JP7257107B2 - 二次電池制御装置および二次電池制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池制御装置および二次電池制御方法に関する。

従来、放電した二次電池に充電を行う場合には、深夜などの電気料金が比較的安い時間帯に充電を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ディマンドリスポンスに対応して放電を行う二次電池の場合には、放電が終了した直後に充電を開始する場合が多い。

特開２０１２－１００４４９号公報

二次電池が上記の理由により充電を開始する場合、次に説明する問題が発生することがある。つまり、ディマンドリスポンスに対応した後に充電を開始する場合、商用電力の価格が高い時間帯にあたり、充電に要する費用が高くなる問題が発生することがある。また、需要のピーク時間帯にあたると、契約電力を超過して電力料金がさらに嵩む可能性がある。

これらの問題を回避するために、放電した二次電池に対して充電を行うタイミングを商用電力の価格が低い時間帯まで待機して充電を行う方法も知られている。具体的には、電気自動車に用いられる二次電池であれば、上述のように深夜などの電気料金が比較的安い時間帯まで待って充電を行うことが知られている。

しかしながら、停電時に電力の供給を行うバックアップ用途に用いられる二次電池や、ディマンドリスポンスの対応に用いられる二次電池の場合には、放電から充電までの期間はバックアップ用途に用いることや、ディマンドリスポンスの対応に用いることが難しくなるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、経済性の確保と、充電までの待ち時間の適正化の両立を図りやすくすることができる二次電池制御装置および二次電池制御方法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、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る二次電池制御装置は、複数の二次電池に対する充放電を制御する二次電池制御装置であって、前記複数の二次電池のそれぞれに対して充電の猶予期間を算出する期間算出部と、算出された前記猶予期間において充電を行う場合の費用を算出し、前記猶予期間内で最も充電の費用が低い時間帯を求めるコスト算出部と、前記二次電池に対する充電を行う時間、および、充電電力を決定する決定部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の第２に態様に係る二次電池制御方法は、複数の二次電池に対する充放電を制御する二次電池制御方法であって、前記複数の二次電池のそれぞれに対して充電の猶予期間を算出する期間算出ステップと、算出された前記猶予期間において充電を行う場合の費用を算出し、前記猶予期間内で最も充電の費用が低い時間帯を求めるコスト算出ステップと、前記二次電池に対する充電を行う時間、および、充電電力を決定する決定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る二次電池制御装置および第２の態様に係る二次電池制御方法によれば、充電の猶予期間内の時間帯であって、充電の費用が低い時間帯に二次電池の充電が行われるようになる。そのため、充電の費用の上昇が抑制されるとともに、充電までの待ち時間が必要以上に長くなることを抑制できる。

上記発明の第１の態様において前記期間算出部は、前記二次電池が電力を供給する設備に対して予め定められた電力品質、停電が発生する確率、および、前記設備に関する情報の少なくとも一つに基づいて前記猶予期間の算出処理を行うことが好ましい。

このように猶予期間を算出する際に、予め定められた電力品質、停電が発生する確率、および、設備に関する情報の少なくとも一つに基づくことにより、算出される猶予期間の精度を高めやすくなる。

上記発明の第１の態様において前記決定部は、前記複数の二次電池に対して求められた最も充電の費用が低い時間帯が重複する場合には、前記最も充電の費用が低い時間帯が重複する二次電池のうち、少なくとも一部について、充電を行う時間帯を前記猶予期間内であって、次に充電の費用が低い時間帯に変更する処理を行うことが好ましい。

このように最も充電の費用が低い時間帯が重複する場合に、重複する二次電池の少なくとも一部について、充電する時間帯を次に充電の費用が低い時間帯に変更することにより、充電する時間帯が集中することを抑制しやすくなる。

本発明の二次電池制御装置および二次電池制御方法によれば、充電の猶予期間内の時間帯であって、充電の費用が低い時間帯に二次電池の充電を行うことにより、経済性の確保と、充電までの待ち時間の短縮の両立を図りやすくなるという効果を奏する。

本発明に係る電力管理システムの構成を説明する摸式図である。 図１の上位電力管理装置の構成を説明する模式図である。 上位電力管理装置における二次電池の充電制御を説明するフローチャートである。 充電コストテーブルを説明する図である。

この発明の一実施形態に係る電力管理システム１について、図１から図４を参照しながら説明する。本実施形態の電力管理システム１は、ディマンドリスポンスの対応に用いられる複数の二次電池４３に対する充放電を制御するものである。

電力管理システム１には、図１に示すように、上位電力管理装置（二次電池制御装置）１０と、下位電力管理装置３０と、電源装置４１と、負荷装置（設備）４２と、二次電池４３と、が主に設けられている。

上位電力管理装置１０は、配下に配置された下位電力管理装置３０に対して二次電池４３の充電に関する情報である充電計画を作成するものである。本実施形態では、上位電力管理装置１０に対して、１つの二次電池４３を制御する下位電力管理装置３０が２つ設けられている例に適用して説明するが、このような下位電力管理装置３０が２つよりも多く設けられていてもよい。さらに、複数の二次電池４３を制御する下位電力管理装置３０が１つ設けられていてもよい。

上位電力管理装置１０としては、所定の地域における電力の需要や供給を管理するＣＥＭＳ（Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である例を挙げることができる。また、下位電力管理装置３０としては、所定のビルなどの建物や、家庭における電力の需要や供給を管理するＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）やＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である例を挙げることができる。

上位電力管理装置１０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するサーバなどの情報処理装置である。上述のＲＯＭ等の記憶装置に記憶されているプログラムは、図２に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースを協働させて、少なくとも受信部１１、遅延時間算出部（期間算出部）１２、充放電計画策定部（コスト算出部、決定部）１３、指示部１４、および、蓄積部１５として機能させるものである。

受信部１１は、外部から充電計画の作成に用いられる種々の情報を取得するものである。情報を取得する外部としては、例えば、気象会社２１や、資産管理システム２２や、小売電気事業者２３や、地図システム２４などを挙げることができる。

気象会社２１から取得する情報としては、気象予報情報および気象実績情報を例示することができる。気象予報情報は未来の気象状況に関する情報であり、気象実績情報は、過去の気象状況に関する情報を含むものである。

資産管理システム２２から取得する情報としては、作業計画情報、設備情報、および、顧客情報を例示することができる。作業計画情報は、上位電力管理装置１０や下位電力管理装置３０により制御が行われる二次電池４３が電力を供給する負荷装置４２が関係する作業の計画情報である。設備情報は、二次電池４３が電力を供給する負荷装置４２の種類や形式や設置位置等に関する情報であり、顧客情報は、二次電池４３や負荷装置４２の所有者、または、利用者に関する情報である。

小売電気事業者２３から取得する情報としては、需要実績情報、および、契約情報を例示することができる。需要実績情報には、過去の二次電池４３および負荷装置４２で消費した電力、電力量の情報や、ディマンドレスポンスに応じて消費電力、消費電力量を抑制した情報などが含まれる。契約情報は、小売電気事業者２３との間で結ばれた契約の情報であって、ディマンドレスポンスに応じる際のインセンティブの内容などが含まれるものである。

地図システム２４から取得する情報としては、地図情報、および、充電場所情報を例示することができる。地図情報および充電場所情報は、可搬型の二次電池４３が充電できる場所に関する情報である。

遅延時間算出部１２は、複数の二次電池４３のそれぞれに対して充電の猶予期間を算出するものである。例えば、二次電池４３が電力を供給する負荷装置４２に対して予め定められた電力品質、停電が発生する確率、および、負荷装置４２に関する情報の少なくとも一つに基づいて充電の猶予期間の算出処理を行うものである。具体的な算出内容については後述する。

充放電計画策定部１３は、複数の二次電池４３に対する充電方法である充電計画を作成するものである。例えば、算出された猶予期間において充電を行う場合の費用を算出し、猶予期間内で最も充電の費用が低い時間帯を求めるものである。また、二次電池４３に対する充電を行う時間、および、充電電力を決定するものでもある。具体的な演算内容については後述する。なお、充電計画を作成する具体的な内容については後述する。

指示部１４は、作成された充電計画を対象となる下位電力管理装置３０へ出力するものである。また指示部１４は、充電計画以外のその他の電力制御の内容に関する情報を作成するものである。

蓄積部１５は、上位電力管理装置１０における演算処理に必要な情報が記憶されているものである。また、当該演算処理の結果である情報を記憶するものでもある。蓄積部１５に記憶されている情報としては、上述の契約情報や、設備情報や、制御情報や、保守者情報や、地図情報や、拠点情報などを例示することができる。また、記憶される演算処理の結果としては、移動時間計算部１１による演算処理の結果や、費用計算部１２による演算処理の結果などを例示することができる。

電源装置４１は、受電した商用電力を負荷装置４２や二次電池４３に利用可能な電力として供給するものである。電源装置４１としては、公知のものを用いることができ特に限定するものではない。

二次電池４３は、電力需要のピーク時に充電された電力を供給することにより、電力供給のコスト低減や、ディマンドリスポンス等のエネルギーマネジメントに対応するものである。二次電池４３としては、電力の充放電の制御が可能なものであればよく、その方式や構成などを限定するものではない。

本実施形態では、二次電池４３として、可搬型の二次電池４３、および、据置型の二次電池４３が用いられる例に適用して説明するが、可搬型の二次電池４３のみであってもよいし、据置型の二次電池４３のみであってもよい。

負荷装置４２は、空調装置や照明機器などの電力を消費する設備である。また、負荷装置４２は、下位電力管理装置３０から出力される信号に基づいて、稼働状態を制御して消費する電力を制御するものであってもよい。

次に、上記の構成からなる電力管理システム１における二次電池４３に対する充電制御について図３および図４を参照しながら説明する。電力管理システム１の上位電力管理装置１０は、例えばディマンドレスポンスに対応して二次電池４３の放電が行われた後に、当該二次電池４３に対する充電を行う制御を行う。

上位電力管理装置１０の受信部１１は制御が開始されると、図３に示すように、複数の二次電池４３のそれぞれに対して、時刻ＴにおけるＳＯＣ_Ｔ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を取得する処理を行う。（Ｓ１０１）。ここで時刻Ｔとしては、図３に示す制御が開始された時刻などを例示することができる。

次いで受信部１１は、二次電池４３の充電終了となるＳＯＣ_Ｅを取得する処理を行う。（Ｓ１０３）。ＳＯＣ_Ｅは、二次電池４３ごとに予め定められている値や、二次電池４３の経年劣化を考慮した値である例を挙げることができる。ＳＯＣ_Ｅの取得先としては、資産管理システム２２であってもよいし、それ以外の二次電池４３に関する情報を管理するシステムであってもよい。

充電終了となるＳＯＣ_Ｅとしては、例えば二次電池４３がディマンドレスポンスに応じて負荷装置４２に電力を供給するために必要な電力量に基づいて求められるものを挙げることができる。ＳＯＣ_Ｅの値は、それぞれの二次電池４３に対して予め定められた値を用いることができる。

二次電池４３のＳＯＣ_ＴおよびＳＯＣ_Ｅが取得されると、上位電力管理装置１０の遅延時間算出部１２は、複数の二次電池４３のそれぞれに対して、充電終了に必要な充電電力量Ｗ_Ｃを算出する処理を行う（Ｓ１０５）。言い換えると、複数の二次電池４３のそれぞれについて、ＳＯＣを充電終了となるＳＯＣ_Ｅとするのに必要な電力量Ｗ_Ｃを算出する処理を行う。

次いで遅延時間算出部１２は、二次電池４３における充電終了が必要な時刻期限（猶予期間）Ｔ_Ｅを算出する処理を行う（Ｓ１０９：期間算出ステップ）。時刻期限Ｔ_Ｅを算出する際には、取り決めや、行動に関する外乱や、天候に関する外乱や、負荷装置４２の情報などが参照される。

取り決めは、主に契約情報に含まれるものである。例えば、負荷装置４２の所有者や使用者との間の負荷装置４２への電力の供給に関する水準の取り決め（ＳＬＡ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｌｅｖｅｌ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ））を挙げることができる。遅延時間算出部１２は、ＳＬＡに定められている電力の供給停止による負荷装置４２の不稼働率（言い換えると許容されている不稼働率）に基づいて、時刻期限Ｔ_Ｅを算出する。

行動に関する外乱は、主に作業計画に基づいて求められるものである。例えば、負荷装置４２の予定されている停止（計画的な停止）がある場合には、停止期間の終了までに充電終了すればよいと考えられる。

天候に関する外乱は、主に気象予報に基づいて求められるものである。例えば、雷の発生確率が低い場合には、商用電力の停電が発生する確率も低くなる。遅延時間算出部１２は、気象予報に基づいて商用電力の停電が発生する確率を推定し、推定した停電が発生する確率に基づいて時刻期限Ｔ_Ｅを算出する処理を行う。

負荷装置４２の情報は、主に設備情報に含まれるものである。例えば、遅延時間算出部１２は、二重化されている負荷装置４２に対しては、二重化されていない負荷装置４２と比較して、時刻期限Ｔ_Ｅを遅い時刻として算出する。

次いで遅延時間算出部１２は、二次電池４３における充電開始までに許容される遅延時間（猶予期間）Ｔ_Ｄを算出する処理を行う（Ｓ１１１：期間算出ステップ）。具体的には下記の計算式に基づいて遅延時間Ｔ_Ｄを算出する処理を行う。

ここでＳＯＣ_Ｔは、時刻Ｔにおける二次電池４３の充電状態（％）であり、ＳＯＣ_Ｅは充電終了となる二次電池４３の充電状態（％）である。Ｗ_Ｃは充電終了に必要な充電電力量（ｋＷｈ）であり、Ｔ_Ｄは充電開始までに許容される遅延時間（ｈ）である。Ｔ_Ｅは充電終了が必要な時刻の期限（ｈ）であり、Ｔ_Ｃは充電終了に必要な所要時間（ｈ）である。Ｐ_Ｃは充電装置の充電可能電力（ｋＷ）であり、Ｃ_Ｂは二次電池４３の定格容量（ｋＷｈ）である。

なお、ＳＯＣ_Ｅ－ＳＯＣ_Ｔ＜０となる場合、言い換えると二次電池４３が十分に充電されていて、更に充電をする必要が無い場合には、遅延時間算出部１２は次の例外処理を行う。この場合、遅延時間Ｔ_Ｄが時刻期限Ｔ_Ｅよりも大きくなる。そのため、所要時間Ｔ_Ｃ＜０の時には、遅延時間算出部１２はＴ_Ｄ＝Ｔ_Ｅとする例外処理を行う。このようにすることにより、遅延時間Ｔ_Ｄが時刻期限Ｔ_Ｅ以上に延伸する状態が回避される。

その後、上位電力管理装置１０の受信部１１は、二次電池４３に対して充電を行う際のコストを算出する処理を行う（Ｓ１１３：コスト算出ステップ）。具体的には、複数の二次電池４３のそれぞれに対して、算出した遅延時間Ｔ_Ｄ、および、二次電池４３に対して充電を行う際のコストを表す充電コストテーブル（図４参照。）に基づいてコストを算出する処理を行う。充電コストテーブルは、予め定められたものを蓄積部１５から取得してもよいし、外部から取得してもよい。

充電コストテーブルには、複数の二次電池４３のそれぞれについて、遅延時間Ｔ_Ｄごとに充電に要するコストを算出する際の係数が定義されている。本実施形態では最も小さい係数が０、最も大きい係数が９９の場合に適用して説明する。
図４に示す充電コストテーブルでは、二次電池Ａの充電に要するコストが、全ての遅延時間Ｔ_Ｄにおいて最も少なく、二次電池Ｃ～Ｚの充電に要するコストが、全ての遅延時間Ｔ_Ｄにおいて最も高くなる。また二次電池Ｂは、遅延時間Ｔ_Ｄが増えるとともに係数が小さくなっている。

その後、上位電力管理装置１０の充放電計画策定部１３は、二次電池４３に対する充電計画を作成する処理を行う（Ｓ１１３：決定ステップ）。具体的には、複数の二次電池４３のそれぞれに対して、算出された充電を行う際のコストに基づいて、最もコストが低い時間帯を求める処理が行われる。言い換えると、二次電池に対する充電を行う時間、および、充電電力を決定する処理が行われる。図４に示す場合では、最初に二次電池Ａに対して充電を行い、その次に二次電池Ｂに対して充電を行い、最後に二次電池Ｃ～Ｚに対して充電を行う充電計画が作成される。

また、複数の二次電池４３のそれぞれに対して求められた最も充電の費用が低い時間帯が重複する場合や、充電装置の充電可能電力を超える場合には、最も充電の費用が低い時間帯が重複する二次電池４３のうち、少なくとも一部について、充電を行う時間帯を遅延時間Ｔ_Ｄ内であって、次に充電の費用が低い時間帯に変更する処理を行う。

作成された充電計画は、上位電力管理装置１０の指示部１４により下位電力管理装置３０へ出力される。下位電力管理装置３０は、充電計画に基づいて二次電池４３に対する充電の制御を行う。

上記の構成の上位電力管理装置１０によれば、充電の遅延時間Ｔ_Ｄまでの時間帯であって、充電の費用が低い時間帯に二次電池４３の充電が行われるようになる。そのため、充電の費用の上昇が抑制されるとともに、充電までの待ち時間が必要以上に長くなることを抑制できる。

遅延時間Ｔ_Ｄを算出する際に、予め定められた電力品質、停電が発生する確率、および、負荷装置４２に関する情報の少なくとも一つに基づくことにより、算出される遅延時間Ｔ_Ｄの精度を高めやすくなる。

最も充電の費用が低い時間帯が重複する場合に、重複する二次電池４３の少なくとも一部について、充電する時間帯を次に充電の費用が低い時間帯に変更することにより、充電する時間帯が集中することを抑制しやすくなる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態においては、上位電力管理装置１０が本発明の二次電池制御装置である例に適用して説明するが、下位電力管理装置３０が本発明の二次電池制御装置であってもよく、特に限定するものではない。

１０…上位電力管理装置（二次電池制御装置）、４３…二次電池、４２…負荷装置（設備）、１２…遅延時間算出部（期間算出部）、１３…充放電計画策定部（コスト算出部、決定部）、Ｔ_Ｃ…時刻期限（猶予期間）、Ｔ_Ｄ…遅延時間（猶予期間）、Ｓ１０９…期間算出ステップ、Ｓ１１１…期間算出ステップ、Ｓ１１３…コスト算出ステップ、Ｓ１１３…決定ステップ

Claims (4)

1. 複数の二次電池に対する充放電を制御する二次電池制御装置であって、
   前記複数の二次電池のそれぞれに対して、少なくとも取得した充電終了となる所定の充電状態に基づいた充電開始までに許容される猶予期間を算出する期間算出部と、
   算出された前記猶予期間において充電を行う場合の費用を算出し、前記猶予期間内で最も充電の費用が低い時間帯を求めるコスト算出部と、
   前記二次電池に対する充電を行う時間、および、充電電力を決定する決定部と、が設けられていることを特徴とする二次電池制御装置。
2. 前記期間算出部は、前記二次電池が電力を供給する設備に対して予め定められた電力品質、停電が発生する確率、および、前記設備に関する情報の少なくとも一つに基づいて前記猶予期間の算出処理を行うことを特徴とする請求項１記載の二次電池制御装置。
3. 前記決定部は、前記複数の二次電池に対して求められた最も充電の費用が低い時間帯が重複する場合には、
   前記最も充電の費用が低い時間帯が重複する二次電池のうち、少なくとも一部について、充電を行う時間帯を前記猶予期間内であって、次に充電の費用が低い時間帯に変更する処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池制御装置。
4. 複数の二次電池に対する充放電を制御する二次電池制御方法であって、
   前記複数の二次電池のそれぞれに対して、少なくとも取得した充電終了となる所定の充電状態に基づいた充電開始までに許容される猶予期間を算出する期間算出ステップと、
   算出された前記猶予期間において充電を行う場合の費用を算出し、前記猶予期間内で最も充電の費用が低い時間帯を求めるコスト算出ステップと、
   前記二次電池に対する充電を行う時間、および、充電電力を決定する決定ステップと、を有することを特徴とする二次電池制御方法。

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