WO2012049915A1

WO2012049915A1 - 電力管理システム

Info

Publication number: WO2012049915A1
Application number: PCT/JP2011/069826
Authority: WO
Inventors: 孝義阿部; 中島　武; 池部　早人; 康宏八木
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-04-19
Also published as: CN103081282A; EP2629387A4; JPWO2012049915A1; EP2629387A1; US20130187465A1

Abstract

　蓄電池パックの特性ばらつきに応じた充放電制御を行う電力管理システム。蓄電装置（１４）は、蓄電部（１６）と電力系統切替回路（２０）と電力管理部（２２）を備える。電力管理部（２２）は、蓄電部（１６）に含まれる複数の蓄電池パック毎の充電情報（例えば充電率ＳＯＣ）を取得し、その最小値と最大値に応じ、それぞれ上限値と下限値と大小比較して電力系統切替回路（２０）の充電スイッチ及び放電スイッチを切り替え、蓄電部（１６）を充放電状態、充電状態、放電状態の間で遷移させる。

Description

電力管理システム

　本発明は電力管理システム、特に蓄電池の充放電を制御するシステムに関する。

　電力管理においては、負荷の電力消費量に応じて発電や給電を行うことが好適である。下記の特許文献１には、ネットワークシステムの電源システムとして、通信回線に接続された複数の太陽光発電電源システムと、日射量等の気象情報を測定し、太陽光発電電源システムに送信する情報源装置とを含む構成が開示されている。

　一方、太陽光発電で生じた電力を蓄電するとともに、変動する負荷の電力消費量に対応するために、リチウムイオン電池等からなる蓄電装置が用いられる。下記の特許文献２には、リチウムイオン電池の管理装置として、リチウムイオン電池の充放電電流の測定値、温度の測定値、商用電源の給電の情報に基づいて、リチウムイオン電池の充放電の状態を判断し、リチウムイオン電池の残存容量を算出することが開示されている。

特開２００８－１３６２５９号公報特開２００６－１４００９４号公報

　蓄電装置を構成するリチウムイオン電池その他の二次電池は、一般に単位セルと称される単位蓄電池の端子間電圧が１Ｖ～４Ｖ程度であり、その容量も比較的小さい。そこで、単位セルを複数個用いて蓄電池パックを構成し、さらに蓄電池パックを複数個用いて蓄電装置を構成することが必要となる。

　このように、複数の蓄電池パックを用いる場合、たとえ使用環境が同一であっても、充放電サイクルを繰り返すうちに蓄電池パックの個体差が顕在化して複数の蓄電池パックの特性にばらつきが生じ得る。従って、電力管理システムにおいて蓄電池を効率的に、かつ、安全に利用するためには、複数の蓄電池パックの特性ばらつきが生じることを前提とし、これを考慮して充放電を制御することが必要となる。

　本発明の目的は、蓄電池パックの特性ばらつきに応じた充放電制御を行うことができるシステムを提供することにある。

　本発明は、電力源からの電力により充電し、かつ蓄積した電力を負荷に放電する蓄電部の充放電を制御する電力管理システムであって、前記蓄電部に含まれる複数の蓄電池パック毎に充電情報を検出する検出手段と、検出した充電情報に応じ、検出した充電情報が所定の下限値と上限値の間にある場合に前記蓄電装置を充電及び放電がともに可能な充放電状態とし、検出した充電情報が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から充電のみ可能な充電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から放電のみ可能な放電状態に遷移させる制御手段とを備え、前記制御手段は、検出した複数の蓄電池パック毎の充電情報の最小値及び最大値を抽出し、前記最小値が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記充電状態に遷移させ、抽出した最大値が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記放電状態に遷移させることを特徴とする。

　本発明の１つの実施形態では、前記制御手段は、さらに、検出した充電情報が前記下限値よりも大きな第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値よりも小さい第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させる。

　また、本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、前記最大値が前記第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、前記最小値が前記第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させる。

　また、本発明のさらに別の実施形態では、前記制御手段は、前記最小値が前記第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、前記最大値が前記第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させる。

　また、本発明のさらに別の実施形態では、前記制御手段は、前記電力源と前記蓄電部とを接続する充電スイッチと、前記蓄電部と前記負荷とを接続する放電スイッチを含む電力系統切替部と、検出した充電情報に応じて前記充電スイッチと前記放電スイッチを切替制御し、充電スイッチ及び放電スイッチをともにオンすることで前記蓄電部を前記充放電状態に制御し、前記充電スイッチのみをオンすることで前記蓄電部を前記充電状態に制御し、前記放電スイッチのみをオンすることで前記蓄電部を前記放電状態に制御する電力管理部とを備える。

　また、本発明のさらに別の実施形態では、前記電力源は、外部商用電源と太陽光発電システムを含み、前記太陽光発電システムと前記蓄電部は前記充電スイッチ及び第１切替スイッチを介して接続され、前記外部商用電源及び前記蓄電部は第２切替スイッチを介して前記負荷に接続され、前記電力管理部は、前記充放電状態では前記充電スイッチをオンするとともに前記第１切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて充電可能とし、かつ、前記放電スイッチをオンするとともに前記第２切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて放電可能とし、前記充電状態では前記充電スイッチをオンするとともに前記第１切替スイッチを前記蓄電部側に切り替え、かつ、前記放電スイッチをオフするとともに前記第２切替スイッチを前記外部商用電源側に切り替えて充電可能とし、前記放電状態では前記充電スイッチをオフするとともに前記第１切替スイッチを外部商用電源側に切り替え、かつ、前記放電スイッチをオンするとともに前記第２切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて放電可能とすべく制御する。

　また、本発明は、電力源からの電力により充電し、かつ蓄積した電力を負荷に放電する蓄電部の充放電を制御する電力管理システムであって、前記蓄電部に含まれる複数の蓄電池パック毎に充電情報を検出する検出手段と、前記蓄電部を充電及び放電がともに可能な充放電状態、充電のみ可能な充電状態、あるいは放電のみ可能な放電状態とする制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段によって検出した充電情報に応じて、前記充放電状態、前記充電状態、あるいは前記放電状態を選択するとともに、現在時刻が予め決められた期間に含まれるとき、前記蓄電部の充電情報に関係なく前記蓄電部を前記充電状態とすることを特徴とする。

　本発明によれば、蓄電池パックのばらつきを考慮して蓄電部の充放電を制御でき、蓄電池パックの過充電及び過放電を防止しつつ効率的に外部電力を蓄電し、かつ、負荷に給電できる。

　また、本発明によれば、充放電状態、充電状態、放電状態間の状態遷移を安定して制御することができる。

電力管理システムの基本構成図である。蓄電池パックの内部構成図である。蓄電部の内部構成図である。充放電の状態遷移図である。充放電状態における電力供給の説明図である。充電状態における電力供給の説明図である。放電状態における電力供給の説明図である。電力管理部の詳細構成図である。状態遷移の時系列説明図である。電力管理部の他の詳細構成図である。状態遷移の他の時系列説明図である。充放電制御のフローチャートである。

　以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

１．システムの基本構成
　まず、本実施形態における電力管理システムの基本構成について説明する。

　図１に、本実施形態における電力管理システムの全体構成図を示す。電力管理システムは、外部商用電源１０に加えて電力源として太陽電池（太陽光発電システム）１２と、蓄電装置１４と、スイッチＳＷａ（第１切替スイッチ）１８と、ＳＷｂ（第２切替スイッチ）２８と、パワーコンディショナー２４と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６を含む。

　蓄電装置１４は、蓄電部１６と、電力系統切替回路２０と、電力管理部２２とを含む。

　蓄電部１６は、複数個の蓄電池パックから構成され、各蓄電池パックは複数個の単位セルから構成される。単位セルは、リチウムイオン二次電池から構成される。蓄電部１６の構成についてはさらに後述する。

　電力系統切替回路２０は、蓄電装置１４と太陽電池１２とを接続するか、あるいは蓄電装置１４と負荷（直流で動作する直流負荷）とを接続するかを切り替える回路である。蓄電装置１４と太陽電池１２とを接続するスイッチを充電スイッチ、蓄電装置１４と負荷とを接続するスイッチを放電スイッチと称する。蓄電装置１４の充電時には、充電スイッチをオンにし、放電スイッチをオフにする。蓄電装置１４の放電時には、充電スイッチをオフにし、放電スイッチをオンにする。蓄電装置１４の充放電時には、充電スイッチ及び放電スイッチをともにオンにする。蓄電装置１４の停止時には、充電スイッチ及び放電スイッチをともにオフにする。蓄電装置１４の充放電は、電力管理部２２からの指令により制御される。

　電力管理部２２は、蓄電部１６を構成する複数個の蓄電池パックの各蓄電池パックから充電情報を示すＳＯＣ（充電率）のデータを受信し、このＳＯＣのデータに基づいて電力系統切替回路に指令を出力して蓄電装置１４の充放電を制御する。また、電力管理部２２は、同時に、スイッチＳＷａ１８、及びスイッチＳＷｂ２８のオン／オフを制御する。

　スイッチＳＷａ１８は、太陽電池１２と蓄電装置１４及びパワーコンディショナー２４との間に配置され、太陽電池１２からの電力を蓄電装置１４あるいはパワーコンディショナー２４のいずれかに切り替えて出力する。蓄電装置１４の充電時には、電力管理部２２からの指令により、スイッチＳＷａ１８の接点は蓄電装置１４側に接続され、太陽電池１２からの電力は蓄電装置１４側に供給される。また、蓄電装置１４の放電時には、電力管理部２２からの指令により、スイッチＳＷａ１８の接点はパワーコンディショナー２４側に接続され、太陽電池１２からの電力はパワーコンディショナー２４に供給される。なお、スイッチＳＷａ１８は、蓄電装置１４に出力する場合とパワーコンディショナー２４に出力する場合とで、出力電圧を切り替えて出力する。蓄電装置１４側の電圧は高いほど安全設計が重要になることから低い電圧が望まれる。すなわち、パワーコンディショナー２４に求められる所望の入力電圧よりも、蓄電装置１４側の電圧を小さくすることで安全に充電を行なうことができる。具体的には、スイッチＳＷａ１８は、太陽電池１２を構成する複数の太陽電池モジュールの接続構成（直列／並列）を切替えるスイッチを含み、蓄電装置１４側に出力する場合に複数の太陽電池モジュールを並列接続にして出力し、パワーコンディショナー２４側に出力する場合に複数の太陽電池モジュールを直列接続にして出力する。

　また、スイッチＳＷｂ２８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６及び蓄電装置１４と直流負荷との間に配置され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６からの電力あるいは蓄電装置１４からの電力のいずれかを切り替えて直流負荷に出力する。蓄電装置１４の放電時には、電力管理部２２からの指令により、スイッチＳＷｂ２８の接点は蓄電装置１４側に接続され、蓄電装置１４からの電力が直流負荷に供給される。蓄電装置１４の充電時には、電力管理部２２からの指令により、スイッチＳＷｂ２８の接点はＡＣ／ＤＣコンバータ２６側に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６からの電力が直流負荷に供給される。なお、図示していないが、スイッチＳＷｂ２８と直流負荷との間にＤＣ－ＤＣコンバータが配置され、電圧を変換した上で直流負荷に供給される。

　パワーコンディショナー２４は、太陽電池１２からの直流電力を交流電力に変換するとともに、その位相を外部商用電源１０の位相に整合させて出力する。パワーコンディショナー２４からの交流電力は、外部商用電源１０側に供給されるか（いわゆる売電）、あるいは図示しない交流負荷に供給される。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、外部商用電源１０からの交流電力、あるいはパワーコンディショナー２４から出力された太陽電池１２からの電力を直流電力に変換してスイッチＳＷｂ２８に出力する。

　外部商用電源１０は、単相あるいは三相の交流電力源であり、水力発電、火力発電、原子力発電等の発電方式を組み合わせて外部の電力会社から供給される。

　太陽電池１２は、複数の太陽電池モジュールを接続した、例えば数十ＫＷの発電能力を有する太陽光発電システムである。

　直流負荷は、例えば工場設備内の照明、サーバやパーソナルコンピュータ等の事務機器である。

　図２に、蓄電部１６を構成する蓄電池パック１７の内部構成を示す。蓄電池パック１７は、複数のリチウムイオン単位セル１６ａを直列及び並列に接続して構成される。すなわち、例えば、複数の単位セル１６ａを２４個並列に接続し、これらを１３段直列に接続して構成される。蓄電池パック１７は、これら複数個の単位セルに加え、パラメータ算出部１６ｂを含むパック情報制御部１６ｃから構成される。

　パラメータ算出部１６ｂは、単位セルが並列接続されている各段毎の電圧値を測定すると共に、蓄電池パックの＋－電極間の電流値及び電圧値、蓄電池パックのＳＯＣ、蓄電池パック毎の温度を測定してパック情報制御部１６ｃに出力する。ここで、ＳＯＣは、満充電容量に対する放電可能容量（残存容量）の比を百分率で表したパラメータである。ＳＯＣは、蓄電池パックに流れる充放電電流の積算値から求める他、予め決定された蓄電池パックの開放端電圧とＳＯＣとの関係を示す計算式あるいはテーブルを参照することにより求めることができる。蓄電池パックには内部抵抗が存在するため、蓄電池パックに充放電電流が流れている場合には、上記の内部抵抗による電圧降下を考慮して、蓄電池パックの＋－電極間の電圧から蓄電池パックの開放端電圧を求める必要がある。また、上記の内部抵抗は温度、使用頻度によっても変化することから、上記の計算式あるいはテーブルに温度、使用頻度をパラメータとして含めることで、より精度の高いＳＯＣを求めることができる。

　図３に、蓄電部１６及び電力系統切替回路２０の内部構成を示す。蓄電部１６は、図２に示す蓄電池パック１７を複数個直列及び並列に接続して構成される。すなわち、例えば、複数の蓄電池パック１７を２個直列に接続し、これらを互いに３列並列に接続して構成される。各蓄電池パック１７のパック情報制御部１６ｃからのデータ、すなわち、単位セルが並列接続されている各段毎の電圧値、蓄電池パックの電流値及び電圧値、蓄電池パックのＳＯＣ、蓄電池パックの温度は通信ラインを介して電力管理部２２に出力される。電力管理部２２は、既述したように、蓄電池パック毎のＳＯＣに基づいて蓄電装置１４の充放電を制御する。

２．システムの基本充放電制御
　次に、以上のような構成において、システムの基本的な充放電制御について説明する。

　図４に、蓄電装置１４の充放電状態の状態遷移図を示す。蓄電装置１４は、デフォルト状態では充放電状態にある。充放電状態とは、太陽電池１２からの電力で充電するとともに、蓄電した電力を負荷に放電する状態である。図５に、図１の構成における充放電状態を示す。スイッチＳＷａ１８の接点は蓄電装置１４側に切り替えられ、電力系統切替回路２０の充電スイッチ及び放電スイッチはともにオンされる。また、スイッチＳＷｂ２８の接点は蓄電装置１４側に切り替えられる。太陽電池１２で発電した電力はスイッチＳＷａ１８、電力系統切替回路２０を介して蓄電装置１４の蓄電部１６に供給され充電される。これと共に、蓄電部１６に蓄電された電力は電力系統切替回路２０、スイッチＳＷｂ２８を介して負荷に供給され放電される。なお、曇天や雨天、夜間において太陽電池１２での発電電力がゼロもしくはこれに近い場合においても、充放電状態はそのまま維持される。

　再び図４に戻り、以上のような充放電状態をデフォルト状態とし、この状態から一定の条件が満たされた場合に、充電状態に遷移する。一定条件とは、蓄電部１６のＳＯＣが低下して充電する必要がある条件である。充放電状態から充電状態への遷移を、便宜上、遷移Ｉと称する。図６に、図１の構成における充電状態を示す。スイッチＳＷａ１８の接点は蓄電装置１４側に切り替えられ、電力系統切替回路２０の充電スイッチはオン、放電スイッチはオフされる。スイッチＳＷｂ２８の接点はＡＣ／ＤＣコンバータ２６側に切り替えられる。太陽電池１２で発電した電力はスイッチＳＷａ１８、電力系統切替回路２０を介して蓄電装置１４の蓄電部１６に供給され充電される。また、外部商用電源１０からの交流電力はＡＣ／ＤＣコンバータ２６で直流電力に変換され、スイッチＳＷｂ２８を介して直流負荷に供給される。すなわち、蓄電装置１４の充電状態では、直流負荷に必要な電力は外部商用電源１０から供給される。

　一方、充電状態から一定条件が満たされた場合、充放電状態に復帰する。一定条件とは、蓄電部１６のＳＯＣが所望の範囲内にあって充放電し得る条件である。充電状態から充放電状態への遷移を、便宜上、遷移ＩＩと称する。

　また、充放電状態から一定の条件が満たされた場合に、放電状態に遷移する。一定条件とは、蓄電部１６のＳＯＣが増大して充電する必要がなくなる条件である。充放電状態から放電状態への遷移を、便宜上、遷移ＩＩＩと称する。図７に、図１の構成における放電状態を示す。スイッチＳＷａ１８の接点はパワーコンディショナー２４側に切り替えられ、電力系統切替回路２０の充電スイッチはオフ、放電スイッチはオンされる。また、スイッチＳＷｂ２８の接点は蓄電装置１４側に切り替えられる。蓄電部１６に蓄電された電力は電力系統切替回路２０、スイッチＳＷｂ２８を介して負荷に供給され放電される。また、太陽電池１２で発電した電力がある場合には、太陽電池１２からの電力はパワーコンディショナー２４で交流電力に変換されて交流系統に出力される。この電力は外部の電力会社に売電してもよく、あるいは、図示しない交流負荷に供給される。

　以上のような放電状態から一定条件が満たされた場合、充放電状態に復帰する。一定条件とは、蓄電部１６のＳＯＣが所望の範囲内にあって充放電し得る条件である。放電状態から充放電状態への遷移を、便宜上、遷移ＩＶと称する。

　以上のように、蓄電装置１４の充放電は、蓄電部１６におけるＳＯＣに応じて決定されるが、蓄電部１６は複数の蓄電池パック１７から構成され、充放電を繰り返すうちに蓄電池パック１７の個性が顕在化してその特性ばらつきが生じる。具体的には、各電池パック１７毎にそのＳＯＣにばらつきが生じる。そこで、本実施形態の電力管理部２２は、蓄電部１６内の複数の蓄電池パックのＳＯＣのばらつきを考慮し、その最大値と最小値を抽出し、抽出した最大値と最小値に基づいて充放電を制御する。

　以下、ＳＯＣを用いた充放電制御について、詳細に説明する。

３．ＳＯＣに基づく充放電制御
　図８に、電力管理部２２の詳細構成ブロック図を示す。電力管理部２２は、ＳＯＣ保持メモリ２２ａと、最大値算出部２２ｂと、最小値算出部２２ｃと、状態遷移管理部２２ｄと、充放電制御部２２ｅを含む。

　ＳＯＣ保持メモリ２２ａは、蓄電池パック１７内のパック情報制御部１６ｃ（図２を参照）から供給される蓄電池パック１７毎のＳＯＣを保持する。蓄電部１６内に２直列３並列の合計６個の蓄電池パック１７が存在する場合、合計６個のＳＯＣのデータがＳＯＣ保持メモリ２２ａに記憶される。各蓄電池パック１７内のパラメータ算出部１６ｂ（図２を参照）は、所定の制御タイミングで周期的に蓄電池パック１７のＳＯＣを算出してパック情報制御部１６ｃに供給し、パック情報制御部１６ｃは、これに応じて周期的に蓄電池パック１７のＳＯＣを電力管理部２２に供給する。ＳＯＣ保持メモリ２２ａは、周期的に供給される合計６個のＳＯＣを順次記憶していく。これら蓄電池パック毎のＳＯＣデータを、ＳＯＣ１、ＳＯＣ２、・・・、ＳＯＣ６と称する。

　最大値算出部２２ｂは、ＳＯＣ保持メモリ２２ａに記憶されたＳＯＣデータの中から、最大値を抽出する。

　最小値算出部２２ｃは、ＳＯＣ保持メモリ２２ａに記憶されたＳＯＣデータの中から、最小値を抽出する。

　状態遷移管理部２２ｄは、抽出された最大値と最小値に基づいて、蓄電装置１４の状態を充放電状態、充電状態、放電状態のいずれにするかを決定する。具体的には、最大値及び最小値をそれぞれ基準レベルと大小比較し、比較結果に基づいて状態を決定する。基準レベルは、ＳＯＣの上限値及びＳＯＣの下限値を含み、さらに状態遷移しきい値を含む。蓄電部１６のＳＯＣは、リチウムイオン二次電池の寿命を考慮して、充放電深度を浅くして使用し、例えば、４０％～９０％の範囲で使用することが好適である。そこで、ＳＯＣの下限値を４０％、上限値を９０％とし、抽出した最大値及び最小値が４０％以上９０％以下の範囲内にある場合には充放電状態とし、最小値が４０％未満の場合には充電状態としてＳＯＣを増大させ、最大値が９０％を超える場合には放電状態としてＳＯＣを低下させる。しかしながら、単に上限と下限を設定して充放電、充電、放電を切り替えたのでは、制御が不安定になる。例えば、下限を４０％とし、最小値が４０％未満の場合に充電、４０％以上の場合に充放電とすると、最小値が３９％となったため充電状態に遷移し、その後充電が進んで最小値が４０％に達した時点で充放電状態に遷移してしまい、放電により再び最小値が４０％未満となって充電状態に遷移してしまう事態が生じ得る。そこで、状態遷移しきい値として例えば６０％を設定し、この状態遷移しきい値を用いて状態遷移の可否を決定する。

　より具体的に説明すると以下のとおりである。
＜遷移Ｉ＞
　充放電状態から充電状態への遷移であり、最小値が４０％未満となった場合に遷移する。
＜遷移ＩＩ＞
　充電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最大値が６０％に達した場合に放電を開始して充放電状態に遷移する。
＜遷移ＩＩＩ＞
　充放電状態から放電状態への遷移であり、最大値が９０％を超える場合に遷移する。
＜遷移ＩＶ＞
　放電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最小値が６０％に達した場合に充電を開始して充放電状態に遷移する。

　このように、充放電状態から充電状態あるいは放電状態に移行する場合のしきい値と、充電状態あるいは放電状態から充放電状態に復帰する場合のしきい値を異なる値とするヒステリシス特性をもたせることで、状態遷移を安定化することが可能である。また、上記２つのしきい値と比較するＳＯＣを、最大値を使用する場合と最小値を使用する場合とを切り替えることで、ヒステリシス特性を持たせて状態遷移を安定化することが可能である。

　図９に、本実施形態における状態遷移の様子を時系列的に示す。図９（ａ）はデフォルト状態であり、蓄電部１６のＳＯＣ１～ＳＯＣ６のうちの最小値（ｍｉｎ）及び最大値（ｍａｘ）がともに４０％以上９０％未満の範囲内にあり、充放電状態にある。なお、ＳＯＣの範囲は図において符号１００で示す範囲である。この範囲１００は、図９にわたってほぼ一定として示されているが、充放電が繰り返されるに従って各蓄電池パック１７の個性により変動し得るものである。

　図９（ａ）の状態から放電が進行し、図９（ｂ）に示すようにＳＯＣの最小値ｍｉｎが４０％未満になると、デフォルト状態である充放電状態から充電状態に遷移する。このとき、最大値ｍａｘは４０％以上であっても最小値ｍｉｎが４０％未満であれば充電状態に遷移する点に留意されたい。これにより、最小値ｍｉｎを示す蓄電池パック１７の過放電が防止される。

　図９（ｂ）の状態から充電が進行し、図９（ｃ）に示すようにＳＯＣの最大値ｍａｘが６０％に達すると、放電を開始し、充電状態から充放電状態に復帰する。最小値ｍｉｎが４０％に達した時点で放電を開始するのではない点に留意されたい。

　また、図９（ｃ）の状態あるいは図９（ａ）の状態から充電が進行し、図９（ｄ）に示すようにＳＯＣの最大値が９０％以上となると、充放電状態から放電状態に遷移する。このとき、最小値ｍｉｎは９０％以下であっても最大値ｍａｘが９０％を超えれば放電状態に遷移する点に留意されたい。これにより、最大値ｍａｘを示す蓄電池パック１７の過充電が防止される。

　図９（ｄ）の状態から放電が進行し、図９（ｅ）に示すようにＳＯＣの最小値ｍｉｎが６０％に達すると、充電を開始し、放電状態から充放電状態に復帰する。最大値ｍａｘが９０％に達した時点で充電を開始するのではない点に留意されたい。

　なお、上記の遷移は一例であり、他の遷移も可能である。例えば、
＜遷移Ｉ＞
　充放電状態から充電状態への遷移であり、最小値が４０％未満となった場合に遷移する。
＜遷移ＩＩ＞
　充電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最小値が６０％に達した場合に放電を開始して充放電状態に遷移する。
＜遷移ＩＩＩ＞
　充放電状態から放電状態への遷移であり、最大値が９０％を超える場合に遷移する。
＜遷移ＩＶ＞
　放電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最大値が６０％に達した場合に充電を開始して充放電状態に遷移する。
としてもよい。

　基準レベル（上限値、下限値、状態遷移しきい値）は、予め状態遷移管理部２ｄの内部メモリに記憶してもよく、あるいは電力管理部２２内のメモリから読み出して供給してもよい。基準レベルは、必ずしも固定である必要はなく、ユーザが適宜、工場施設の環境、稼動状況に応じて調整可能としてもよい。状態遷移管理部２２ｄは、以上のようにして状態を決定し、充放電制御部２２ｅに出力する。

　充放電制御部２２ｅは、決定された状態に基づいて充電指令あるいは放電指令を電力系統切替回路２０、スイッチＳＷａ１８、ＳＷｂ２８に出力して充放電を制御する。

　このように、蓄電部１６の各蓄電池パック内のＳＯＣのばらつきを考慮し、その最大値と最小値を用いて充放電の状態を決定することで、蓄電部１６の過放電及び過充電を確実に防止することができる。

４．停電時のＳＯＣに基づく充放電制御
　上記のように、直流負荷には、蓄電装置１４からの電力あるいは外部商用電源１０からの電力が供給されるが、外部商用電源１０が停電時には蓄電装置１４からの電力で賄うことになる。従って、平常時には蓄電部１６のＳＯＣが４０％以上９０％以下の範囲内となるように充放電を制御するところ、停電時には一時的にこの制御範囲を変更することが好適である。例えば、ＳＯＣの下限値を４０％から１０％に下方変更する等である。また、下限値の変更に伴い、状態遷移しきい値も同時に変更することも好適である。

　図１０に、この場合の電力管理部２２の詳細構成ブロック図を示す。基本構成は図８に示す構成と同一であるが、状態遷移管理部２２ｄには外部商用電源１０の状態を監視する装置からの停電検出信号が供給され、状態遷移管理部２２ｄは停電検出信号に応じて基準レベルを一時的に変更して状態を決定する。基準レベルは上限値、下限値、状態遷移しきい値であるが、状態遷移管理部２２ｄは、下限値及び状態遷移しきい値をそれぞれ下方変更する。例えば、下限値を４０％から１０％に下方変更し、状態遷移しきい値を６０％から３０％に下方変更する。

　従って、この場合の状態遷移は以下のようになる。

　＜遷移Ｉ＞
　充放電状態から充電状態への遷移であり、最小値が１０％未満となった場合に遷移する。
＜遷移ＩＩ＞
　充電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最大値が３０％に達した場合に放電を開始して充放電状態に遷移する。
＜遷移ＩＩＩ＞
　充放電状態から放電状態への遷移であり、最大値が９０％を超える場合に遷移する。
＜遷移ＩＶ＞
　放電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最小値が６０％に達した場合に充電を開始して充放電状態に遷移する。

　遷移Ｉにおける４０％が１０％に変更され、遷移ＩＩにおける６０％が３０％に変更されている点に留意されたい。

　図１１に、停電時の状態遷移の様子を時系列的に示す。図１１（ａ）の充放電状態から放電が進行し、図１１（ｂ）に示すようにＳＯＣの最小値ｍｉｎが１０％未満になると、デフォルト状態である充放電状態から充電状態に遷移する。平常時（非停電時）には４０％未満で充電状態に遷移するところ、それよりも放電が進行した状態の１０％未満となった時点で充電状態に移行する。従って、ＳＯＣの最小値ｍｉｎが４０％未満であっても１０％以上であれば充放電状態のままであり、放電により直流負荷に電力を供給できる。

　図１１（ｂ）の状態から充電が進行し、図１１（ｃ）に示すようにＳＯＣの最大値ｍａｘが３０％に達すると、放電を開始し、充電状態から充放電状態に復帰する。平常時には６０％に達した時点で充放電状態に遷移するところ、３０％に達した時点で充放電状態に遷移することで、より早いタイミングで放電により直流負荷に電力を供給できる。勿論、このタイミングで充放電状態に遷移し、放電することでＳＯＣが低下することもあり得るが、最小値ｍｉｎが１０％未満になるまでは充放電状態が維持されるので、結果として直流負荷に電力を供給し続けることができ、停電時であっても直流負荷を安定的に駆動できる。

　また、図１１（ｃ）の状態あるいは図１１（ａ）の状態から充電が進行し、図１１（ｄ）に示すようにＳＯＣの最大値が９０％を超える場合に、充放電状態から放電状態に遷移する。

　図１１（ｄ）の状態から放電が進行し、図１１（ｅ）に示すようにＳＯＣの最小値ｍｉｎが６０％に達すると、充電を開始し、放電状態から充放電状態に復帰する。

　あるいは、他の遷移も可能である。例えば、
＜遷移Ｉ＞
　充放電状態から充電状態への遷移であり、最小値が１０％未満となった場合に遷移する。
＜遷移ＩＩ＞
　充電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最小値が３０％に達した場合に放電を開始して充放電状態に遷移する。
＜遷移ＩＩＩ＞
　充放電状態から放電状態への遷移であり、最大値が９０％を超える場合に遷移する。
＜遷移ＩＶ＞
　放電状態から充放電状態への復帰遷移であり、最大値が６０％に達した場合に充電を開始して充放電状態に遷移する。
としてもよい。

　このように、充放電状態から充電状態への遷移の下限値を１０％とすることで、４０％の場合よりも充放電状態を継続することができ、これによって停電時においても蓄電装置１４から直流負荷に電力をより長く供給することができる。遷移の下限値を１０％とすることで、その分だけリチウムイオン二次電池の負担が増大するが、停電の発生頻度を考慮すると電池寿命への悪影響は小さいといえる。

　停電時におけるＳＯＣに基づく充放電制御を要約すると、以下の通りである。

　電力源からの電力により充電し、かつ蓄積した電力を負荷に放電する蓄電部の充放電を制御する電力管理システムであって、前記蓄電部に含まれる複数の蓄電池パック毎に充電情報を検出する検出手段と、検出した充電情報に応じ、検出した充電情報が所定の下限値と上限値の間にある場合に前記蓄電装置を充電及び放電がともに可能な充放電状態とし、検出した充電情報が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から充電のみ可能な充電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から放電のみ可能な放電状態に遷移させる制御手段を備え、前記制御手段は、検出した複数の蓄電池パック毎の充電情報の最小値及び最大値を抽出し、前記最小値が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記充電状態に遷移させ、抽出した最大値が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記放電状態に遷移させるものであり、前記電力源に含まれる外部商用電源が停電であることを検出すると、前記下限値を下方変更する。

　また、電力源からの電力により充電し、かつ蓄積した電力を負荷に放電する蓄電部の充放電を制御する電力管理システムであって、前記蓄電部に含まれる複数の蓄電池パック毎に充電情報を検出する検出手段と、検出した充電情報に応じ、検出した充電情報が所定の下限値と上限値の間にある場合に前記蓄電装置を充電及び放電がともに可能な充放電状態とし、検出した充電情報が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から充電のみ可能な充電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から放電のみ可能な放電状態に遷移させる制御手段を備え、前記制御手段は、検出した複数の蓄電池パック毎の充電情報の最小値及び最大値を抽出し、前記最小値が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記充電状態に遷移させ、抽出した最大値が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記放電状態に遷移させるものであり、さらに、検出した充電情報が前記下限値よりも大きな第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値よりも小さい第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させるものであり、前記電力源に含まれる外部商用電源が停電であることを検出すると、前記下限値を下方変更するとともに前記第１しきい値を下方変更する。

５．変形例
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

　例えば、図８、図９の例において、充放電の状態を決定するための基準レベルとして、上限値、下限値、状態遷移しきい値を例示したが、状態遷移しきい値として、遷移ＩＩ用のしきい値（第１しきい値）と遷移ＩＶ用のしきい値（第２しきい値）の２つを用いてもよい。例えば、状態遷移しきい値を６０％と一義的に設定するのではなく、遷移ＩＩ用のしきい値を５０％とし、遷移ＩＶ用のしきい値を７０％とする等である。要するに、（遷移ＩＩ用のしきい値）＞（下限値）を満たし、（遷移ｌＶ用のしきい値）＜（上限値）を満たすように設定すればよい。

　また、図１０、図１１の例において、遷移ＩＩ用のしきい値＝３０％、遷移ＩＶ用のしきい値＝６０％であり、遷移ＩＩ用のしきい値は下限値が４０％から１０％に下方変更されたことに伴って６０％から３０％に下方変更されているものの、遷移ＩＶ用のしきい値は上限値が９０％のまま維持されていることから同様に６０％のまま維持されているが、上限値も９０％から例えば９５％に上方に変更し、これに伴って遷移ＩＶ用のしきい値も６０％から例えば８０％に上方に変更してもよい。また、図１０、図１１の例において、下限値の４０％から１０％に下方変更されたことに伴って、遷移ＩＩ用のしきい値を６０％から３０％に下方変更したが、６０％のまま維持してもよい。

　また、本実施形態において、太陽電池（太陽光発電システム）１２は例示であり、これ以外にも太陽熱を利用した熱電システム、風力発電、波力発電等の自然エネルギあるいは再生可能エネルギを用いることができる。

　さらに、本実施形態では、蓄電部１６に含まれる複数の蓄電池パック１７毎の充電情報として満充電状態を１００とした相対的な充電率ＳＯＣ（％）を用いているが、充電率ＳＯＣ（％）に代えて残存容量値（Ａ・ｈ）を用いてもよい。

６．時刻情報に基づく充放電制御
　以下には、既に説明したＳＯＣに基づく充放電制御に加え、時刻情報に基づいて充放電制御を行う方法を説明する。図１２に、ＳＯＣに基づく充放電制御と時刻情報に基づく充放電制御とを実行するときのフローチャートを示す。電力管理部２２が、以下に記載の時刻情報に基づいた充放電制御を行う。

　ステップＳ５１では、複数の蓄電池パック１７の電圧にばらつきがあるかどうかを判定する。複数の蓄電池パック１７は、充放電を繰り返すうちに個性が顕在化してその特性ばらつきが生じる可能性がある。ばらつきが起こっている状態で強制的に充電状態または放電状態にすると、特定の蓄電池パック１７が過充電または過放電となる恐れがある。

　そこで、ステップＳ５１においてばらつきがあると判定された場合はステップＳ５３へ移行し、複数の蓄電池パック１７の電圧のばらつきを解消するよう制御する。例えば、図３に記載の放電スイッチ及び充電スイッチをオフにすることによって、複数の蓄電池パック１７の電圧のばらつきを解消させる。放電スイッチおよび充電スイッチをオフにすることによって、高い電圧の蓄電池パック１７から低い電圧の蓄電池パック１７に電流が流れ、電圧のばらつきが縮小する。ステップＳ５１においてばらつきがないと判定されるまで、ばらつきの解消の制御が行われる。複数の蓄電池パック１７のばらつきの判定は、蓄電池パック１７毎の電圧値を取得し、その最大値と最小値の差が所定のしきい値より大きい場合に、ばらつきがあると判定する

　ステップＳ５１において複数の蓄電池パック１７の電圧にばらつきがないと判定された場合、ステップＳ５５へ移行し、時刻情報を用いた制御を開始する。

　電力管理部２２には、時刻１及び時刻２を予め設定する。ステップＳ５７では、現在時刻が時刻１及び時刻２で決められる期間に含まれるか否かを判定する。

　ステップＳ５７において現在時刻が予め決められる期間に含まれる場合、ステップＳ５９へ移行する。ステップＳ５９では、蓄電部１６のＳＯＣに関係なく、強制的に充電状態となるよう制御する。時刻１及び時刻２で決められる期間が太陽電池１２によって発電可能な時間の場合、ステップＳ５７での充電は、太陽電池１２のみによる充電を行うことが好適である。

　ステップＳ５７において現在時刻が予め決められる期間に含まれない場合、ステップＳ６１へ移行する。ステップＳ６１では、現在時刻を用いた充放電制御を行わず、ＳＯＣに基づく充放電制御（通常の充放電制御）を継続する。

　ステップＳ５１～Ｓ６１の制御を繰り返し行うことによって、時刻１及び時刻２で決められる期間になると蓄電部１６のＳＯＣに関係なく強制的に充電状態とし、それ以外の期間は通常のＳＯＣに基づいた充放電制御を行うことができる。

　図１２に記載の充放電制御を行うことによって、太陽電池１２によって発電される電力を効率的に蓄電部１６に蓄えることができる。例えば、太陽電池１２の発電電力が１日のうちで最も大きい時間を含むように時刻１及び時刻２を設定すると、短い時間で多くの電力を蓄電部１６に充電することができる。

　また、１日のうちで直流負荷による電力消費が少ない時間を含むように時刻１及び時刻２を設定すると、太陽電池１２から蓄電部１６に充電された電力を、電力消費の多い時間に使用することができる。これによって、外部商用電源１０の電力消費の変化を抑え、ピーク時の外部商用電源１０の電力消費を小さくすることができる。

　図１２のフローチャートに基づく充放電制御では、１組の時刻１及び時刻２を用いた制御を説明したが、複数組の時刻１及び時刻２を用いた制御をおこなってもよい。また、時刻１から時刻２の期間の充電は太陽電池１２の発電を用いることを説明したが、その他の自然エネルギあるいは再生可能エネルギを用いてもよい。その場合、そのエネルギ源に適した時刻１及び時刻２を設定することが好適である。

　１０　外部商用電源、１２　太陽電池（太陽光発電システム）、１４　蓄電装置、１６　蓄電部、１７　蓄電池パック、１８　スイッチＳＷａ（第１切替スイッチ）、２０　電力系統切替回路、２２　電力管理部、２４　パワーコンディショナー、２６　ＡＣ／ＤＣコンバータ、２８　スイッチＳＷｂ（第２切替スイッチ）。

Claims

　電力源からの電力により充電し、かつ蓄積した電力を負荷に放電する蓄電部の充放電を制御する電力管理システムであって、
　前記蓄電部に含まれる複数の蓄電池パック毎に充電情報を検出する検出手段と、
　検出した充電状態に応じ、検出した充電情報が所定の下限値と上限値の間にある場合に前記蓄電部を充電及び放電がともに可能な充放電状態とし、検出した充電情報が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から充電のみ可能な充電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から放電のみ可能な放電状態に遷移させる制御手段と、
　を備えることを特徴とする電力管理システム。
　請求項１記載の電力管理システムにおいて、
　前記制御手段は、検出した複数の蓄電池パック毎の充電情報の最小値及び最大値を抽出し、前記最小値が前記下限値より小さい場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記充電状態に遷移させ、抽出した最大値が前記上限値を超える場合に前記蓄電部を前記充放電状態から前記放電状態に遷移させる
　ことを特徴とする電力管理システム。
　請求項２記載の電力管理システムにおいて、
　前記制御手段は、さらに、検出した充電情報が前記下限値よりも大きな第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、検出した充電情報が前記上限値よりも小さい第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させる
　ことを特徴とする電力管理システム。
　請求項３記載の電力管理システムにおいて、
　前記制御手段は、前記最大値が前記第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、前記最小値が前記第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させる
　ことを特徴とする電力管理システム。
　請求項３記載の電力管理システムにおいて、
　前記制御手段は、前記最小値が前記第１しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記充電状態から前記充放電状態に遷移させ、前記最大値が前記第２しきい値に達した場合に前記蓄電部を前記放電状態から前記充放電状態に遷移させる
　ことを特徴とする電力管理システム。
　請求項１～５のいずれかに記載の電力管理システムにおいて、
　前記制御手段は、
　前記電力源と前記蓄電部とを接続する充電スイッチと、前記蓄電部と前記負荷とを接続する放電スイッチを含む電力系統切替部と、
　検出した充電情報に応じて前記充電スイッチと前記放電スイッチを切替制御し、充電スイッチ及び放電スイッチをともにオンすることで前記蓄電部を前記充放電状態に制御し、前記充電スイッチのみをオンすることで前記蓄電部を前記充電状態に制御し、前記放電スイッチのみをオンすることで前記蓄電部を前記放電状態に制御する電力管理部と、
　を備えることを特徴とする電力管理システム。
　請求項６記載の電力管理システムにおいて、
　前記電力源は、外部商用電源と太陽光発電システムを含み、
　前記太陽光発電システムと前記蓄電部は前記充電スイッチ及び第１切替スイッチを介して接続され、
　前記外部商用電源及び前記蓄電部は第２切替スイッチを介して前記負荷に接続され、
　前記電力管理部は、前記充放電状態では前記充電スイッチをオンするとともに前記第１切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて充電可能とし、かつ、前記放電スイッチをオンするとともに前記第２切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて放電可能とし、前記充電状態では前記充電スイッチをオンするとともに前記第１切替スイッチを前記蓄電部側に切り替え、かつ、前記放電スイッチをオフするとともに前記第２切替スイッチを前記外部商用電源側に切り替えて充電可能とし、前記放電状態では前記充電スイッチをオフするとともに前記第１切替スイッチを外部商用電源側に切り替え、かつ、前記放電スイッチをオンするとともに前記第２切替スイッチを前記蓄電部側に切り替えて放電可能とすべく制御する
　ことを特徴とする電力管理システム。
　請求項１記載の電力管理システムであって、
　前記制御手段は、現在時刻が予め決められた期間に含まれるとき、前記蓄電部の充電情報に関係なく前記蓄電部を前記充電状態とする
　ことを特徴とする電力管理システム。
　電力源からの電力により充電し、かつ蓄積した電力を負荷に放電する蓄電部の充放電を制御する電力管理システムであって、
　前記蓄電部に含まれる複数の蓄電池パック毎に充電情報を検出する検出手段と、
　前記蓄電部を充電及び放電がともに可能な充放電状態、充電のみ可能な充電状態、あるいは放電のみ可能な放電状態とする制御手段と、
　を備え、前記制御手段は、
　前記検出手段によって検出した充電情報に応じて、前記充放電状態、前記充電状態、あるいは前記放電状態を選択するとともに、
　現在時刻が予め決められた期間に含まれるとき、前記蓄電部の充電情報に関係なく前記蓄電部を前記充電状態とする
　を備えることを特徴とする電力管理システム。
　請求項９記載の電力管理システムであって、
　前記電力源は、外部商用電源と太陽光発電システムを含み、
　前記現在時刻が前記予め決められた期間に含まれるときの前記充電状態は、前記太陽光発電システムでの発電電力を前記蓄電部に充電することを特徴とする電力管理システム。