JP5877360B2

JP5877360B2 - 蓄電池制御システム

Info

Publication number: JP5877360B2
Application number: JP2011118288A
Authority: JP
Inventors: 高橋　勇人; 勇人高橋; 小林　晋; 晋小林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: JP2012249390A

Description

本発明は、蓄電池の充電と放電を制御する蓄電池制御システムに関する。

近年、電力需要が少なくなる夜間に電力を貯蔵(充電)し、電力需要が多くなる昼間に、貯蔵した電力を使用(放電)することで電力系統の需給バランスを平準化することが行われている。例えば、特許文献１に記載されている従来例では、建物の各階に蓄電池が設置され、それぞれの蓄電池が深夜(電力料金の安価な時間帯)に一斉に充電され、昼間の時間帯に各蓄電池から順番に放電されるようになっている。

特開２００３−２９９２５１号公報

ところで、蓄電池はその種類によって放置状態(充電及び放電されない状態)における最適な充電レベル(充電状態：SOC<State Of Charge>とも呼ばれる。)が異なっている。例えば、リチウムイオン電池の場合、充電レベルが低すぎると放置期間中の自己放電によって過放電状態に陥る虞があり、反対に充電レベルが高すぎる(例えば、満充電)と電池セル内部のガス圧力が上昇して蓄電池の寿命を縮める虞がある。したがって、リチウムイオン電池は、40％〜60％程度の充電レベルで放置されることが望ましく、当該範囲外の充電レベルで長期間放置された場合、著しく性能が劣化してしまう虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、放置による蓄電池の性能劣化を抑制することを目的とする。

本発明の蓄電池制御システムは、複数の蓄電池と、当該蓄電池を充電し且つ放電させる複数の充放電部と、当該充放電部の充電動作及び放電動作を各別に制御する制御部とを有し、当該制御部は、前記蓄電池の充電レベルを所定の保護範囲内に維持する保護モードと、前記充電レベルを前記保護範囲内に維持しない使用モードとを択一的に切り換えて前記充放電部を制御し、さらに、前記保護モードにおいて、前記保護範囲の上限を上回っている蓄電池から、前記保護範囲の下限を下回っている蓄電池へ放電させるように前記充放電部を制御することを特徴とする。

この蓄電池制御システムにおいて、前記制御部に対して、前記使用モードから前記保護モードへの切換のためのトリガを与えるトリガ手段を有することが好ましい。

この蓄電池制御システムにおいて、前記トリガ手段は、前記蓄電池から給電される負荷機器の利用者が所定期間以上不在であると判断した場合に前記トリガを前記制御部に与えることが好ましい。

この蓄電池制御システムにおいて、前記トリガ手段は、検知領域における人の存否を検知する人感センサを有し、当該人感センサの検知結果に基づいて前記利用者の不在を判断することが好ましい。

この蓄電池制御システムにおいて、前記トリガ手段は、前記使用モードから前記保護モードへ切り換えるための操作入力を受け付けた場合に前記トリガを前記制御部に与えることが好ましい。

この蓄電池制御システムにおいて、外部と通信する通信手段を有し、前記トリガ手段は、前記通信手段を介して前記使用モードから前記保護モードへ切り換えるための指令を受け取った場合に前記トリガを前記制御部に与えることが好ましい。

この蓄電池制御システムにおいて、前記制御部は、動作モードが前記使用モードであり且つ前記蓄電池の充電レベルが前記保護範囲よりも高い所定値以上又は前記保護範囲より低い所定値以下の状態が所定時間以上継続した場合に前記動作モードを前記保護モードに切り換えることが好ましい。

本発明の蓄電池制御システムは、放置による蓄電池の性能劣化を抑制することができるという効果がある。

本発明に係る蓄電池制御システムの実施形態の動作を説明するための説明図である。本発明に係る蓄電池制御システムの実施形態１を示すシステム構成図である。本発明に係る蓄電池制御システムの実施形態２を示すシステム構成図である。

以下、本発明に係る蓄電池制御システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

(実施形態１)
本実施形態のシステム構成図を図２に示す。本実施形態の蓄電池制御システムは、複数(図示は３台のみ)の蓄電装置１と、各蓄電装置１の充放電を制御する制御装置２とを備える。ただし、蓄電装置１の台数は３台に限定されるものではなく、１台又は２台あるいは４台以上であっても構わない。

蓄電装置１は、リチウムイオン電池などの蓄電池10と、蓄電池10を充放電する充放電部とを備える。なお、充放電部は、蓄電池10を充電する充電回路部11と、蓄電池10を放電させる放電回路部12とを有する。充電回路部11は、交流を直流に変換するAC/DCコンバータと、交流から変換された直流を所望の電圧の直流に変換するDC/DCコンバータとを有している。放電回路部12は、蓄電池10から放電される直流を所望の電圧の直流に変換するDC/DCコンバータと、所望電圧の直流を交流に変換するDC/ACコンバータ(インバータ)とを有している。これらの蓄電装置１は、系統連系保護装置５を介して商用の交流電力系統(以下、電力系統と略す。)100並びに分電盤４に接続されている。

分電盤４は、一次側に系統連系保護装置５が接続される主幹ブレーカと、主幹ブレーカの２次側に分岐接続される複数の分岐ブレーカとがボックスに収納されて構成される。そして、複数の分岐ブレーカの負荷端子にそれぞれ負荷機器３が接続されている。系統連系保護装置５は、蓄電装置１を電力系統100と系統連系させるとともに蓄電装置１から電力系統100への逆潮流を防止するものである。

制御装置２は、制御部20、操作部21、通信部22などを備える。操作部21は押釦スイッチなどの操作スイッチ(図示せず)を有し、操作スイッチが操作された場合に当該操作スイッチに対応する操作入力を受け付け、当該操作入力に対応する操作信号を制御部20に出力する。通信部22は通信線や電波を通信媒体として通信端末(図示せず)と通信するものである。

制御部20は、マイクロコンピュータを主構成要素とし、メモリ(図示せず)に記憶されているプログラムをマイクロコンピュータで実行することによって、種々の機能(処理)を実現する。例えば、制御部20は蓄電池10の電池電圧や充放電電流の履歴などに基づいて、各蓄電装置１の蓄電池10の充電レベルを検出する処理を行っており、検出した充電レベルをメモリに保存している。なお、充電レベル(SOC)とは、定格容量に対する残存容量の比率で定義される(日本工業規格JIS C8905参照)。

ここで、制御部20は使用モードと保護モードの２種類の動作モードを有している。使用モードとは蓄電装置１が通常に使用されるときの動作モードであって、使用モードにおける制御部20は、例えば、基本的に深夜料金の時間帯で各蓄電装置１に充電を行わせ、主として昼間の時間帯に各蓄電装置１に放電を行わせる。ただし、蓄電池10が100％の充電レベルまで充電され且つ0％まで放電されることが繰り返されると、蓄電池100の寿命が短縮されてしまう場合がある。故に本実施形態では、図１に示すように充電レベルが上限値(例えば、80％)から下限値(例えば、20％)の範囲(通常使用範囲)内に収まるように、制御部20が各蓄電装置１の充放電部(充電回路部11又は放電回路部12)を制御している。

一方、保護モードとは、従来技術で説明したように蓄電池10が長期間放置される場合に蓄電池10の性能劣化を抑えるための動作モードである。そして、保護モードにおける制御部20は、蓄電池10の充電レベルを所定の保護範囲内に維持するように各蓄電装置１の充放電部(充電回路部11又は放電回路部12)を制御する。例えば、本実施形態における蓄電池10はリチウムイオン電池であるので、充電レベルが40％〜60％の範囲が保護範囲に適している。ただし、保護範囲は蓄電池10の種類によって異なっており、リチウムイオン電池以外の蓄電池(ニッケル水素電池や鉛蓄電池など)が使用される場合、蓄電池の種類に応じた範囲に設定される。

ここで、蓄電装置１が長期間放置される場合として、本実施形態の蓄電池制御システムが設置されている住戸の住人が旅行などで長期間留守(不在)にする場合などが考えられる。あるいは、災害の発生に伴って住人が自宅から別の場所に避難しなければならない場合も考えられる。本実施形態においては、住人(負荷機器３の利用者)が自宅を不在にする場合に制御装置２の操作部21が有する保護モード切換用の操作スイッチを操作すると、操作部21から制御部20に保護モード切換用の操作信号が出力される。そして、当該操作信号を受け取った制御部20が動作モードを使用モードから保護モードに切り換える(図１における時刻t=t0)。あるいは、住人が携帯する通信端末(図示せず)から保護モード切換用のコマンド(指令)を無線信号で送信し、当該無線信号を受信した通信部22から制御部20に前記保護モード切換用のコマンドが出力される。そして、当該コマンドを受け取った制御部20が動作モードを使用モードから保護モードに切り換える。なお、制御部20の保護モードから使用モードへの切換についても、操作部21から出力される操作信号や通信部22で受信する指令に基づいて行われる。

保護モードに切り換わった制御部20は、蓄電池10の充電レベルが保護範囲の下限を下回ると充電回路部11に充電を行わせ、反対に蓄電池10の充電レベルが保護範囲の上限を上回ると放電回路部12に放電を行わせる。これにより、蓄電池10の充電レベルを保護範囲内に維持することができる。ここで、本実施形態のように蓄電装置１が複数ある場合、制御部20は、蓄電池10の充電レベルが保護範囲の上限を上回っている蓄電装置１から、蓄電池10の充電レベルが保護範囲の下限を下回っている他の蓄電装置１へ放電させることが好ましい。このようにすれば、一旦蓄電池10に充電された電力が充電レベルを維持する目的のためだけに無駄に消費されることが回避できる。

ところで、上述のように住人が操作部21の操作を忘れて不在にした場合、制御部20の動作モードが使用モードから保護モードに切り換わらずに蓄電池10の性能が劣化してしまう可能性がある。そこで、住宅内の人の存否を人感センサ(図示せず)で検知し、人感センサが住宅内の人の存在を検知しない時間が所定時間(例えば、24時間)を超えたら、制御部20が住人の不在と判断して自発的に使用モードから保護モードに動作モードを切り換えることが好ましい。あるいは、使用頻度の高い負荷機器３、例えば、照明器具の消費電力がほぼゼロとなる時間が所定時間(例えば、24時間)を超えたら、制御部20が住人の不在と判断して自発的に使用モードから保護モードに動作モードを切り換えてもよい。

また、住人の在・不在に関わらず、制御部20の動作モードが使用モードであり且つ蓄電池10の充電レベルが保護範囲よりも相対的に高い状態又は低い状態が継続した場合にも蓄電池10の性能が劣化してしまう可能性がある。そこで、制御部20の動作モードが使用モードであり且つ蓄電池10の充電レベルが保護範囲よりも高い所定値(例えば、80％)以上又は保護範囲よりも低い所定値(例えば、20％)以下の状態が所定時間(例えば、１週間)以上継続したら、制御部20が自発的に保護モードに切り換えることが好ましい。

(実施形態２)
本実施形態のシステム構成図を図３に示す。ただし、本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、太陽電池６とパワーコンディショナ７からなる太陽光発電システムが追加されている。太陽電池６の発電電力(直流電力)がパワーコンディショナ７で交流電力に変換され、系統連系保護装置５を介して蓄電装置１や負荷機器３に供給される。

また、負荷機器３として、電気温水器やヒートポンプ給湯機のように電力を利用して給湯する給湯機30と、給湯機30から供給される湯を貯める貯湯槽31とを有する給湯設備が設置されている。

而して、保護モードに切り換わった制御部20は、蓄電池10の充電レベルが保護範囲の下限を下回ると充電回路部11に充電を行わせ、太陽光発電システムで発電される電力又は電力系統100から供給される電力によって蓄電池10を充電する。一方、蓄電池10の充電レベルが保護範囲の上限を上回ると、制御部20は放電回路部12に放電を行わせる。このとき、蓄電装置１から放電される電力を給湯設備３に供給し、給湯機30で沸かした湯を貯湯槽31に貯めるようにすれは、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して保存することができる。このようにすれば、一旦蓄電池10に充電された電力が充電レベルを維持する目的のためだけに無駄に消費されることが回避できる。なお、電気自動車を負荷機器３とし、保護モードにおいて蓄電池10の充電レベルが保護範囲の上限を上回った場合に蓄電池10から放電される電力で電気自動車のバッテリを充電するようにしても構わない。

１蓄電装置
２制御装置
10 蓄電池
11 充電回路部(充放電部)
12 放電回路部(充放電部)
20 制御部

Claims

複数の蓄電池と、当該蓄電池を充電し且つ放電させる複数の充放電部と、当該充放電部の充電動作及び放電動作を各別に制御する制御部とを有し、当該制御部は、前記蓄電池の充電レベルを所定の保護範囲内に維持する保護モードと、前記充電レベルを前記保護範囲内に維持しない使用モードとを択一的に切り換えて前記充放電部を制御し、さらに、前記保護モードにおいて、前記保護範囲の上限を上回っている蓄電池から、前記保護範囲の下限を下回っている蓄電池へ放電させるように前記充放電部を制御することを特徴とする蓄電池制御システム。
前記制御部に対して、前記使用モードから前記保護モードへの切換のためのトリガを与えるトリガ手段を有することを特徴とする請求項１記載の蓄電池制御システム。
前記トリガ手段は、前記蓄電池から給電される負荷機器の利用者が所定期間以上不在であると判断した場合に前記トリガを前記制御部に与えることを特徴とする請求項２記載の蓄電池制御システム。
前記トリガ手段は、検知領域における人の存否を検知する人感センサを有し、当該人感センサの検知結果に基づいて前記利用者の不在を判断することを特徴とする請求項３記載の蓄電池制御システム。
前記トリガ手段は、前記使用モードから前記保護モードへ切り換えるための操作入力を受け付けた場合に前記トリガを前記制御部に与えることを特徴とする請求項２記載の蓄電池制御システム。
外部と通信する通信手段を有し、前記トリガ手段は、前記通信手段を介して前記使用モードから前記保護モードへ切り換えるための指令を受け取った場合に前記トリガを前記制御部に与えることを特徴とする請求項２記載の蓄電池制御システム。
前記制御部は、動作モードが前記使用モードであり且つ前記蓄電池の充電レベルが前記保護範囲よりも高い所定値以上又は前記保護範囲より低い所定値以下の状態が所定時間以上継続した場合に前記動作モードを前記保護モードに切り換えることを特徴とする請求項１記載の蓄電池制御システム。