａが稼働しているとき、第二蓄電部１０２から第二蓄電部制御部１０２ａへの放電が発生し得る。第二蓄電部制御部１０２ａは、切替部１０６が電力貯蔵システム１００の外部と第一蓄電部１０１とを接続しているときには停止し、切替部１０６が電力貯蔵システム１００の外部と第二蓄電部１０２とを接続しているときには稼働する。よって、第二蓄電部制御部１０２ａの不使用時では、第二蓄電部１０２の自己放電が抑えられる。また、第一蓄電部１０１と第二蓄電部１０２とを備える電力貯蔵システム１００は、電車３の回生電力の蓄積及び電車３への蓄積電力の供給を実施することができる。さらに、電力貯蔵システム１００は、蓄電量が高い第二蓄電部１０２を非常用の蓄電部とすることによって、電車３への電力供給を安定して実施することができる。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、制御電源開閉部１０７による第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との遮断動作は、切替部１０６による第一蓄電部１０１と電力貯蔵システム１００の外部との接続動作と連動する。上述の構成において、切替部１０６による第一蓄電部１０１と電力貯蔵システム１００の外部との接続直後からの第二蓄電部１０２の自己放電が抑えられる。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、制御電源開閉部１０７による第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との接続動作は、切替部１０６による第二蓄電部１０２と電力貯蔵システム１００の外部との接続動作と連動する。上述の構成において、切替部１０６による第二蓄電部１０２と電力貯蔵システム１００の外部との接続直後から第二蓄電部制御部１０２ａを動作させることができる。

さらに、実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、制御電源開閉部１０７による第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との遮断動作は、切替部１０６の第一蓄電部１０１と電力貯蔵システム１００の外部との接続動作と連動し、且つ、制御電源開閉部１０７による第二蓄電部制御部１０２ａと制御用電源１０との接続動作は、切替部１０６の第二蓄電部１０２と電力貯蔵システム１００の外部との接続動作と連動する。上述の構成において、制御電源開閉部１０７の動作と切替部１０６の動作とを連動させることにより、第二蓄電部制御部１０２ａは、第二蓄電部１０２の使用時にのみ稼働する。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、第一蓄電部１０１は、第二蓄電部１０２よりも繰り返し充放電に適した特性かつハイレート特性を有し、第二蓄電部１０２は、第一蓄電部１０１よりも高容量（高エネルギー密度）の特性を有する。上述の構成において、第二蓄電部１０２は、不使用時に自己放電を低く抑えることが可能になる。また、第一蓄電部１０１が、通常電力貯蔵システム１００の外部に接続される通常用電源とされ、第二蓄電部１０２が通常電力貯蔵システム１００の外部に接続されない非常用電源とされることができる。このような構成は、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２の特性に適合する。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、切替部１０６は、変電所２の正常稼働時、電力貯蔵システム１００の外部と第一蓄電部１０１とを接続し、変電所２の異常稼働時、電力貯蔵システムの１００の外部と第二蓄電部１０２とを接続する。上述の構成において、電力貯蔵システム１００は、高容量で自己放電を抑えた第二蓄電部１０２を変電所２に代わる非常用電源として利用することができる。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、切替部１０６は、所定条件で、電力貯蔵システム１００の外部と第二蓄電部１０２とを接続し、第二蓄電部１０２を所定の蓄電量に充電する。上述の構成において、第二蓄電部１０２の蓄電量が所定の蓄電量に維持され得る。このため、第二蓄電部１０２の使用時に、第二蓄電部１０２から十分な電力供給が得られる。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、第二蓄電部１０２を、通勤ラッシュ時などの使用電力のピーク時に電力会社から受電する電力を低減するピークカット用の電源として使用することもできる。これにより、節電対策に寄与するとともに、電力会社の契約電力を下げることができるため電気料金を低減することもできる。例えば、第二蓄電部１０２の容量を増やし、３０％程度はピークカット用電源、７０％程度は非常用電源として使用することなどが考えられる。または、第二蓄電部１０２をピークカット用電源に使用するのではなく、新たにピークカット用の第三蓄電部を追加してもよい。この場合、電車３が発生する回生電力によって電力線４の電圧が上昇するときには、第二蓄電部１０２または第三蓄電部が当該回生電力を蓄電することにしてもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００において、電力線４の電圧の低下や上昇を抑制する（架線電圧補償を行う）こともできる。例えば、通勤ラッシュ時などの使用電力が多いときに、電力線４の電圧が降下しすぎないように第一蓄電部１０１から電力を供給（放電）し、電力線４の電圧が一定電圧以上になるように制御する。また、閑散期などの使用電力が少ないときに、電力線４の電圧が上昇しすぎないように第一蓄電部１０１に電力を蓄電（充電）し、電力線４の電圧が一定電圧以下になるように制御する。また、第一蓄電部１０１の充放電によって、電力線４の電圧の振幅が小さくなるように制御することもできる。

［その他の変形例］
以上、本発明の実施の形態に係る電力貯蔵システム１００について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全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。本開示における技術は、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態の変形例又は他の実施の形態にも適用可能である。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。本発明の範囲は上述した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、制御電源開閉部１０７の遮断動作は、第一蓄電部１０１と車両用電力系統１との接続動作と連動することとしたが、当該遮断動作と当該接続動作とは、完全に連動していることには限定されず、多少の時間差があってもよい。また、制御電源開閉部１０７の接続動作は、第二蓄電部１０２と車両用電力系統１との接続動作と連動することとしたが、これについても同様に、完全に連動していることには限定されず、多少の時間差があってもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、第一蓄電部１０１は、第二蓄電部１０２よりも繰り返し充放電に適した特性かつハイレート特性を有し、第二蓄電部１０２は、第一蓄電部１０１よりも高容量特性を有するとした。しかし、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２として、上記を満たさない種々の特性を有するものを選択可能である。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、コンバータ部１０５は、ＤＣ−ＤＣコンバータであったが、ＡＣ−ＤＣコンバータであってもよい。つまり、変電所２から電力線４に交流電力が供給されて電車３が交流電力で駆動するような場合には、コンバータ部１０５は、ＡＣ−ＤＣコンバータであるのが好ましい。または、変電所２から電力線４に直流電力が供給される場合であって、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２が当該直流電力の電圧に対応可能な場合には、コンバータ部１０５は設けられていなくてもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、制御用電源１０が設けられていたが、他の電源で代用可能な場合には、制御用電源１０は設けられていなくてもよい。例えば、制御用電源１０の代わりに、第一蓄電部１０１または第二蓄電部１０２から制御用の電力を供給することができる。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、制御部１０３は、変電所２の異常稼働時に、車両用電力系統１と第二蓄電部１０２とを電気的に接続していたが、これに限定されるものでない。制御部１０３は、第一蓄電部１０１に異常が発生した場合、第一蓄電部１０１のＳＯＣ等の蓄電量が所定の値以下に低下した場合等の第一蓄電部１０１から車両用電力系統１への十分な電力供給量が確保できない場合、車両用電力系統１と第二蓄電部１０２とを電気的に接続してもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２の蓄積電力は、車両用電力系統１に供給されていたが、これに限定されるものでなく、駅５等の他の要素に供給されてもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００は、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２からなる二系統の蓄電部を備えていたが、三系統以上の蓄電部を備えてもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００は、電気鉄道の電力系統に適用されていたが、これに限定されるものでない。電力貯蔵システムは、自動車の電力系統、トロリーバスなどの架線等の電力線から力行用電力を得る交通の電力系統、建物などの太陽光発電システム、及び、排熱発電システム等の電力を発生しつつ電力を消費するシステムに適用されてもよい。

実施の形態に係る電力貯蔵システム１００では、第一蓄電部１０１及び第二蓄電部１０２を構成する二次電池は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限定されるものでなく、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、酸化銀亜鉛蓄電池、フライホイールバッテリ、大容量のキャパシタ等の二次電池であってもよい。

本発明は、電力の出入りがある電力貯蔵システムに適用できる。

１車両用電力系統
２変電所（車両用電源）
３電車（車両）
１０制御用電源
１００電力貯蔵システム
１０１第一蓄電部
１０２第二蓄電部
１０２ａ第二蓄電部制御部
１０６切替部
１０７制御電源開閉部

Claims

電力貯蔵システムであって、
第一蓄電部と、
第二蓄電部と、
前記第一蓄電部又は前記第二蓄電部を前記電力貯蔵システムの外部に選択可能に接続する切替部と、
制御用電源を電源とし、前記第二蓄電部を制御する第二蓄電部制御部と、
前記第二蓄電部制御部と前記制御用電源とを接続又は遮断する制御電源開閉部と
を備え、
前記制御電源開閉部は、
前記切替部が前記第一蓄電部を前記電力貯蔵システムの外部に接続する場合に、前記第二蓄電部制御部と前記制御用電源とを遮断し、
前記切替部が前記第二蓄電部を前記電力貯蔵システムの外部に接続する場合に、前記第二蓄電部制御部と前記制御用電源とを接続する
電力貯蔵システム。
前記制御電源開閉部の遮断動作は、前記切替部による前記第一蓄電部と前記電力貯蔵システムの外部との接続動作と連動する
請求項１に記載の電力貯蔵システム。
前記制御電源開閉部の接続動作は、前記切替部による前記第二蓄電部と前記電力貯蔵システムの外部との接続動作と連動する
請求項１または２に記載の電力貯蔵システム。
前記第一蓄電部は、前記第二蓄電部よりも繰り返し充放電に適した特性を有し、前記第二蓄電部は、前記第一蓄電部よりも高容量特性を有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
前記第一蓄電部は、前記第二蓄電部よりも高いハイレート特性を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
前記切替部は、前記電力貯蔵システムの外部にある回生電力を発生する車両、及び、当該車両に電力を供給する車両用電源に、前記第一蓄電部又は前記第二蓄電部を選択可能に接続する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
前記切替部は、前記車両用電源の正常稼働時、前記電力貯蔵システムの外部と前記第一蓄電部とを接続し、
前記車両用電源の異常稼働時、前記電力貯蔵システムの外部と前記第二蓄電部とを接続する
請求項６に記載の電力貯蔵システム。
前記切替部は、所定条件で、前記電力貯蔵システムの外部と前記第二蓄電部とを接続し、前記第二蓄電部を所定の蓄電量に充電する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。