WO2012128252A1 - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

本発明の蓄電システム１０は、制御装置１６－１～１６－５によって、連系システム１７－１～１７－５の蓄電池モジュールへの過去の少なくとも充電回数又は放電回数のいずれか一方の回数によってそれぞれの連系システム１７－１～１７－５を順位付け、放電時には、充電されている連系システムのうち、前記回数が少ない連系システムから順に放電させるとともに、充電時には、充電を要すると判断される連系システムのうち、前記回数が少ない連系システムから順に各々が目標充電容量となるまで充電を行うように制御する。これにより、蓄電池モジュール及び電力変換装置を含む連系システムを複数台連系させた蓄電システムにおいて、各々の蓄電システムの充放電回数が平準化される。

Description

蓄電システム

　本発明は、蓄電池モジュール及び電力変換装置を含む連系システムを同一の系統に複数接続させた蓄電システムにおいて、複数の蓄電池モジュールの充放電回数を平準化させ、充電時間を短縮して放電時に確実に電力需要に備える蓄電システムに関する。

　従来から、商用電源（系統）と各負荷との間に蓄電池モジュールと電力変換装置（パワーコンディショナとも称される）が組み込まれた連系システムを接続し、この連系システムを通信システムやコンピュータシステム等の停電時におけるバックアップ電源として使用することが行われていた。近年に至り、大型の太陽電池、風力発電機、波力発電機等、発電量の変動が大きい分散電源と連系システムとを接続し、分散電源によって発電された電力を蓄電池モジュールに貯蔵し、この蓄電池モジュールの電力を直交変換して系統に供給することが行われている。

　さらに、各家庭に設置された太陽電池やマイクロ風力発電機と連系システムとを接続し、これらの発電機によって発電された電力を一時的に蓄電池モジュールに貯蔵し、家庭内でエアコンや電子レンジ等の大電力が使用されるときの補助電力として使用したり、余った電力を系統に逆潮流させることも行われている。このような連系システムを採用すると、系統から瞬間的に大電力が使用されることを抑制することができるとともに、系統が停電を起こした場合には連系システムに貯蔵した電力を家庭内の使用機器の電力として用いる非常用電源ないし無停電電源装置として使用することもできる。しかも、蓄電池モジュールに対して夜間に系統から充電すれば、昼間の電力需要のピーク時に放電することによって、系統の電力の使用量の平準化を図ることができる。

　このような連系システムで使用される蓄電池モジュールは、充放電を繰り返すと、寿命が短くなることが知られている。そのため、連系システムの蓄電池モジュールの寿命を長くするための構成が、下記特許文献１に示されている。下記特許文献１の蓄電システムは、連系システムを複数台連系させた構成であり、個々の蓄電池モジュールの充放電を穏やかな条件で行う。これにより、蓄電池モジュールが過充電状態ないし過放電状態となって寿命が短くなることを防止する。

　具体的には、下記特許文献１に開示されている電力バッファ装置システム５０は、図６に示されているように、系統５１と直流母線５２との間で電力の交流直流変換を行う交直変換装置５３と、直流母線５２と負荷５４ａ、５４ｂとの間で電力の直流交流変換を行うインバータ５５と、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して直流母線５２に接続される瞬発力型電力バッファ５７と、瞬発力型電力バッファ５７に並列に第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８を介して直流母線５２に接続される持続力型電力バッファ５９と、制御装置６０とを備える。制御装置６０は、負荷５４ａ、５４ｂが急激に変化するとき、変化分を瞬発力型電力バッファ５７に充放電する。

　なお、瞬発力型電力バッファ５７としては、瞬間的な充放電が可能な例えば電気二重層キャパシタが用いられる。持続力型電力バッファ５９としては、大量の電力の貯蔵が可能な例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ＮａＳ電池、ニッケル水素電池などの蓄電池が用いられる。

　電力バッファ装置システム５０は、瞬間力型電力バッファ５７を備えることにより、負荷５４ａ、５４ｂに急激な変化が生じても、その変化分を瞬間力型電力バッファ５７で吸収することができ、持続力型電力バッファ５９での急激な充放電を避けることができる。これにより、持続力型電力バッファ５９の充放電寿命の劣化を抑制することができる。

　さらに、このような蓄電システムにおいては、蓄電池モジュールは電力変換装置及び充放電制御装置を用いて充電及び放電が制御されている。例えば、下記特許文献２には、太陽電池と蓄電池モジュールと商用電力系統の３つの電源をパワーコンディショナによって制御する蓄電システムが開示されている。この蓄電システムで用いられているパワーコンディショナ７０は、図７に示すように、商用電力系統７１に家庭内負荷７２が接続され、太陽電池等の直流電源７３及び蓄電池モジュールを含む蓄電手段７４からパワーコンディショナ７０を経由し、スイッチＳａを介して出力された交流電力のうち、家庭内負荷７２で消費されない余剰電力分が、商用電力系統７１側に逆潮流される構成となっている。

　パワーコンディショナ７０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７５、インバータ回路７６、充放電回路７７を備えている。直流電源７３の直流電力は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７５によって昇圧され、インバータ回路７６により、直流母線７８の直流電力を商用周波数の交流電力に変換して、例えば単相２００Ｖの商用電力系統７１に出力する。蓄電手段７４は充放電回路７７によって充電又は放電され、ＤＣ－ＤＣコンバータ７５と充放電回路７７が接続された直流母線７８に接続されている。そして、例えば太陽電池の発電がない夜間、商用電力系統７１からインバータ回路７６、充放電回路７７を経て蓄電手段７４に充電電力が供給される。すなわち、インバータ回路７６は、ＤＣ／ＡＣ及びＡＣ／ＤＣの何れの方向にも変換し得る双方向インバータ回路である。

　また、電源選択回路７９は、直流電源７３から駆動電力が供給される第１電源回路８０と、蓄電手段７４から駆動電力が供給される第２電源回路８１と、商用電力系統７１から駆動電力が供給される第３電源回路８２から少なくとも一つの電源回路を選択して、制御回路８３に駆動電力を供給する。なお、パワーコンディショナ７０は、商用電力系統７１が停電した際に、パワーコンディショナ７０が商用電力系統７１とは独立した非常用電源として動作する自立運転モードの実現のために、スイッチＳｂを介して自立運転出力８４をインバータ回路７６の出力端子として備えている。

特開２００７－０６０７９６号公報 特開２００８－０５４４７３号公報

　上記特許文献１に開示されている電力バッファ装置システム５０は、機能の異なる瞬発力型電力バッファ５７と持続力型電力バッファ５９とを備えており、瞬発力型電力バッファ５７は負荷５４ａ、５４ｂに急激な変化が生じた場合に充放電を行っている。近年、同一の機能を有する蓄電池モジュールを備えた複数台の連系システムを連携させた蓄電システムにおいて、各蓄電池モジュールの稼働を平準化することが望まれている。　

　また、このような連系システムで使用される蓄電池モジュールの充電は、この蓄電池モジュールにリチウムイオン電池などを用いているときは、高電圧に対する安全性を考慮して、定電流充電から開始され、蓄電池モジュールの端子電圧が一定電圧以上になった後に定電圧充電に移行する方式が採用されている。このような定電流充電を経た後に定電圧充電を行う場合の蓄電池モジュールの電圧と充電電流との関係を図８及び図９を用いて説明する。なお、図８は経過時間と蓄電池モジュールの端子電圧及び充電電流の関係を示す図である。図９は蓄電池モジュールの端子電圧と充電電流との関係を示す図である。

　蓄電池モジュールの満充電状態を、例えば端子電圧Ｖｂが公称端子電圧Ｖ２＝４００Ｖに達した場合に充電状態が１００％の満充電状態となったものとする場合を考える。ただし、満充電状態は、Ｖ２＝４００Ｖに限るものではなく、説明の都合上Ｖ２＝４００Ｖとして説明する。最初に、定電流値Ｉ１で充電を開始すると、充電の進行に伴って蓄電池モジュールの内部抵抗Ｒが増加するため、端子電圧Ｖｂが上昇していく。仮に端子電圧Ｖｂ＝Ｖ１＝３５０Ｖで８５％充電に達するとすると、この後に定電流充電を継続するに必要な電圧はＶｂ＝Ｉ１×Ｒで表されるから、場合によっては蓄電池モジュールに印加する電圧が満充電状態を示す公称端子電圧Ｖ２を超える場合がある。端子電圧Ｖｂが公称端子電圧Ｖ２を越えた状態は過充電状態に相当するから、定電流値Ｉ１を小さくして蓄電池モジュールの端子電圧Ｖｂが公称端子電圧Ｖ２以下となるように制御する必要がある。

　蓄電池モジュールの端子電圧Ｖｂが公称端子電圧Ｖ２を越えないようにするためには、定電流値Ｉ１の値を小さくしてＶｂを公称端子電圧Ｖ２以下に制御する必要が生じるが、このような定電流値Ｉ１を可変にする制御は、フィードバック制御が大変複雑となるため、通常は端子電圧Ｖｂ＝４００Ｖ＋αの定電圧印加による定電圧充電に切り替えている。この定電圧充電時には、内部抵抗Ｒの上昇に伴って充電電流Ｉｃは減少していき、過渡特性を伴って充電電流Ｉｃ＝０に近づく。すなわち、実質的にＩｃ＝０に至るには長い時間を要するので、例えば公称端子電圧Ｖ２に極めて近い端子電圧Ｖｂ＝３９９Ｖになった場合、或いは充電電流Ｉｃが当初の定電流値Ｉ１に対して１／５０ないし１／２０の電流値であるＩ２になった場合など、適当なところで定電圧充電を終了させ、この状態を１００％充電状態、すなわち満充電状態として取り扱っている。

　これは、Ｉｃ≒０となる１００％充電が終了するまで待っていると、長時間が必要となり、上記のような大電力用途の蓄電システムのように、電源の限られた出力の範囲内で複数の蓄電池モジュールを順番に充電する必要がある場合には、１つの蓄電池モジュールの充電が終了するまで次の蓄電池モジュールの充電を開始することができなくなる。しかしながら、蓄電池モジュールの充電終了を蓄電池モジュールの端子電圧が例えば３９０Ｖになった場合等、途中で適当に切り上げると満充電にはならなくなる。なお、充電に要せる時間が充分にあれば、各々の蓄電池モジュールを満充電状態になるまで充電を継続することに何らの問題は生じない。

　本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものである。すなわち、本発明は、蓄電池モジュール及び電力変換装置を含む連系システムを複数台連系させた蓄電システムにおいて、各々の連系システムの充放電を適切に行うようにすることによって蓄電池モジュールの稼働の平準化をなすようにした蓄電システムを提供することを目的とする。

　さらに、本発明は、蓄電池モジュール及び電力変換装置を含む連系システムを複数台連系させた蓄電システムにおいて、複数の蓄電池モジュールの充電に要する時間を短縮して放電時に確実に電力需要に備えることができるようにした、蓄電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、本発明の蓄電システムは、
　蓄電池モジュールと、前記蓄電池モジュールの出力を交流電力に変換して系統へ重畳する放電機能及び前記系統の交流電力を用いて前記蓄電池モジュールの充電を行う充電機能を有する電力変換装置を含む連系システムが、複数、同一の系統に接続され、前記複数の連携システムが制御装置によって制御される蓄電システムであって、
　前記制御装置は、
　前記蓄電池モジュールの公称充電容量より少ない目標充電容量を設定し、
　それぞれの前記連系システムの前記蓄電池モジュールへの過去の充電回数及び放電回数の少なくとも一方によってそれぞれの前記連系システムを順位付け、
　放電時には、充電されている前記連系システムのうち、前記回数が少ない連系システムから順に放電させる制御と、
　充電時には、充電を要すると判断される連系システムのうち、前記回数が少ない連系システムから順に各々が前記目標充電容量となるまで充電を行う制御との少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする。

第１実施形態で用いた蓄電システムの概略回路図である。 第２実施形態で用いた蓄電システムの概略回路図である。 第３実施形態で用いた蓄電システムの概略回路図である。 第４実施形態で用いた蓄電システムの概略回路図である。 図５Ａは１台の連系システムの蓄電池モジュールについて充電する場合の充電電力量の変化を示す図であり、図５Ｂは２台の連系システムの蓄電池モジュールについて１台ずつ充電する場合の充電電力量の変化を示す図であり、図５Ｃは２台の連系システムの蓄電池モジュールについて同時に充電する際の充電電力量の変化を示す図である。 従来の電力バッファ装置システムの概略回路図である。 従来例の蓄電システムの概略回路図である。 定電流充電を経た後に定電圧充電を行う場合の経過時間と蓄電池モジュールの端子電圧及び充電電流の関係を示す図である。 定電流充電を経た後に定電圧充電を行う場合の蓄電池モジュールの端子電圧と充電電流との関係を示す図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、各実施形態及び図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための蓄電システムの一例を説明するものであって、本発明をこれらの実施形態に記載された蓄電システムに特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

［第１実施形態］
　最初に図１を参照して、第１実施形態の蓄電システム１０の構成について説明する。第１実施形態の蓄電システム１０は、商用電力に連なる系統１１に負荷１２が接続されており、複数の蓄電池モジュールを含む蓄電池モジュール１３－１から電力変換装置１４－１を経由して出力された交流電力が系統に重畳される。また、蓄電池モジュール１３－１の蓄電池モジュールは、夜間などの特定の時間に充電するため、系統１１から電力変換装置１４－１を介して充電電力が充電されるようになっている。すなわち、電力変換装置１４－１は、蓄電池モジュール１３－１の蓄電池モジュールから系統１１に供給し得る交流電力を生成できるだけでなく、逆に系統１１から蓄電池モジュール１３－１の蓄電池モジュールの充電用の直流電力を生成することができるものである。電力変換装置１４－１は、双方向電力変換装置ないし双方向パワーコンディショナとも称されている。なお、蓄電池モジュール１３－１としては、単一の蓄電池や、複数個の蓄電池が直列ないし直並列に接続されて蓄電池モジュールとされたものや、安全保護手段が組み込まれているもの等が用いられる。

　蓄電池モジュール１３－１と電力変換装置１４－１との間に解列装置１５－１が配置されている。解列装置１５－１は、蓄電池モジュール１３－１と電力変換装置１４－１との間の電気的接続のＯＮ／ＯＦＦを制御するものであり、半導体スイッチング素子ないしリレーの開閉切片とすることができる。なお、解列装置１５－１は、場合によっては蓄電池モジュール１３－１内ないし電力変換装置１４－１内に組み込んでもよい。また、蓄電池モジュール１３－１、電力変換装置１４－１及び解列装置１５－１は共通の制御装置１６－１によって制御されている。蓄電池モジュール１３－１、電力変換装置１４－１、解列装置１５－１及び制御装置１６－１によって、第１の連系システム１７－１が形成されている。

　また、電力変換装置１４－１は、例えば、図示省略したが、昇降圧部及び交流／直流の双方向変換部を備えている。昇降圧部は、蓄電池モジュール１３－１の直流電力を所定の電圧に昇圧して交流／直流の双方向変換部に出力する機能と、交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して蓄電池モジュール１３－１を充電する機能とを備えたものである。また、交流／直流の双方向変換部は、系統１１からの交流電力を直流電力に変換して昇降圧部に出力する機能と、昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して系統に供給する機能とを備えたものである。そして、制御装置１６－１は、昇降圧部及び前記交流／直流の双方向変換部のそれぞれの機能を切り替えることによって、蓄電池モジュール１３－１への充放電を制御する。

　以下では、このような連系システムが５台、同一の系統１１に接続されている場合について説明する。他の第２～第５の連系システム１７－２～１７－５の各構成部分は第１の連系システム１７－１の場合と相違はない。そのため、各連系システムにおいては、同一の構成部分には同一の参照符号を付与するとともに枝番を変えることによってそれぞれの連系システムの各構成部分を表し、それぞれの詳細な説明は省略する。蓄電システム１０では、それぞれの制御装置１６－１～１６－５は互いに信号線１８によって結ばれている。信号線１８としては、ディジーチェーン接続で通信する場合やＬＡＮ接続で通信する場合等、任意のものを選択し得る。ここでは系統１１に電気給湯器１９と、太陽電池２０等の直流発電機からの電力がＰＶ用電力変換装置２１を介して接続されている例を示した。さらに、系統１１として三相交流の商用交流電力の場合を例示したが、単相交流であってもよい。

　第１実施形態の蓄電システム１０は次のようにして動作する。まず、第１～第５の連系システム１７－１～１７－５のうち、任意の１つの連系システムをマスター連系システムとして定める。ここでは、第１の連系システム１７－１をマスター連系システムとし、他の４台の連系システムをスレーブ連系システムとして説明する。

　マスター連系システムである第１の連系システム１７－１の制御装置１６－１は、スレーブ連系システムである第２～第５連系システム１７－２～１７－５の制御装置１６－２～１６－５から、信号線１８を経由して、それぞれの蓄電池モジュール１３－２～１３－５の過去の充放電状態に関する信号を収集し、この過去の充放電状態に関する信号に基づいて充放電スケジュールの立案・実行などを行う。過去の充放電状態に関する信号としては、例えば充電回数、総充電電力量、総充電時間、総放電時間、平均充放電電流、規定値以上の放電電流回数、規定値以上の充電電流回数等が収集される。なお、これらの情報の重要度としては、本発明では、充電回数＞総充電電力量＞総充電時間＞総放電時間＞平均充放電電流＞規定値以上の放電電流回数＞規定値以上の充電電流回数、とされている。なお、過去の充放電状態に関する信号は、過去の充電回数の代わりに過去の放電回数を用いてもよい。

　まず、制御装置１６－１によって、全ての蓄電池モジュール１３－１～１３－５の過去の充放電状態に関する信号のうち、充電回数（又は放電回数）によって各連系システム１７－１～１７－５の蓄電池モジュールの順位付けを行う。ここでは、第１の連系システム１７－１では充電回数＝１００、総充電電力量＝３００ｋＷｈ、第２の連系システム１７－２では充電回数＝１００、総充電電力量＝３０２ｋＷｈ、第３の連系システム１７－３では充電回数＝９９、総充電電力量＝２９８ｋＷｈ、第４の連系システム１７－４では充電回数＝９９、総充電電力量＝２９８ｋＷｈ、第５の連系システム１７－５では充電回数＝１００、総充電電力量＝２９０ｋＷｈであったとする。

　そうすると、充電回数が最も少ないのは、充電回数が９９回の第３の連系システム１７－３及び第４の連系システム１７－４であり、それに次ぐのが充電回数が１００回の第１の連系システム１７－１、第２の連系システム１７－２及び第５の連系システム１７－５の蓄電池モジュールである。そこで、同一の充電回数の連系システム同士で総充電電力量の小さいものから順位付けすると、第３の連系システム１７－３が１番、第４の連系システム１７－４が２番、第５の連系システム１７－５が３番、第２の連系システム１７－２が４番及び第１の連系システム１７－１が５番と順位付けられる。この際、例えば総充電電力量も同一の連系システムが存在すれば、以下、同様にして総充電時間、総放電時間、平均充放電電流、規定値以上の放電電流回数、規定値以上の充電電流回数の順に比較して、同一のものがなくなるまで行う。これにより、第１～第５の連系システム１７－１～１７－５をそれぞれ充電回数が異なるものと見なして順位付けすることができる。

　そこで、放電が必要な場合は、順位が１番である第３の連系システム１７－３の蓄電池モジュールから放電させる。この際、第３の連系システム１７－３のみで必要な放電量を充足することができた場合、この放電の終了時に、第３の連系システム１７－３の順位を５番とし、他の順位が２番から５番だった連系システムの順位を順に１番～４番まで繰り上げる。また、順位が１番である第３の連系システム１７－３の蓄電池モジュールから放電させた際に、第３の連系システムの充電容量では足りなかった場合、次のようにして制御を行う。すなわち、第３の連系システム１７－３の蓄電池モジュールの残存容量が予め定めた所定の充電停止残存容量、例えば１０％、となった場合には第３の連系システム１７－３の蓄電池モジュールの放電を停止して第３の連系システム１７－３の順位を５番とし、他の順位が２番から５番だった連系システムの順位を順に１番～４番まで繰り上げる。

　次いで、順位が新しく１番となった第４の連系システム１７－４からの放電に切り替えて放電させ、第４の連系システム１７－４で必要な放電量を充足することができた場合、この放電の終了時に、第４の連系システム１７－４の順位を５番とし、他の順位が２番から５番だった連系システムの順位を順に１番～４番まで繰り上げる。そして、このような操作を、必要な電力が供給されるまで繰り返す。

　また、充電が行われる際には、上述した放電の順番と同じ順番で各連系システムの充電を行う。ただし、負荷から要求された放電量が少なくて放電させなかった連系システムがあった場合、放電させなかった連系システム及び残存容量が予め定めた規定容量以上の連系システムは充電しないものとする。なお、予め定めた規定容量としては、上述した所定の充電停止残存容量よりも大きい範囲で、例えば２０％程度を適宜に設定することができる。なお、充電は、通常は１Ｉｔ（ＩＣ）の定電流充電によって予め定めた目標充電容量、例えば８０％、となるまで充電する。このような定電流充電の範囲で充電を行えば、時間を要する定電圧充電を行う必要がなく、充電時間を短縮できる。また、放電に用いる優先順位と充電に用いる優先順位とを同じにしているが、それぞれ異なる優先順位としてもよい。

　第１実施形態の蓄電システムによれば、上記のような制御を繰り返すことにより、それぞれの連系システムの蓄電池モジュールの充電回数は同様となり、特に特定の連系システムの蓄電池モジュールに対して蓄電池モジュールの劣化に繋がる充放電が集中することがなくなる。それにより、各連系システムの総充電電力量も均一化することができ、各連系システム内の蓄電池モジュールの各種充放電条件が均一化される。

　また、複数の連系システムを備えた蓄電システムでは、充電回数ないし放電回数が同一の連系システムが形成されることがある。この場合は、他の過去の充放電状態に関する信号によって蓄電池モジュールの劣化に繋がる充放電が多く行われた連系システムを区別できるので、それによって充電回数ないし放電回数が異なるものと見なすことができる。これにより、第１実施形態の蓄電システムによれば、充電回数ないし放電回数が同一の連系システムが生じていても、各連系システムの総充電電力量も平準化することができる。

　なお、第１実施形態の蓄電システム１０では、蓄電池モジュールの予め定めた所定の充電停止残存容量として１０％を採用した例を示したが、蓄電池モジュールは残存容量が０％であっても劣化に繋がらないものとされているので、予め定めた所定の充電停止残存容量としては０％～１０％程度で任意に設定すればよい。ただし、予め定めた所定の充電停止残存容量を０％とすると、放電電流値の急変等によって過度的に過放電状態となる可能性があるので、０％よりも大きい方がよい。また、蓄電池モジュールにおける目標充電容量は満充電に対して８０％程度としたが、これに限るものではなく、充電終了時間を短くするには定電流充電の範囲内であればよく、また、蓄電池モジュールの追加充電容量が低下している場合は、その追加充電の可能な範囲内で設定すればよい。

　第１の実施形態の蓄電システムでは放電は日中に行われる。そして、マスター連系システム１７－１の制御装置１６－１が、過去に蓄積された負荷１２の系統１１からの入力電力、太陽電池２０及びＰＶ用電力変換装置２１からの電力、各連系システム１７－１～１７－５からの放電電力等からなる消費電力データを参照して、１日の放電スケジュール（何時に何ｋＷ必要か）を決定し、全システムを運転させる。なお、系統１１と負荷１２との間に流れる電流の検出手段２２を設けて負荷追従制御を行わせてもよい。このような構成とすると、第１～第５連系システム１７－１～１７－５の制御装置１６－１～１６－５は、系統１１と負荷１２との間に流れる電流値によって、負荷１２に流れる電力を正確に検出できる。そのため、負荷１２に流れる電流に追従して各第１～第５連系システム１７－１～１７－５の充放電を適切に素早く切り替えることができ、より電池寿命を長くすることができる。

　また、充電は夜間などの特定の時間に行われる。そして、電気給湯器１９がある場合は、この電気給湯器１９への給電も夜間に行われる。そのため、充電を行う場合には、マスター連系システム１７－１の制御装置１６－１によって、適宜電気給湯器１９の給電時間を避けて、予め定めた消費電流の値を超えない範囲内で連系システムの充電順序を割り振って行わせる。この際、予め定めた消費電流の値を超えない範囲で、複数台の連系システムに対して同時に充電することも可能である。

　さらに、マスター連系システム１７－１の制御装置１６－１は、充放電が行われた場合には、待機時などに、信号線１８を介して、充電回数、総充電電力量、総充電時間、総放電時間、平均充放電電流、規定値以上の放電電流回数、規定値以上の充電電流回数に対応する信号を収集して、次回の充放電のスケジュールを設定する。このように、第１の実施形態の蓄電システム１０では、それぞれの連系システム１７－１～１７－５に制御装置１６－１～１６－５が形成されているから、任意の１つの連系システムをマスタシステムとして選択し、このマスタシステムの制御装置によって他の連系システムの充放電を制御している。従来から一般的に使用されている連系システムには制御装置が組み込まれている。そのため、第１の実施形態の蓄電システムは、別途特別な連系システムを用意しなくても、従来から一般的に使用されている連系システムを複数用いた蓄電システムにも簡単に適用することができる。

　以上の構成により、蓄電システム１０は、各連系システム１７－１～１７－５の放電回数を均一化することができる。また、充電時には、放電させなかった連系システム及び残存容量が予め定めた規定容量以上の連系システムは充電しないようにしているため、各連系システムの総充電電力量を均一化することができる。これにより、各連系システム内の蓄電池モジュールの各種充放電条件が平準化され、特定の蓄電池モジュールの寿命が短くなることを抑制することができる。

　なお、蓄電システム１０において、解列装置１５－１～１５－５は、充放電が行われていない蓄電池モジュール１３－１～１３－５を開いて電力変換装置１４－１～１４－５と切り離すようにしてもよい。

［第２実施形態］
　次に、第２実施形態の蓄電システム１０Ａを図２を用いて説明する。なお、第２実施形態の蓄電システム１０Ａにおいては、第１実施形態の蓄電システム１０と同一構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分について詳細に説明する。

　電力変換装置は、通常、蓄電池モジュールの直流電力を所定の電圧に昇圧して交流／直流の双方向変換部に出力する機能及び交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して蓄電池モジュールを充電する機能とを備える昇降圧部と、系統からの交流電力を直流電力に変換して昇降圧部に出力する機能及び昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して系統に供給する機能とを備える交流／直流の双方向変換部と、を備えている。第２実施形態の蓄電システム１０Ａは、図２に示したように、電力変換装置の機能を２つに分け、交流／直流の双方向変換部１４ａを第１～第５の連系システム１７－１～１７－５に共通使用し、昇降圧部１４ｂ１～１４ｂ５を第１～第５の連系システム１７－１～１７－５にそれぞれ一体化したものである。ただし、図２においては解列装置は図示省略されている。

　蓄電システム１０Ａも、蓄電システム１０と同様に、第１の連系システム１７－１をマスター連系システムとし、マスター連系システムの制御装置１６－１によって第１～第５連系システム１７－１～１７－５の蓄電池モジュール１３－１～１３－５、昇降圧部１４ｂ１～１４ｂ５及び共通する交流／直流の双方向変換部１４ａを制御するものである。蓄電システム１０Ａも実質的に蓄電システム１０と同様の原理で作動するが、１つの交流／直流の双方向変換部１４ａを共通に使用することにより、電力変換装置の構成を簡略化することができるとともに、電力変換装置の制御が簡単になる。

［第３実施形態］
　次に、第３実施形態の蓄電システム１０Ｂを図３を用いて説明する。なお、第３実施形態の蓄電システム１０Ｂにおいては、第２実施形態の蓄電システム１０Ａと同一構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分について詳細に説明する。

　蓄電システム１０Ｂは、図３に示したように、蓄電システム１０Ａの場合と同様に、電力変換装置の機能を２つに分け、交流／直流の双方向変換部１４ａを第１～第５の連系システム１７－１～１７－５に共通使用し、昇降圧部１４ｂ１～１４ｂ５を第１～第５の連系システム１７－１～１７－５にそれぞれ一体化したものである。ただし、図３においては解列装置は図示省略されている。

　蓄電システム１０Ｂでは、第１～第５の連系システム１７－１～１７－５において、１つの制御装置１６ａを共通使用している。制御装置１６ａによって第１～第５連系システム１７－１～１７－５の蓄電池モジュール１３－１～１３－５、昇降圧部１４ｂ１～１４ｂ５及び共通する交流／直流の双方向変換部１４ａを制御する。蓄電システム１０Ｂも実質的に蓄電システム１０Ａと同様の原理で作動するが、１つの制御装置１６ａを共通に使用することにより、複数の連系システムについて１台の制御装置ですむため、全体の構成が簡単になるとともに、各連系システムの制御がし易くなる。

［第４実施形態］
　次に、第４実施形態の蓄電システム１０Ｃを図４を用いて説明する。なお、第４実施形態の蓄電システム１０Ｃにおいては、第１実施形態の蓄電システム１０と同一構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分について詳細に説明する。

　蓄電システム１０Ｃは、図４に示したように、蓄電システム１０に電流検出回路２３を追加した構成である。電流検出回路２３は、第１連系システム１７－１に備えられており、検出手段２２から出力された電流の電流値を検出し、検出結果を第１～第５連系システム１７－１～１７－５の制御装置１６－１～１６－５に送信する。制御装置１６－１～１６－５は、この送信された電流値も考慮して、連系システムの充放電を適宜制御する。なお、その他の構成は実質的に第１実施形態の蓄電システムと同様である。

　蓄電システム１０Ｃが電流検出回路２３を備えることにより、制御装置１６－１～１６－５は、系統１１と負荷１２との間に流れる電流値によって、負荷１２に流れる電力を正確に検出できる。上記構成により、制御装置１６－１～１６－５は、負荷１２に流れる電流に追従して各第１～第５連系システム１７－１～１７－５の充放電を適切に素早く切り替えることができ、より電池寿命を長くすることができる。

［制御装置による充電制御］
　ここで、上記実施形態１～４の制御装置１６－１～１６－５、１６ａの充電制御時の動作を説明する。ただし、上記実施形態１～４では、それぞれの制御装置１６－１～１６－５、１６ａの接続状態等が相違しているが、それぞれの制御装置１６－１～１６－５、１６ａによる蓄電池モジュール１３－１～１３－５への充電制御動作の具体的プロセスには相違はない。そこで、実施形態１の蓄電システム１０に代表させて、図５を用いて、適宜図８及び図９も援用しつつ、制御装置１６－１～１６－５、１６ａの充電制御時の動作を説明する。

　まず、第１実施形態の蓄電システム１０のように、第１～第５の連系システム１７－１～１７－５のうち、任意の１つの連系システムをマスター連系システムとして定める。ここでは、第１の連系システム１７－１をマスター連系システムとし、他の４台の連系システムをスレーブ連系システムとして説明する。

　マスター連系システムである第１の連系システム１７－１の制御装置１６－１は、蓄電池モジュール１３－１の過去の充放電状態に関する信号を収集する。また、制御装置１６－１は、スレーブ連系システムである第２～第５連系システム１７－２～１７－５の制御装置１６－２～１６－５から、信号線１８を経由して、それぞれの蓄電池モジュール１３－２～１３－５の過去の充放電状態に関する信号を収集する。制御装置１６－１は、収集した過去の充放電状態に関する信号に基づいて、第１～第５の連系システム１７－１～１７－５の充放電スケジュールの立案・実行などを行う。なお、各制御装置１６－２～１６－５は全てマスター制御装置１６－１によって制御される。

　また、マスター制御装置１６－１は、それぞれ図示省略したが、第１の制御部と第２の制御部とを備えている。第１の制御部は、図８及び図９に示したように、各連系システム１７－１～１７－５の蓄電池モジュール１３－１～１３－５の満充電状態の公称端子電圧Ｖ２よりも小さい所定電圧Ｖ１を設定する。所定電圧Ｖ１は、定電流充電から定電圧充電へ移行する際の電圧である。第１の制御部は、電流Ｉ１での定電流充電時の蓄電池モジュール１３－１～１３－５の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ１に達すると定電圧充電に移行させる。所定電圧Ｖ１は、たとえば蓄電池モジュール１３－１～１３－５の満充電状態の公称端子電圧Ｖ２の約７０～約９０％程度の範囲で適宜設定される。所定電圧Ｖ１が小さすぎると充電に要する時間が長くなり、大きすぎると充電に要する時間は短くてすむが、過電圧となる可能性が増加するため、各蓄電池モジュール１３－１～１３－５の過去の充放電状態を考慮にいれて適宜に設定すればよい。また、定電圧充電時の充電電圧は、満充電状態の公称端子電圧Ｖ２に略等しくされる。

　また、第２の制御部は、各蓄電池モジュール１３－１～１３－５を順番に充電開始させるタイミングを制御するものである。すなわち、第２の制御部は、第１の制御部を用いて行われている最初の蓄電池モジュールへの充電が定電圧充電に移行した後、この蓄電池モジュールの充電電流Ｉｃが設定値Ｉ３を下回った時に次に充電を行う蓄電池モジュールを第１の制御部で電流値Ｉ１での定電流充電を開始させる。第２の制御部による制御は、各蓄電池モジュール１３－１～１３－５に対して順次行われる。蓄電池モジュールの充電電流Ｉｃの設定値Ｉ３は、従来例の満充電状態と見なす際の充電電流値Ｉ２であるＩ１の１／５０ないし１／２０よりも大きな値、例えば数倍に適宜に設定される。また、蓄電池モジュールの端子電圧Ｖｂと充電電流Ｉｃとの間には一定の関係があるので、充電電流Ｉｃに替えて端子電圧Ｖｂと設定電圧とを比較して次に充電を行う蓄電池モジュールの充電を開始してもよい。この時、設定電圧は電流設定値Ｉ３に対応する電圧である。

　このような構成を採用すると、最初の蓄電池モジュールが満充電となっていなくても、次の蓄電池モジュールの充電を開始できるため、複数の蓄電池モジュール全体の充電に要する時間を短縮することができ、放電時に確実に電力需要に備えることができるようになる。なお、定電圧充電に移行した蓄電池モジュールは、従来の定電圧充電の場合と同様に、満充電状態と見なす際の充電電流値Ｉ２、たとえばＩ１の１／５０ないし１／２０に達した際に停止される。

　充電する際、マスター制御装置１６－１は、上記第１実施形態の場合と同様にして、充電回数（又は放電回数）によって各連系システム１７－１～１７－５の蓄電池モジュール１３－１～１３－５の順位付けを行い、充電する順番と台数を決定する。なお、１台の連系システムの蓄電池モジュールについて充電する場合の充電電力量の変化は、図５Ａに示したとおりである。まず、電気給湯器１９が作動されている場合は電気給湯器１９の消費電流が大きいので充電を行わず、電気給湯器１９の作動が停止された後、所定の連系システムについて最初に電流値Ｉ１で定電流充電させ、蓄電池の端子電圧Ｖｂ＝所定電圧Ｖ１となった場合、公称端子電圧Ｖ２で定電圧充電に移行する。定電流充電は、系統１１の電流許容値、すなわちブレーカが飛ぶ電流量以下で、通常はＩ１（１Ｃ）の定電流で行なわれる。定電流充電時の充電電流は一定であるが、定電圧充電時には時間の経過と共に充電電流は低下するため、充電電力も急速に低下する。

　そこで、２台の連系システム、例えば連系システムＡ及びＢを順に１台ずつ充電する際には、先行する連系システムの蓄電池モジュールについて、最初に電流値Ｉ１で定電流充電させ、端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ１になると定電流充電から定電圧充電に移行させる。その後、蓄電池モジュールの充電電流Ｉｃが設定値Ｉ３又は端子電圧がこの設定値Ｉ３に対応するＶ２に達すると、直ちに次の連系システムの蓄電池モジュールに対して電流値Ｉ１で定電流充電を行う。この場合の充電電流量の変化は、図５Ｂに示したとおりである。このような充電形態を採用すれば、充電可能時間を有効に利用することができ、しかも、短時間で充電を終了させることができるようになる。このような充電制御は、上述のように、マスターの制御装置１６－１によって、
　　　　設定値Ｉ３＋電流値Ｉ１＜ブレーカが飛ぶ電流値
の関係を有するように、設定値Ｉ３を決めることによって行われる。なお、ブレーカが飛ぶと、充電は強制的に終了されてしまう。

　また、充電時の電源の電力に余裕がある場合は、複数台の連系システム、例えば連系システムＡ及びＢの蓄電池モジュールに対して並列に充電することもできる。この場合、複数台の連系システムの蓄電池モジュールに流れる充電電流によって系統１１のブレーカが飛ばないようにするため、それぞれの充電電流を適宜に設定して定電流充電を行う。２台の連系システムを並列に充電する場合の充電電力量の変化は、図５Ｃに示したとおりである。すなわち、最初に２台の連系システムに同時に定電流が流れるために消費電力が大きいが、最初に端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ１に達した方の連系システムが定電圧充電に移行すると、充電電力量が低下して、実質的に他方の蓄電池モジュールの定電流充電による消費電力となる。そして、ついには他方の連系システムも端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ１に達して定電圧充電に移行すると、充電電力量は極めて低い値にまで低下する。この場合も、短時間で充電を終了させることができるようになる。

　充電終了後、放電が行われる場合は、マスター制御装置１６－１が、上記第１実施形態の場合と同様にして、適宜放電スケジュールの立案・実行などを行う。過去の充放電状態に関する信号としては、先の第１実施形態の場合と同様である。

　なお、上述の制御装置による充電制御では、第１実施形態の蓄電システム１０を構成するそれぞれの連系システム１７－１～１７－５に制御装置１６－１～１６－５が形成されている場合について説明したが、第２～４実施形態のような蓄電システム１０Ａ～１０Ｃに対しても同様に適用可能である。

　１０、１０Ａ～１０Ｃ…蓄電システム
　１１…系統
　１２…負荷
　１３－１～１３－５…蓄電池モジュール
　１４－１～１４－５…電力変換装置
　１４ａ…直流／交流変換部
　１４ｂ１～１４ｂ５…昇降圧部
　１５－１～１５－５…解列装置
　１６－１～１６－５、１６ａ…制御装置
　１７－１～１７－５…連系システム
　１８…信号線
　１９…電気給湯機
　２０…太陽電池
　２１…ＰＶ用電力変換装置
　２２…電流検出手段
　２３…電流検出回路

Claims (14)

1. 　蓄電池モジュールと、前記蓄電池モジュールの出力を交流電力に変換して系統へ重畳する放電機能及び前記系統の交流電力を用いて前記蓄電池モジュールの充電を行う充電機能を有する電力変換装置を含む連系システムが、複数、同一の系統に接続され、前記複数の連携システムが制御装置によって制御される蓄電システムであって、
   　前記制御装置は、
   　前記蓄電池モジュールの公称充電容量より少ない目標充電容量を設定し、
   　それぞれの前記連系システムの前記蓄電池モジュールへの過去の充電回数及び放電回数の少なくとも一方によってそれぞれの前記連系システムを順位付け、
   　放電時には、充電されている前記連系システムのうち、前記回数が少ない連系システムから順に放電させる制御と、
   　充電時には、充電を要すると判断される連系システムのうち、前記回数が少ない連系システムから順に各々が前記目標充電容量となるまで充電を行う制御との少なくとも一方の制御を行う蓄電システム。
2. 　前記制御装置は、前記複数の連系システムのうち前記回数が同一の場合が存在したときは、総充電電力量、総充電時間、総放電時間、平均充放電電流、規定値以上の放電電流回数、規定値以上の充電電流回数の何れか一つの値に基いて、それぞれ最初に小さい方が存在した連系システムを前記回数が少ないものとみなす請求項１に記載の蓄電システム。
3. 　前記制御装置は、前記充電時には定電流充電によって前記目標充電容量まで充電させる請求項１に記載の蓄電システム。
4. 　前記制御装置は、前記系統と負荷との間に流れる電流値によって各連系システムの充放電を制御する請求項１に記載の蓄電システム。
5. 　前記電力変換装置は、昇降圧部及び交流／直流の双方向変換部を備え、
   　前記昇降圧部は、前記蓄電池モジュールの直流電力を所定の電圧に昇圧して前記交流／直流の双方向変換部に出力する機能と、前記交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して前記蓄電池モジュールを充電する機能とを備え、
   　前記交流／直流の双方向変換部は、前記系統からの交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧部に出力する機能と、前記昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して前記系統に供給する機能とを備え、
   　前記制御装置は、前記昇降圧部及び前記交流／直流の双方向変換部のそれぞれの機能を切り替えることによって、前記蓄電池モジュールへの充放電を制御する請求項１に記載の蓄電システム。
6. 　前記交流／直流の双方向変換部は、前記蓄電システムを構成するそれぞれの連系システムに共通とされている請求項５に記載の蓄電システム。
7. 　前記制御装置は、前記蓄電システムを構成するそれぞれの連系システムに形成され、前記それぞれの連系システムの内の任意の１つをマスタシステムとして、前記マスタシステムの制御装置によって全ての連系システムの充放電を制御する請求項１～６のいずれかに記載の蓄電システム。
8. 　前記制御装置は前記蓄電システムについて共通のものとされている請求項１～６のいずれかに記載の蓄電システム。
9. 　前記制御装置は、
   　各々の前記蓄電池モジュールの充電を予め定めた電流値に基づく定電流充電から前記蓄電池モジュールの端子電圧が設定値を超えた後に定電圧充電に移行する第１の制御部と、
   　複数の前記蓄電池モジュールを順に充電するに際して、前記第１の制御部を用いて行われている前記蓄電池モジュールへの充電が定電圧充電に移行した後、前記蓄電池モジュールの充電電流が設定値を下回った時に次に充電を行う蓄電池モジュールを前記第１の制御部で定電流充電による充電を開始させ、前記両方の蓄電池モジュールを同時に充電させる期間を制御する第２の制御部と、
   を備えている請求項１に記載の蓄電システム。
10. 　前記制御装置は、前記定電圧充電に移行した後の充電電流の設定値を、前記第１の制御部で定電流充電を行う際の電流値を加算した際に充電に用いる電源の電流許容値を超えないようにする請求項９に記載の蓄電システム。
11. 　前記制御装置は、前記定電圧充電に移行した後の充電電流の設定値を、前記第１の制御部で定電流充電を行う際の電流値を加算した際に充電に用いる電源の電流許容値から前記電源に接続される負荷の消費する電流を除いた値を超えないようにする請求項９に記載の蓄電システム。
12. 　前記制御装置は、
    　各々の蓄電池モジュールの充電を予め定めた電流値に基づく定電流充電から前記蓄電池モジュールの端子電圧が設定値を超えた後に定電圧充電に移行する第１の制御部と、
    　前記複数の蓄電池モジュールを順に充電するに際して、前記第１の制御部を用いて行われている前記蓄電池モジュールへの充電が定電圧充電に移行した後、前記蓄電池モジュールの端子電圧が設定値を上回った時に次に充電を行う蓄電池モジュールを前記第１の制御部で定電流充電による充電を開始させ、両蓄電池モジュールを同時に充電させる期間を制御する第２の制御部と、
    を備える請求項１に記載の蓄電システム。
13. 　前記端子電圧の設定値は、前記第１の制御部で定電圧充電を行っている際の充電に要している電流に対応する電圧の値であり、前記定電圧充電を行っている際の充電に要している電流の値に前記第１の制御部で定電流充電を行う際の電流値を加算した際に充電に用いる電源の電流許容値を超えない請求項１２に記載の蓄電システム。
14. 　前記端子電圧の設定値は、前記第１の制御部で定電圧充電を行っている際の充電に要している電流に対応する電圧の値であり、前記定電圧充電を行っている際の充電に要している電流の値に前記第１の制御部で定電流充電を行う際の電流値を加算した際に充電に用いる電源の電流許容値から前記電源に接続される負荷の消費する電流を除いた値を超えない請求項１２に記載の蓄電システム。

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