WO2017033400A1

WO2017033400A1 - 蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラム

Info

Publication number: WO2017033400A1
Application number: PCT/JP2016/003470
Authority: WO
Inventors: 昂洋吉松; 晃吉武; 祐一郎寺本
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-03-02
Also published as: AU2016311525A1; JP2017042021A; EP3340421A4; AU2016311525B2; NZ740892A; EP3340421B1; EP3340421A1

Abstract

本発明の課題は、通常は残量が少なくなった蓄電池の充電、放電を停止させて蓄電池の劣化を抑えることができ、かつ蓄電池の交換回数を低減できる蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラムを提供することである。本発明に係る蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラムにおいて、蓄電制御装置（２）の制御部（２ａ）は、制御モードとして、蓄電池（１３）の残量が閾値以上であれば、充電および放電を許可し、残量が閾値未満であれば、充電および放電を禁止する第１モードと、残量が閾値未満であれば、充電開始を許可する第２モードとを有する。制御部（２ａ）が第１モードで制御しているときに充電および放電を禁止した場合、モード切替部（２ｂ）は第２モードへの切替を許可する。

Description

蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラム

　本発明は、蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラムに関する。

　ニッケル系蓄電池の放電電圧特性曲線はセルの容量が０Ｖになる直前で大きく減衰する。そこで、放電電圧の減衰率が大きくなった時点で蓄電池の放電を停止させることにより、過放電を防止する放電停止方法がある（たとえば、特許文献１参照）。

　従来、蓄電池の過放電を防止する技術は、上述の特許文献１などが提案されている。

　しかしながら、蓄電池の残量が少ない場合、充電、放電によって蓄電池が劣化する可能性があり、放電だけでなく充電も停止させることがある。この場合、放電停止および充電停止になった蓄電池は、十分な容量に充電された新しい蓄電池に交換されていた。しかしながら、新しい蓄電池に交換することは、交換の手間がかかり、コスト面でも不利である。

特開平７－３０２６２０号公報

　本発明の目的は、通常は残量が少なくなった蓄電池の充電、放電を停止させて蓄電池の劣化を抑えることができ、かつ蓄電池の交換回数を低減できる蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラムを提供することにある。

　本発明の一態様に係る蓄電制御装置は、蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を制御する蓄電制御装置であって、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで前記電力変換部の動作を制御する制御部と、前記制御部の制御モードを切り替えるモード切替部とを備え、前記制御部は、前記制御モードとして、前記蓄電池の残量が閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する第１モードと、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を許可する第２モードとを有し、前記制御部が前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記モード切替部は前記第２モードへの切替を許可することを特徴とする。

　本発明の一態様に係る電力変換装置は、上述の蓄電制御装置と、蓄電池の充電および放電を行う電力変換部とを備えることを特徴とする。

　本発明の一態様に係る蓄電システムは、上述の蓄電制御装置と、蓄電池と、前記蓄電池の充電および放電を行う電力変換部とを備えることを特徴とする。

　本発明の一態様に係る蓄電制御方法は、蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を制御する蓄電制御方法であって、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで前記電力変換部の動作を制御し、前記制御モードとして、前記蓄電池の残量が閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する第１モードと、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を許可する第２モードとを有し、前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記第２モードへの切替を許可することを特徴とする。

　本発明の一態様に係るプログラムは、蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで制御し、前記制御モードとして、前記蓄電池の残量が閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する第１モードと、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を許可する第２モードとを有し、前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記第２モードへの切替を許可する蓄電制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

実施形態の蓄電制御装置を備える蓄電システムの構成を示すブロック図である。実施形態の第１モードの動作を示す概念図である。実施形態の第１モードの動作を示すフローチャートである。実施形態のモード切替の動作を示すフローチャートである。実施形態の第２モードの動作を示す概念図である。実施形態の第２モードの動作を示すフローチャートである。

　以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を制御する蓄電制御装置、電力変換装置、蓄電システム、蓄電制御方法、およびプログラムに関する。

　（実施形態）
　図１は、配電システムの全体構成を示す。配電システムは、蓄電装置１、蓄電制御装置２、分電盤３を主構成として備えて、負荷４へ電力を供給している。なお、本実施形態では、需要家施設７として戸建ての住戸に配電システムを適用した形態について説明するが、集合住宅や事業所などの需要家施設に配電システムを適用してもよいことは言うまでもない。なお、図１において、構成要素間の実線は電力の伝達経路を示し、構成要素間の一点鎖線は信号の伝達経路を示す。

　まず、配電システムは、負荷４に電力を供給する電源として、分電盤３に電気的に接続された商用電源９および蓄電装置１を用いている。

　分電盤３は、商用電源９から電力系統８を介して交流電力（商用電力）を供給され、さらに蓄電装置１から交流電力（放電電力）を供給される。そして、分電盤３は、主幹ブレーカおよび複数の分岐ブレーカ、開閉器等を盤内に内蔵しており、複数の分岐ブレーカのそれぞれの負荷側にて分岐した複数系統の分岐回路を介して負荷４に交流電力を供給している。なお、図１の負荷４は、分岐回路にそれぞれ接続された照明装置、空調装置、情報機器などの電気機器である。

　蓄電装置１は、電力変換部１１、ブレーカ１２、蓄電池１３を備える。

　ブレーカ１２は、電力変換部１１と蓄電池１３との間に設けられている。ブレーカ１２がオン状態（導通状態）であれば、電力変換部１１と蓄電池１３とが電気的に接続する。ブレーカ１２がオフ状態（遮断状態）であれば、電力変換部１１と蓄電池１３との間が電気的に遮断される。

　なお、ブレーカ１２は、図１のように電力変換部１１と蓄電池１３との間に設けられる構成以外に、電力変換部１１に一体に設けられる構成、蓄電池１３に一体に設けられる構成であってもよい。

　蓄電池１３は、ブレーカ１２および電力変換部１１を介して分電盤３に接続している。電力変換部１１は、蓄電池１３の充電および放電を行う機能を有している。具体的に、電力変換部１１は、分電盤３から供給される交流電力を直流電力に変換して、蓄電池１３を充電する。また、電力変換部１１は、蓄電池１３から供給される直流電力を交流電力に変換して分電盤３へ供給し、蓄電池１３を放電させる。さらに、電力変換部１１は、電力系統８との系統連系が可能となるように、出力する交流電力（放電電力）の周波数および出力電圧を調節する機能を有している。

　また、電力変換部１１は、電力変換部１１に入力されている蓄電池１３の電池電圧の測定値を第１電圧データとして定期的に生成し、蓄電制御装置２へ第１電圧データを定期的に出力する機能も有する。

　蓄電池１３は、たとえばリチウムイオン電池であり、複数の電池モジュール１３ａと、出力部１３ｂとを備える。蓄電池１３は、複数の電池モジュール１３ａを直列接続したストリングを並列接続して構成されている。

　出力部１３ｂは、蓄電制御装置２との間で通信可能に構成されている。そして、出力部１３ｂは、蓄電池１３の電池電圧の測定値を第２電圧データとして定期的に生成し、蓄電制御装置２へ第２電圧データを定期的に出力する機能を備える。蓄電池１３では、電池モジュール１３ａを直列接続したストリングごとに電圧が測定されており、出力部１３ｂは、複数のストリングのそれぞれの電圧値のうち最も高い電圧値を第２電圧データとして出力する。あるいは、出力部１３ｂは、複数のストリングのそれぞれの電圧値の平均値を第２電圧データとして出力してもよい。あるいは、出力部１３ｂは、複数のストリングのそれぞれの電圧値のうち最も低い電圧値を第２電圧データとして出力してもよい。

　また、蓄電池１３は、複数の電池モジュール１３ａを並列接続して構成されてもよい。この場合、第２電圧データとして、電池モジュール１３ａの両端電圧が用いられる。

　すなわち、第１電圧データは、電力変換部１１内で測定された電池電圧のデータである。また、第２電圧データは、蓄電池１３内で測定された電池電圧のデータである。一般に、第２電圧データのほうが第１電圧データに比べて、蓄電池１３の真の電池電圧に近くなるが、データの使用用途によって、第１電圧データ、第２電圧データのいずれかが選択されて用いられる。

　そして、蓄電装置１（蓄電池１３）の放電電力は、負荷４で消費される総電力である「総需要電力」（負荷４のそれぞれで消費される電力の合計）、電力系統８へ逆潮流する電力である「逆潮流電力」のいずれかに用いられる。

　すなわち、配電システムは、商用電力を蓄電池１３に充電する蓄電動作、蓄電装置１の放電電力を電力系統８に逆潮流させる逆潮流動作を可能に構成されている。

　蓄電制御装置２は、需要家施設７内の１台の装置で構成される形態以外に、需要家施設７内の複数の装置で構成される形態、ネットワーク上のサーバで構成される形態、クラウドコンピューティングシステムで構成される形態などがある。また、図１では、蓄電制御装置２が蓄電装置１とは別体に設けられているが、蓄電装置１と蓄電制御装置２とが一体に構成される形態、蓄電装置１と蓄電制御装置２と操作端末５とが一体に構成される形態であってもよい。あるいは蓄電制御装置２と電力変換部１１とで電力変換装置６を構成する形態であってもよい。この場合、蓄電池１３と電力変換装置６とを別体で構成する形態であってもよい。

　蓄電制御装置２は、制御部２ａ、モード切替部２ｂ、取得部２ｃを備える。蓄電制御装置２は、コンピュータを搭載しており、このコンピュータがプログラムを実行することによって、上述の蓄電制御装置２の各部（特に制御部２ａ、モード切替部２ｂ）の機能が実現されている。コンピュータは、プログラムを実行するプロセッサを備えたデバイスと、他の装置との間でデータを授受するためのインターフェイス用のデバイスと、データを記憶するための記憶用のデバイスとを主な構成要素として備える。プロセッサを備えたデバイスは、半導体メモリと別体であるＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）のほか、半導体メモリを一体に備えるマイコンのいずれであってもよい。記憶用のデバイスは、半導体メモリのようにアクセス時間が短い記憶装置と、ハードディスク装置のような大容量の記憶装置とが併用される。

　プログラムの提供形態としては、コンピュータに読み取り可能なＲＯＭ（Read Only Memory）、光ディスク等の記録媒体に予め格納されている形態、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給される形態等がある。

　そして、蓄電制御装置２は、電力変換部１１による蓄電池１３の放電および充電を制御する。すなわち、蓄電制御装置２は、電力変換部１１による蓄電池１３の放電および充電を制御することで、需要家施設７が電力系統８から受電する商用電力、需要家施設７から電力系統８へ逆潮流する逆潮流電力を調整することができる。

　具体的に、制御部２ａは、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで電力変換部１１の動作を制御する機能を備えている。上述の記憶用のデバイスには、複数の制御モードのそれぞれに対応するアルゴリズムを実行するためのプログラムが格納されており、制御部２ａは、設定された制御モードに対応するアルゴリズムを実行することで、設定された制御モードで電力変換部１１の動作を制御することができる。なお、制御部２ａは、負荷４の消費電力の増減、商用電力の時間帯毎の電気料金単価、現在時刻などに基づいて蓄電池１３の充電、放電を行う自動制御、操作端末５などから受信した操作信号に基づいて蓄電池１３の充電、放電を行う手動制御を行うことができる。

　さらに、蓄電制御装置２は、需要家施設７に設置された電力の遠隔検針用のスマートメータ、またはルータ、ホームゲートウェイなどを介してインターネットなどを含む広域ネットワーク１００に接続している。そして、制御部２ａは、広域ネットワーク１００上の上位サーバ２００との間で通信することができる。上位サーバ２００は、電力会社またはアグリゲータ（Aggregator）などによって管理されている。電力会社またはアグリゲータは、電力系統８の商用電力の需給バランスに基づいて、上位サーバ２００から需要家施設７に対して各種の要請、情報などを送信させる。

　ここで、電力会社またはアグリゲータ（Aggregator）などによって、電力ピークカットのためのデマンドレスポンスを用いたサービスが提案されている。このデマンドレスポンスは、商用電力に関して電力需要量が電力供給量に逼迫すると予測される場合、電力抑制期間に商用電力の使用量を削減することを顧客に対して、デマンドレスポンス（Demand Response）信号を用いて予め要請する。なお、以降においては、デマンドレスポンス信号をＤＲ信号と称す。ＤＲ信号には、対象期間、削減電力量の各情報が含まれる。対象期間は、商用電力の使用量削減（すなわち、商用電源９から負荷４へ供給される商用電力の削減）を要請する期間である。

　そして、制御部２ａは、ＤＲ信号を受信すると、ＤＲ信号によって要請される対象期間において、要請された削減電力量に応じた蓄電池１３の放電制御を行うことができる（自動制御）。

　モード切替部２ｂは、制御部２ａの制御モードを切り替える。制御部２ａは、制御モードとして、第１モード、および第２モードを備える。第１モードは、蓄電池１３の残量が閾値以上であれば、蓄電池１３の充電および放電を許可し、蓄電池１３の残量が閾値未満であれば、蓄電池１３の充電および放電を禁止する制御モードである。第２モードは、蓄電池１３の残量が閾値未満であれば、蓄電池１３の充電開始を許可する制御モードである。

　取得部２ｃは、電力変換部１１が出力した第１電圧データを取得（受信）する機能を備える。さらに、取得部２ｃは、蓄電池１３の出力部１３ｂが出力した第２電圧データを取得（受信）する機能も備える。

　一般に、蓄電池１３の電池電圧から蓄電池１３の残量（蓄電量）を推定することができる。したがって、制御部２ａは、蓄電池１３の電池電圧に基づいて、蓄電池１３の残量を判定することができる。すなわち、制御部２ａは、蓄電池１３の残量に基づく蓄電制御を制御モード毎に行うことができる。

　さらに、需要家施設７内には操作端末５が設けられている。操作端末５は、専用端末、パーソナルコンピュータなどのいずれかであり、人の操作を受け付ける操作部、各種情報を表示する画面を備える。また、操作端末５は、人が携行可能なスマートフォン、携帯電話、携行端末などのいずれかであってもよい。そして、操作端末５は、蓄電制御装置２との間で通信を行うことで、蓄電制御装置２の遠隔操作、モニタを行うことができる。操作端末５と蓄電制御装置２との間の通信経路は、直接、または需要家施設７に設置されたルータを介して構築される。また、操作端末５は、蓄電装置１に一体に設けられていてもよい。

　なお、上述の蓄電装置１（電力変換部１１、蓄電池１３を含む）、蓄電制御装置２、操作端末５が、本実施形態の蓄電システム１０を構成している。

　以下、図２の概念図、図３のフローチャートを用いて、第１モードの制御部２ａによる電力変換部１１の制御について説明する。

　制御部２ａの制御モードは、通常、第１モードに設定されている。第１モードの制御部２ａは、最新の第１電圧データに基づく電池電圧（第１電池電圧）を閾値Ｖ１，Ｖ２と比較し、最新の第２電圧データに基づく電池電圧（第２電池電圧）を閾値Ｖ３と比較する。すなわち、制御部２ａは、閾値Ｖ１，Ｖ２と比較する電池電圧として第１電池電圧を用い、閾値Ｖ３と比較する電池電圧として第２電池電圧を用いる。なお、閾値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の大小関係は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３となる。

　第１モードにおいて、蓄電池１３の残量は、図２の概念図に表される実使用領域Ｘ１、使用不可領域Ｘ２に分けられる。実使用領域Ｘ１は、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１（第１閾値）以上となる領域であり、電池電圧が閾値Ｖ１以上となる領域に相当する。使用不可領域Ｘ２は、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満となる領域であり、電池電圧が閾値Ｖ１未満となる領域に相当する。また制御部２ａは、使用不可領域Ｘ２において２つの閾値Ｖ２，Ｖ３を電池電圧に対して設定している。閾値Ｖ２は、蓄電池１３の残量に対する閾値Ｑ２に相当し、閾値Ｖ３は、蓄電池１３の残量に対する閾値Ｑ３（第２閾値）に相当する。なお、閾値Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の大小関係は、Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３となる。

　実使用領域Ｘ１は、需要家施設７のユーザ（家人、就労者など）が通常使用することができる蓄電池１３の容量である。実使用領域Ｘ１内での充電および放電による蓄電池１３の劣化は、使用不可領域Ｘ２に比べて小さい。使用不可領域Ｘ２は、需要家施設７のユーザが使用することができない蓄電池１３の容量である。使用不可領域Ｘ２内での充電および放電による蓄電池１３の劣化は、実使用領域Ｘ１に比べて大きくなる。特に、電池電圧がＶ３未満となる領域では、充電および放電による蓄電池１３の劣化が激しいため、蓄電池１３の充電および放電は厳禁となる。

　そして、第１モードの制御部２ａは、第１電池電圧を閾値Ｖ１と比較することで、蓄電池１３の残量が実使用領域Ｘ１にあるか否かを判定する（Ｓ１）。制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ１以上であれば、蓄電池１３の残量が実使用領域Ｘ１にあると判定して、蓄電池１３の充電および放電を許可する（Ｓ２）。すなわち、第１電池電圧が閾値Ｖ１以上であれば、制御部２ａは、自動制御または手動制御によって、蓄電池１３の充電および放電の両方を行うことができる。

　また、第１モードの制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満であれば、蓄電池１３の残量が使用不可領域Ｘ２にあると判定して、蓄電池１３の充電および放電を禁止する（Ｓ３）。すなわち、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満であれば、制御部２ａは、蓄電池１３の充電および放電のいずれも行うことができない。

　そして、制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満であれば、充電および放電の停止の報知を指示する第１異常通知を操作端末５へ送信する（Ｓ４）。第１異常通知を受信した操作端末５は、充電および放電の停止を報知する画面を表示し、必要に応じて音声報知も行う。

　制御部２ａは、使用不可領域Ｘ２にさらに２つの閾値Ｖ２，Ｖ３を設定している。制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満に低下した後、第１電池電圧を閾値Ｖ２と比較する（Ｓ５）。制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ２未満にまでさらに低下すると、遮断信号をブレーカ１２へ送信し（Ｓ６）、遮断信号を受信したブレーカ１２は、接点を引き外してオフ状態（遮断状態）になる。すなわち、制御部２ａは、ブレーカ１２を強制的にオフさせて、ブレーカ１２を介した放電経路を遮断し、蓄電池１３の残量のさらなる低下を抑えている。

　しかし、ブレーカ１２がオフした後も、蓄電池１３は自然放電のため徐々に残量が低下していく可能性がある。そして、蓄電池１３の電池電圧が閾値Ｖ３未満に低下すると、充電、放電による蓄電池１３の劣化が激しくなるため、電池電圧が閾値Ｖ３未満に低下した蓄電池１３は、使用厳禁（充電および放電は厳禁）となる。そこで、制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ２未満に低下した後、第１電池電圧よりも真の電池電圧に近い第２電池電圧を閾値Ｖ３と比較する（Ｓ７）。制御部２ａは、第２電池電圧が閾値Ｖ３未満にまでさらに低下すると、蓄電池１３の使用厳禁を報知する第２異常通知を操作端末５へ送信する（Ｓ８）。第２異常通知を受信した操作端末５は、蓄電池１３の使用厳禁を報知する画面を表示し、必要に応じて音声報知も行う。また、ステップＳ５において第１電池電圧が閾値Ｖ２以上である場合、およびステップＳ７において第２電池電圧が閾値Ｖ３以上である場合、制御部２ａは、本処理を終了する。

　第１モードの制御部２ａは、図３の処理を繰り返し実行することで、蓄電池１３の残量に基づく蓄電制御を行う。

　したがって、第１モードでは、蓄電池１３の劣化が少ない実使用領域Ｘ１でのみ蓄電池１３の充電および放電が行われるので、蓄電池１３の長寿命化を図ることができる。また、電池電圧の低下度合に合わせて、ユーザへの異常通知、ブレーカ１２のオフ制御が実行されるので、安全性を向上させることができる。

　しかしながら、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満に低下した（残量が使用不可領域Ｘ２にまで低下した）蓄電池１３は、第１モードでは充電および放電ができなくなる。一方、従来は、蓄電装置１の保守を行うための知識、技能を有する作業員が、残量が低下した蓄電池１３を十分に充電されている蓄電池１３に交換していたので、交換の手間がかかり、コスト面でも不利であった。

　そこで、本実施形態では、モード切替部２ｂが制御部２ａの制御モードを第２モードに切り替えて、蓄電池１３の充電を許可することで、蓄電池１３の交換回数を減少させている。

　図４は、第１モードから第２モードへの制御モードの切替処理を示すフローチャートである。まず、制御部２ａが第１モードで動作している場合、モード切替部２ｂは、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満、かつ第２電池電圧が閾値Ｖ３以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。モード切替部２ｂは、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満、かつ第２電池電圧が閾値Ｖ３以上である場合のみ、第１モードから第２モードへの切替を許可する（Ｓ１２）。すなわち、モード切替部２ｂは、制御部２ａが第１モードで電力変換部１１の動作を制御して蓄電池１３の充電および放電を禁止した場合に、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満かつ閾値Ｑ３以上であれば、第２モードへの切替を許可する。また、モード切替部２ｂは、第１電池電圧が閾値Ｖ１以上、あるいは第２電池電圧が閾値Ｖ３未満であれば、第１モードから第２モードへの切替を許可しない（Ｓ１３）。

　そして、モード切替部２ｂは、第１モードから第２モードへの切替を許可すれば、操作端末５から、第２モードの設定要求（第２モードへの切替を指示する信号）を受信したか否かを判定する（Ｓ１４）。具体的に、操作端末５は、作業員によって操作されることによって第２モードの設定要求を送信するが、操作端末５が作業員の認証処理を行うことで、第２モードの設定要求の送信が許可されることが好ましい。すなわち、蓄電装置１の保守を行うための知識、技能を有する作業員によってのみ、第１モードから第２モードへの切替処理が行われることが好ましい。

　モード切替部２ｂは、第２モードへの切替を許可した状態で、第２モードの設定要求を受信すれば、制御部２ａの制御モードを第２モードに切り替える（Ｓ１５）。モード切替部２ｂは、第２モードへの切替を許可した状態で、第２モードの設定要求を一定期間受信しなければ、ステップＳ１１の処理に戻る。

　したがって、蓄電池１３の電池電圧が低下して、閾値Ｖ１未満、閾値Ｖ３以上の範囲内である場合のみ、モード切替部２ｂは、制御部２ａの制御モードを第１モードから第２モードに切り替えることができる。すなわち、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の電池電圧（第１電池電圧）が閾値Ｖ１以上である正常時には、制御部２ａの制御モードを第１モードから第２モードに切り替えることができない。この結果、第２モードへの不要な切替が行われない。また、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の電池電圧（第２電池電圧）が閾値Ｖ３未満である異常時にも、制御部２ａの制御モードを第１モードから第２モードに切り替えることができない。

　次に、図５の概念図、図６のフローチャートを用いて、第２モードの制御部２ａによる電力変換部１１の制御について説明する。

　第２モードにおいて、蓄電池１３の残量は、図５の概念図に表される実使用領域Ｘ１、充電許可領域Ｘ１２、禁止領域Ｘ１３に分けられる。実使用領域Ｘ１は、上記同様に、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１（第１閾値）以上となる領域であり、電池電圧が閾値Ｖ１以上となる領域に相当する。充電許可領域Ｘ１２は、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ３（第２閾値）以上、閾値Ｑ１未満となる領域であり、電池電圧が閾値Ｖ１未満、閾値Ｖ３以上となる領域に相当する。禁止領域Ｘ１３は、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ３未満となる領域であり、電池電圧が閾値Ｖ３未満となる領域に相当する。

　実使用領域Ｘ１は、需要家施設７のユーザが通常使用することができる蓄電池１３の容量であり、実使用領域Ｘ１内での充電および放電による蓄電池１３の劣化は小さい。充電許可領域Ｘ１２は、需要家施設７のユーザは使用できない蓄電池１３の容量である。充電許可領域Ｘ１２内での充電および放電による蓄電池１３の劣化は、実使用領域Ｘ１に比べて大きくなるが、短時間の充電、放電であれば問題ないレベルである。禁止領域Ｘ１３は、充電および放電による蓄電池１３の劣化が激しいため、蓄電池１３の充電および放電は厳禁となる。

　まず、作業員によってブレーカ１２がオン操作される。第２モードの制御部２ａは、蓄電池１３の放電を禁止する（Ｓ２１）。そして、制御部２ａは、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満、かつ第２電池電圧が閾値Ｖ３以上であるか否か（蓄電池１３の残量が充電許可領域Ｘ１２内であるか否か）を判定する（Ｓ２２）。ここで上述の図４のフローチャートに示すように、第２モードへの切替時は、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満、かつ第２電池電圧が閾値Ｖ３以上であると考えられる。そして、第１電池電圧が閾値Ｖ１未満、かつ第２電池電圧が閾値Ｖ３以上であるときに、制御部２ａは、充電の開始を許可する（Ｓ２３）。制御部２ａは、充電の開始を許可した後に、充電を指示する充電要求を操作端末５から受信したか否かを判定する（Ｓ２４）。具体的に、操作端末５は、作業員によって操作されることによって充電要求を送信するが、操作端末５が作業員の認証処理を行うことで、充電要求の送信が許可されることが好ましい。すなわち、蓄電装置１の保守を行うための知識、技能を有する作業員によってのみ、第２モードにおける充電指示が行われることが好ましい。

　そして、制御部２ａは、充電要求を受信すれば、電力変換部１１による蓄電池１３の充電を開始させる（Ｓ２５）。制御部２ａは、充電開始後から予め決められた充電時間が経過するまで、電力変換部１１による蓄電池１３の充電を実行させる（Ｓ２６）。この充電時間は、蓄電池１３の残量が実使用領域Ｘ１内にまで増加するのに十分な一定時間に予め設定されている。そして、蓄電池１３の充電が開始されてから充電時間が経過した時点で、制御部２ａは、電力変換部１１による蓄電池１３の充電を停止させる（Ｓ２７）。モード切替部２ｂは、電力変換部１１による蓄電池１３の充電が停止した後、制御部２ａの制御モードを第１モードに切り替える（Ｓ２８）。すなわち、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の充電が開始されてから所定時間が経過した後に、制御モードを第２モードから第１モードに切り替えることができる。

　なお、制御部２ａは、蓄電池１３の残量（電池電圧）に応じて、充電時間を適宜に設定してもよい。たとえば、制御部２ａは、残量が少ないほど充電時間を長く設定し、残量が多いほど充電時間を短く設定する。

　また、制御部２ａは、第２モードで充電中の蓄電池１３の残量が実使用領域Ｘ１中の目標値にまで増加した時点で充電を停止させ、その後、モード切替部２ｂが制御モードを第２モードから第１モードに切り替えてもよい。

　また、制御部２ａは、ステップＳ２２において、第１電池電圧が閾値Ｖ１以上、あるいは第２電池電圧が閾値Ｖ３未満である場合、制御部２ａは、蓄電池１３の充電開始を禁止する（Ｓ２９）。

　さらに、第２モードに切り替わった後に充電要求がないと、蓄電池１３は自然放電のため徐々に残量が低下していく可能性がある。そして、蓄電池１３の電池電圧が閾値Ｖ３未満に低下すると、充電、放電による蓄電池１３の劣化が激しくなるため、電池電圧が閾値Ｖ３未満に低下した蓄電池１３は、使用厳禁（充電および放電は厳禁）となる。

　そこで、第２電池電圧が閾値Ｖ３未満にまで低下している場合（Ｓ２１０）、制御部２ａは、遮断信号をブレーカ１２へ送信し（Ｓ２１１）、遮断信号を受信したブレーカ１２は、接点を引き外してオフ状態（遮断状態）になる。すなわち、ブレーカ１２を強制的にオフさせて、ブレーカ１２を介した放電経路を遮断し、蓄電池１３の残量のさらなる低下を抑えている。また、ステップＳ２１０において第２電池電圧が閾値Ｖ３以上である場合、制御部２ａは、本処理を終了する。

　さらに、第２電池電圧が閾値Ｖ３未満にまで低下している場合、制御部２ａは、蓄電池１３の使用厳禁を報知する第２異常通知を操作端末５へ送信する（Ｓ２１２）。第２異常通知を受信した操作端末５は、蓄電池１３の使用厳禁を報知する画面を表示し、必要に応じて音声報知も行う。

　したがって、第２モードの制御部２ａは、蓄電池１３の充電を充電許可領域Ｘ１２から開始することができるので、蓄電池１３の残量を実使用領域Ｘ１にまで回復させることができ、蓄電池１３の交換回数を減らすことができる。

　また、第２モードへの切替、第２モードにおける蓄電池１３の充電開始の各処理は、専門的な技能、知識を有する作業員の操作によって行われることが好ましい。この場合、第２モードにおける蓄電池１３の充電処理は、ユーザによって不要に行われることがない。

　また、第２モードにおける蓄電池１３の充電処理は自動終了し、その後、制御部２ａの制御モードは、第２モードから第１モードに自動復帰する。したがって、第２モードから第１モードへの切替忘れがなくなるので、制御部２ａが第２モードで常に動作することによる蓄電池１３の劣化を防止することができる。

　また上述のように、第２モードの制御部２ａが蓄電池１３の充電制御を実行している期間に、ＤＲ信号による電力削減の要請があった場合、制御部２ａは、ＤＲ信号に基づく蓄電池１３の放電制御は行わない。すなわち、制御部２ａは、ＤＲ信号に基づく蓄電池１３の放電制御より、第２モードによる蓄電池１３の充電制御を優先することが好ましい。この場合、ＤＲ信号による電力削減の要請があったとしても、蓄電池１３の劣化を抑えることができる。

　また、制御部２ａは、第２モードによる蓄電池１３の充電制御より、ＤＲ信号に基づく蓄電池１３の放電制御を優先することも可能である。この場合、電力削減の要請の緊急度が高いときに、系統の安定化に対応できる。

　なお、上述の実施形態では、蓄電池１３の残量を計測する方法として、電池電圧に基づく電圧測定方式を用いている。しかし、蓄電池１３の残量を計測する方法は、電圧測定方式に限定されない。蓄電池１３の残量を計測する他の方法としては、電池に流入する電流と流出した電流とに基づくクーロンカウンタ方式、使用する電池の特性（温度特性、放電特性など）を考慮したモデリング方式、電池セルのインピーダンスに基づくインピーダンストラック方式などがある。

　以上のように、実施形態に係る第１の態様の蓄電制御装置２は、蓄電池１３の充電および放電を行う電力変換部１１の動作を制御する。この蓄電制御装置２は、制御部２ａと、モード切替部２ｂとを備える。制御部２ａは、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで電力変換部１１の動作を制御する。モード切替部２ｂは、制御部２ａの制御モードを切り替える。そして、制御部２ａは、制御モードとして、第１モードと第２モードとを有する。第１モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１以上であれば、蓄電池１３の充電および放電を許可し、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電および放電を禁止する制御モードである。第２モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電開始を許可する制御モードである。制御部２ａが第１モードで電力変換部１１の動作を制御しているときに蓄電池１３の充電および放電を禁止した場合、モード切替部２ｂは第２モードへの切替を許可する。

　したがって、蓄電制御装置２では、制御部２ａが通常は第１モードで動作し、モード切替部２ｂは、制御部２ａが第１モードで電力変換部１１の動作を制御しているときに蓄電池１３の充電および放電を禁止した場合、第２モードへの切替を許可する。すなわち、蓄電制御装置２は、通常は残量が少なくなった蓄電池１３の充電、放電を停止させて蓄電池１３の劣化を抑えることができ、さらには残量が少なくなった蓄電池１３を必要に応じて充電することができるので、蓄電池１３の交換回数を低減できる。

　また、実施形態に係る第２の態様の蓄電制御装置２では、第１の態様において、第１モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１（第１閾値）以上であれば、蓄電池１３の充電および放電を許可し、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電および放電を禁止する制御モードであることが好ましい。さらに、第２モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満、かつ閾値Ｑ１より低い閾値Ｑ３（第２閾値）以上であれば、蓄電池１３の充電開始を許可し、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ３未満であれば、蓄電池１３の充電開始を禁止する制御モードであることが好ましい。

　したがって、第２モードにおいて、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ３より低い場合、蓄電池１３の充電は許可されないので、蓄電池１３の劣化をさらに抑制できる。

　また、実施形態に係る第３の態様の蓄電制御装置２では、第２の態様において、制御部２ａが第１モードで電力変換部１１の動作を制御しているときに蓄電池１３の充電および放電を禁止した場合、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満かつ閾値Ｑ３以上であれば、第２モードへの切替を許可することが好ましい。

　したがって、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１以上である正常時、および蓄電池１３の残量が閾値Ｑ３未満である異常時には、制御部２ａの制御モードを第１モードから第２モードに切り替えることができない。この結果、第２モードへの不要な切替が行われず、さらには蓄電池１３の劣化も抑制できる。

　また、実施形態に係る第４の態様の蓄電制御装置２では、第１乃至第３のいずれか一つの態様において、制御部２ａが第２モードで電力変換部１１の動作を制御している場合、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の充電後に制御モードを第１モードに切り替えることが好ましい。

　したがって、制御部２ａの制御モードは、充電後に第２モードから第１モードに自動復帰する。この結果、第２モードから第１モードへの切替忘れがなくなるので、制御部２ａが第２モードで常に動作することによる蓄電池１３の劣化を防止することができる。

　また、実施形態に係る第５の態様の蓄電制御装置２では、第４の態様において、制御部２ａが第２モードで電力変換部１１の動作を制御している場合、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の充電が開始されてから所定時間が経過した後に、制御モードを第１モードに切り替えることが好ましい。

　したがって、蓄電池１３の残量を確保した後に、制御部２ａの制御モードは、第２モードから第１モードに自動復帰することができる。

　また、実施形態に係る第６の態様の蓄電制御装置２では、第１乃至第５のいずれか一つの態様において、モード切替部２ｂは、第２モードへの切替を許可しているとき、第２モードの設定要求を受け付けた場合に、制御部２ａの制御モードを第１モードから第２モードに切り替えることが好ましい。

　したがって、第１モードから第２モードへの切替は、たとえば人の操作などによる設定要求が発生したときに行われるので、第２モードへの不要な切替が行われない。

　また、蓄電制御装置２では、制御部２ａが第２モードで電力変換部１１の動作を制御している場合、モード切替部２ｂは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１以上の目標値にまで増加した時点で充電を停止させ、その後、制御モードを第２モードから第１モードに切り替えることが好ましい。

　したがって、蓄電池１３の残量を閾値Ｑ１以上に増大させた後に、制御部２ａの制御モードは、第２モードから第１モードに自動復帰することができる。

　また、実施形態に係る第７の態様の電力変換装置６は、第１乃至第６の態様のいずれかの蓄電制御装置２と、蓄電池１３の充電および放電を行う電力変換部１１とを備えることを特徴とする。

　したがって、電力変換装置６は、通常は残量が少なくなった蓄電池１３の充電、放電を停止させて蓄電池１３の劣化を抑えることができ、かつ蓄電池１３の交換回数を低減できる。

　また、実施形態に係る第８の態様の蓄電システム１０は、第１乃至第６の態様のいずれかの蓄電制御装置２と、蓄電池１３と、蓄電池１３の充電および放電を行う電力変換部１１とを備えることを特徴とする。

　したがって、蓄電システム１０は、通常は残量が少なくなった蓄電池１３の充電、放電を停止させて蓄電池１３の劣化を抑えることができ、かつ蓄電池１３の交換回数を低減できる。

　また、実施形態に係る第９の態様の蓄電制御方法は、蓄電池１３の充電および放電を行う電力変換部１１の動作を制御する。この蓄電制御方法は、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで電力変換部１１の動作を制御する。この蓄電制御方法は、制御モードとして、第１モードと、第２モードとを有する。第１モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１以上であれば、蓄電池１３の充電および放電を許可し、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電および放電を禁止する制御モードである。第２モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電開始を許可する制御モードである。そして、この蓄電制御方法は、第１モードで電力変換部１１の動作を制御しているときに蓄電池１３の充電および放電を禁止した場合、第２モードへの切替を許可することを特徴とする。

　したがって、上述の蓄電制御方法は、通常は残量が少なくなった蓄電池１３の充電、放電を停止させて蓄電池１３の劣化を抑えることができ、かつ蓄電池１３の交換回数を低減できる。

　また、実施形態に係る第１０の態様のコンピュータが実行するプログラムは、蓄電池１３の充電および放電を行う電力変換部１１の動作を、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで制御する。このプログラムは、制御モードとして、第１モードと、第２モードとを有する。第１モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１以上であれば、蓄電池１３の充電および放電を許可し、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電および放電を禁止する制御モードである。第２モードは、蓄電池１３の残量が閾値Ｑ１未満であれば、蓄電池１３の充電開始を許可する制御モードである。そして、このプログラムは、第１モードで電力変換部１１の動作を制御しているときに蓄電池１３の充電および放電を禁止した場合、第２モードへの切替を許可する蓄電制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

　したがって、上述のプログラムは、通常は残量が少なくなった蓄電池１３の充電、放電を停止させて蓄電池１３の劣化を抑えることができ、かつ蓄電池１３の交換回数を低減できる。

　なお、上述の実施の形態は一例である。このため、実施の形態は、上述の構成に限定されることはなく、この構成以外であっても、技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

　たとえば、配電システムは、太陽光発電装置、風力発電装置などの分散電源を備えて、分散電源の発電電力を、蓄電池１３の充電や負荷４の駆動電力に用いてもよい。

　また、制御部２ａは、上述の第１モードおよび第２モードを含む３つ以上の制御モードを備えていてもよい。

　１　蓄電装置
　１１　電力変換部
　１２　ブレーカ
　１３　蓄電池
　１３ａ　電池モジュール
　２　蓄電制御装置
　２ａ　制御部
　２ｂ　モード切替部
　２ｃ　取得部
　３　分電盤
　４　負荷
　５　操作端末
　６　電力変換装置
　８　電力系統
　９　商用電源
　１０　蓄電システム
　１００　広域ネットワーク
　２００　上位サーバ

Claims

　蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を制御する蓄電制御装置であって、
　複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで前記電力変換部の動作を制御する制御部と、
　前記制御部の制御モードを切り替えるモード切替部とを備え、
　前記制御部は、前記制御モードとして、前記蓄電池の残量が閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する第１モードと、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を許可する第２モードとを有し、
　前記制御部が前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記モード切替部は前記第２モードへの切替を許可する
　ことを特徴とする蓄電制御装置。
　前記第１モードは、前記蓄電池の残量が前記閾値である第１閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記第１閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する制御モードであり、
　前記第２モードは、前記蓄電池の残量が前記第１閾値未満、かつ前記第１閾値より低い第２閾値以上であれば、前記蓄電池の充電開始を許可し、前記蓄電池の残量が前記第２閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を禁止する制御モードである
　ことを特徴とする請求項１記載の蓄電制御装置。
　前記制御部が前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記モード切替部は、前記蓄電池の残量が前記第１閾値未満かつ前記第２閾値以上であれば、前記第２モードへの切替を許可することを特徴とする請求項２記載の蓄電制御装置。
　前記制御部が前記第２モードで前記電力変換部の動作を制御している場合、前記モード切替部は、前記蓄電池の充電後に前記制御モードを前記第１モードに切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電制御装置。
　前記制御部が前記第２モードで前記電力変換部の動作を制御している場合、前記モード切替部は、前記蓄電池の充電が開始されてから所定時間が経過した後に、前記制御モードを前記第１モードに切り替えることを特徴とする請求項４記載の蓄電制御装置。
　前記モード切替部は、前記第２モードへの切替を許可しているとき、前記第２モードの設定要求を受け付けた場合に、前記制御部の制御モードを前記第１モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄電制御装置。
　請求項１乃至６のいずれかに記載の蓄電制御装置と、蓄電池の充電および放電を行う電力変換部とを備えることを特徴とする電力変換装置。
　請求項１乃至６のいずれかに記載の蓄電制御装置と、蓄電池と、前記蓄電池の充電および放電を行う電力変換部とを備えることを特徴とする蓄電システム。
　蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を制御する蓄電制御方法であって、
　複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで前記電力変換部の動作を制御し、
　前記制御モードとして、前記蓄電池の残量が閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する第１モードと、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を許可する第２モードとを有し、
　前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記第２モードへの切替を許可する
　ことを特徴とする蓄電制御方法。
　蓄電池の充電および放電を行う電力変換部の動作を、複数の制御モードのうちいずれかの制御モードで制御し、
　前記制御モードとして、前記蓄電池の残量が閾値以上であれば、前記蓄電池の充電および放電を許可し、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電および放電を禁止する第１モードと、前記蓄電池の残量が前記閾値未満であれば、前記蓄電池の充電開始を許可する第２モードとを有し、
　前記第１モードで前記電力変換部の動作を制御しているときに前記蓄電池の充電および放電を禁止した場合、前記第２モードへの切替を許可する
　蓄電制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。