JP2008141926A - 家庭用電力蓄積装置、車載用電力蓄積装置、電力供給・蓄積システム及び蓄電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給事業者で電源周波数や電圧を調整する必要がある場合の対処が、効果的かつ迅速に行えるようにする。
【解決手段】電力供給事業者からの商用交流電源又は自家発電手段で充電され、家屋内負荷又は外部負荷に放電する家庭用蓄電手段を備えたものに適用される。家庭用蓄電手段の制御手段では、蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量を、電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量として確保する。その上で、電力供給事業者側では、商用交流電源の周波数を検出し、その検出した電源周波数の調整が必要な場合に、家庭用蓄電手段を備えた家屋に対して充電指令又は放電指令を送り、各家庭では、その充電指令又は放電指令を受信した場合に、蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量の範囲内で、蓄電手段の放電電流又は充電電流を変更させるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般家庭などの家屋に設置される家庭用電力蓄積装置と車載用電力蓄積装置、及びその電力蓄積装置を有する電力供給・蓄積システム、並びにそのシステムに適用される蓄電制御方法に関する。

環境問題や石油の高騰等の社会的事情により、省エネルギーの要請は高まっている。
そこで、安価な深夜電力を利用する、家庭電池システムが注目されている（例えば、特許文献１参照）。
家庭電池システムは、内部に二次電池を多数内蔵し、安価な深夜電力にて充電する。そして、二次電池に充電された電力を昼間使用する形態が想定される。或いは、太陽電池を接続して、その太陽電池で昼間に得た電力を、二次電池に充電させて、夜間などに放電させる形態もある。

一方、これとは別に、家庭に設置される電池システムとして、自動車（車両）用の二次電池がある。二次電池を必要とする自動車としては、モータを駆動源とした電気自動車又はエンジンと併用したハイブリット自動車などがあるが、いずれにしても、車載用の二次電池についても、家庭で充電できるようした方が、充電に要するコストや使い勝手を考えると好ましい。車載用の二次電池を家庭で充電するシステムとしては、例えば該当する自動車に充電用の端子を備えておき、その充電用の端子に、家庭用の商用交流電源が得られるコンセントと、電源コードで接続して、家庭用の商用交流電源で充電する構成とされる。自動車用の二次電池についても、安価な深夜電力で充電される形態が一般的であると想定される。
特開２００２−２８１６９３号公報

ところで、電力供給事業者である電力会社は、商用交流電源の供給を安定して行う必要がある。安定に供給するということは、具体的には、商用電源の電圧をＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖなどの規定された電圧に安定させると共に、商用電源の交流周波数を５０Ｈｚや６０Ｈｚなどに安定させるということである。電源電圧の変動と交流周波数の変動は、いずれも負荷変動により発生するものであり、負荷容量に対応した電力の供給ができていれば、周波数は安定する。一般に電力会社では、各時間帯ごとの負荷容量を予想して、その予想負荷容量に応じたベース電力の発電を行うとともに、単発・短時間の需給変動を調整して周波数を安定化する目的である程度の余裕を見込んだ電力の発電を行うようにしてある。

しかしながら、電力会社の予想を超えて負荷変動がある場合や、電源供給能力が何らかのトラブルで低下には、迅速な対処が不可能である。極端な例としては、例えば、ある変電所に落雷があり、負荷容量に見合った電源供給ができないような場合には、電源周波数が低下してしまう。

電力会社では、負荷容量に対して供給する電源が過不足した場合に、発電所に対して発電電力を減らす指令または増やす指令を送ることになるが、原子力発電所の発電電力を迅速に変えることは事実上不可能である。火力発電所については、起動時間がかかるものの、起動したあとは定格容量の数割程度までなら迅速に供給電力を変化させることが可能であるが、軽負荷運転では発電効率が低下し、経済性が悪化する。従来の揚水発電所については、比較的早く起動させることが可能であり、発電運転については発電電力の応答性能・変化範囲とも申し分ない、しかし、揚水運転においては負荷電力の調整は困難であり扱い難い。可変速揚水発電所は、発電運転・揚水運転とも電力を迅速に変えることができるが、設置可能台数が限られている。一般家庭等に二次電池やキャパシタを有する蓄電手段の設置容量の合計値が大きくなってくると、これらの蓄電手段を使用して電力の需給調整をしたほうが電力会社にとって合理的であることは自明である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電力供給事業者で電源周波数や電圧を調整する必要がある場合の対処が、効果的かつ迅速に行えるようにすることを目的とする。

本発明は、電力供給事業者からの商用交流電源又は自家発電手段で充電され、家屋内負荷又は外部負荷に放電する家庭用蓄電手段、又は車載用蓄電手段を備えたものに適用される。
家庭に設置された家庭用蓄電手段の制御手段では、蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量を、電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量として確保しておく。
その上で、電力供給事業者側では、商用交流電源の周波数を検出し、その検出した電源周波数の調整が必要な場合に、家庭用蓄電手段を備えた家屋に対して充電指令又は放電指令を送り、各家庭では、その放電指令又は充電指令を受信した場合に、蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量の範囲内で、蓄電手段の充電電流又は放電電流を変更させるようにした。

本発明によると、電力供給事業者からの指令で、各家庭又は車両に設置された蓄電手段での充電や放電の制御ができることで、電力供給事業者から見た場合に、各家庭に負荷変動吸収手段が設置されたことと等しい状態になる。
例えば電力供給事業者からの電源供給量が少なすぎる状況になり、周波数が低くなった場合には、各家庭の蓄電手段に対して放電電流を増やす指令を送ることで、少なくともその指令で放電電力が追加された家庭では、電力供給事業者から供給される電力の消費が減る。逆に、電力供給事業者からの電源供給量が多すぎる状況になり、周波数が高くなった場合には、各家庭の蓄電手段に対して充電電流を増やす指令を送ることで、少なくともその指令で充電電力が追加された家庭では、電力供給事業者から供給される電力の消費が増えることになる。
１軒ごとの家庭で調整できる消費電力は比較的少ない量であっても、蓄電手段を備えた全ての家庭に対して一斉に指令を送ることで、電力供給事業者から見て、交流周波数を安定させるのに十分な調整が可能になる。また、各家庭で調整されるので、電力が消費される負荷に最も近いところで調整され、好ましい調整が行える。
このような電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量は、蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量に制限しておくことで、各家庭の蓄電手段が本来の目的で充電や放電できる容量が十分な容量確保され、各家庭での蓄積手段の使用に差し支えるようなことを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の例である家庭電池システム１０７の、実際の利用状況を想定して説明するための概略図である。
家屋１０１には電力会社から一般家庭向けのＡＣ２００Ｖの商用交流電力１０２が引き込まれている。
配電盤１０３上にはブレーカ（ＭＣＣＢ：Molded-Case Circuit Breaker：配線用遮断器）１０４が設けられている。家屋１０１には様々な電化製品が設置され、電力を消費する。この電化製品を使用しているときは、電力を消費する負荷となる。家屋１０１内の電化製品は、ブレーカ１０４を介して、電力の供給を受ける。ブレーカ１０４は、電力会社から供給される電力の電流値を、予め契約した電流値に制限し、その電流値を越える電源消費がある場合に遮断させるスイッチである。

家屋１０１には、電化製品の１つとして、電気温水器１０５が設置してある。電気温水器１０５は、例えば安価な深夜電力を用いて、電熱器１０６などで水を熱して貯蔵し、必要なときにその貯蔵したお湯を使用する。また、図１の例では、家屋１０１に設置された電化製品の一例として、電子レンジ１０９と照明器具１１０を示してある。

そして本例においては、家屋１０１内（又は家屋１０１に隣接した屋外）に、家庭電池システム１０７が設置してある。この家庭システム１０７は、内部に二次電池を多数内蔵し、通常は深夜電力にて充電する。そして、二次電池に充電された電力を昼間使用する。このようにして家庭電池システム１０７を使用することで、各家庭の電力料金を低く抑えることが可能になる。二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などが使用される。

更に、家庭電池システム１０７には自動車１０８の充電制御機能が備えられている。ここでの自動車１０８は、電気自動車又はハイブリット自動車などの大容量の二次電池を備えた自動車である。この自動車１０８が接続された場合には、自動車１０８内の二次電池についても、その充電残量を家庭電池システム１０７が監視して、充電や放電を制御する。自動車１０８内の二次電池の充電についても、基本的には深夜電力を優先的に使用する。但し、自動車１０８の二次電池の充電については、充電の必要度に応じて、深夜電力の時間帯になるのを待たずに、昼間でも充電を開始させる。また、家庭電池システム１０７内の二次電池を放電させて、自動車１０８内の二次電池に充電させる場合もある。

図２は、本実施の形態の例である家庭電池システム１０７のブロック図である。
ＡＣ２００Ｖの商用電力１０２は、ブレーカ１０４を通じて家屋１０１に供給される。
商用電力１０２は電気温水器１０５や照明１１０等を含む負荷２０２に接続されると共に、家庭電池システム１０７にも供給される。図では示してないが、必要によりＡＣ２００ＶをＡＣ１００Ｖに変換する。
家庭電池システム１０７は、入力されるＡＣ２００Ｖの電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ２０３にてＤＣ３５０Ｖに変換する。このため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０３のＤＣ３５０Ｖ出力線２０４は後述するＤＣ／ＤＣチョッパ２０７及びＤＣ／ＡＣコンバータ２０９に接続される。

家庭電池システム１０７の中の制御装置２０５は、ブレーカ１０４の直前或は直後に設けた非接触型受電電流検出器２０６を通じて、電力会社からの受電電流を検出する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０３、後述するＤＣ／ＤＣチョッパ２０７、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０９の制御を行う。

ＤＣ／ＤＣチョッパ２０７は、家庭電池２０８とＡＣ／ＤＣコンバータ２０３のＤＣ３５０Ｖ出力線２０４との間に設けられている。ＤＣ／ＤＣチョッパ２０７は制御装置２０５の制御によって、家庭電池２０８の充放電を実行する。家庭電池２０８として例えばリチウムイオン二次電池を使用した場合には、充電残量によりセル電圧が比較的大きく変動するため、ＤＣ／ＤＣチョッパ２０７の出力線は対応して、例えばＤＣ３００Ｖ〜１８０Ｖ程度の間で変動する。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２０９は、車載電池システム２１０とのコネクタ２１１とＡＣ／ＤＣコンバータ２０３のＤＣ３５０Ｖ出力線２０４との間に設けられている。ＤＣ／ＡＣコンバータ２０９は制御装置２０５の制御によって、ＤＣ３５０ＶからＡＣ２００Ｖへの変換を実行する。なお、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０９は、前述のＤＣ／ＤＣチョッパ２０７と同様に、車載電池システム２１０側から電力の供給を受けてＤＣ３５０Ｖ出力線２０４へ電力を供給する機能をも備える。

車載電池システム２１０にはＡＣ／ＤＣコンバータ２１６が内蔵されており、ＡＣ２００Ｖを車載電池２１７の電圧に変換する。車載電池２１７の電圧としては、例えばＤＣ３００〜１８０Ｖである。制御装置２１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１６の充放電制御を行う。車載電池システム２１０には、電力線モデム２２６が備えており、制御装置２１８が、家庭電池システム１０７側の制御装置２０５と双方向にデータ伝送を行う。このため、家庭電池システム１０７側のＤＣ／ＡＣコンバータ２０９とコネクタ２１１との間にも、電力線モデム２２５を設けてある。

また本例の家庭電池システム１０７は、電力会社側からの商用交流電力１０２の供給線にも、電力線モデム２２７が接続してあり、家庭電池システム１０７の制御装置２０５が、電力会社側と双方向に通信を行う構成としてある。

家庭電池システム１０７の制御装置２０５は、家庭電池２０８の充電残量と、現在の時間、受電電流検出器２０６が検出した受電電流などを判断して、家庭電池２０８への充電や、家庭電池２０８から負荷２０２への放電を制御する。車載電池２１７の充電についても、車載電池２１７の充電残量などから、家庭電池システム１０７の制御装置２０５が判断する。場合によっては、車載電池２１７を放電させて、その放電電流で家庭電池２０８を充電させたり、或いは、放電電流で負荷２０２を駆動させることも可能である。

ここで本実施の形態においては、予め電力会社との特別な契約を結んだときには、家庭電池２０８の充電容量の内の、予め決められた一部の充電容量を、電力会社側が周波数や電圧の調整用として使用できるようにしてある。具体的には、例えば図４に示すように、家庭電池２０８の充電量の上限値と下限値との間で、ある程度の充電残量までは、ユーザ枠として、家庭電池システム１０７の制御装置２０５が電力単価を最適化するために、自由に充電や放電に使用できる範囲とする。そして、上限値までの残りの充電残量については、電力会社枠として、電力会社側からの制御で、電源周波数の調整用に使用できるようにする。

ユーザ枠の容量と、電力会社枠の容量との比率は、電力会社との契約で設定する。例えば、上限の充電容量の１０％を電力会社枠とする。契約によっては、上限の充電容量の２０％を電力会社枠とする。その電力会社枠の設定比率により、電力料金や基本料金などの契約料金を可変設定することが好ましい。或いは、設定比率に応じて、家庭電池システム１０７を設置する際の、システムの購入資金の一部を、電力会社が負担するようにしてもよい。

また、車載電池２１７についても、同様に図４に示すように、車載電池２１７の充電量の上限値と下限値との間で、ある程度の充電残量までは、ユーザ枠として、自由に充電や放電に使用できる範囲とし、上限値までの残りの充電残量については、電力会社枠として、電力会社側からの制御で、電源周波数の調整用に使用できるようにする。但し、車載電池２１７に電力会社枠が設定されるのは、家庭電池システム１０７に接続したときだけであり、自動車１０８の走行時には、電力会社枠を考慮せずに充電や放電を行う。車載電池２１７の場合には、図４に示したように、上限値はブレーキ時の回生電力で充電できる余力を持たせてあり、下限値は、車両の緊急移動用に残される放電電力の余力で決まる。家庭電池２０８の場合には、上限値や下限値の設定にそのようなことをほとんど考慮する必要はなく、二次電池の特性で許容される値から上限値や下限値を設定すればよい。
このようにして設定される電力会社枠を使用した充電や放電の処理については、図５及び図６のフローチャートを参照して後述する。

次に、本実施の形態の例による、電力会社側の制御装置の例を、図３を参照して説明する。図２で説明したように、各家庭の家庭電池システムは、電力会社側と通信を行うために電力線モデム２２７を備えて、各家庭と電力会社との間で、各種データの伝送が行われる。このデータ伝送で、電力会社側制御装置３００は、各家庭の家庭電池システム１０７から、家庭電池２０８の現在電力［W］及び残存電力［Ｗ］及び残存電力量［Ｗｈ］のデータを得る。各家庭に自動車１０８が接続されている場合には、その自動車の車載電池２１７の現在電力［W］及び残存電力［Ｗ］及び残存電力量［Ｗｈ］のデータについても得る。これらの残存電力などのデータは、各家庭で個別のデータであり、集計器３０１で各値を加算した集計値としての現在電力［MW］及び残存電力［ＭＷ］及び残存電力量［ＭＷｈ］を得る。ここでの残存電力とは、上述した家庭電池２０８や車載電池２１７の、電力会社枠の残存電力である。

電力会社側制御装置３００から各家庭の家庭電池システム１０７には、電力線モデムを介して、周波数上げ指令や周波数下げ指令を供給する。この周波数上げ指令や周波数下げ指令については、ある程度の地域単位の家庭電池システムに一括して供給してもよい。或いは、各家庭電池システム１０７の電池残量などの状況に応じて個別に供給してもよい。図３の例では、電力会社側制御装置３００が、３つの家庭の家屋１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと通信を行う例としてある。

電力会社側制御装置３００は、集計器３０１での集計結果を、自動周波数調整可能時間判定部３０２に送り、例えば
現状維持可能時間[ｈ]＝残存電力量[MWｈ]／現在電力[MW] （１）
最大調整可能時間[ｈ]＝残存電力量[MWｈ]／(現在電力＋残存電力)[MW] （２）
を算出して、一般家庭等に設置される二次電池やキャパシタを有する蓄電手段での調整可能時間を常時判定する。電力会社枠としての蓄電容量が満杯に近くなるなど負荷側での調整が困難になると判断された場合に、従来のように発電電力調整を実施するための準備を始める指令を送出する。各発電所の起動時間に応じて前もって、火力発電所や揚水発電所、水力発電所などに対して起動指令（停止指令）などを送る。また、集計器３０１で集計した残存電力［MW］は、自動周波数調整用ゲイン変更部３０３に供給し、自動周波数調整部３０４で調整を行う上で、どの程度の調整が可能か判断する。その上で、自動周波数調整部３０４は、周波数の検出値と、周波数の指令値とを判断して、周波数の調整が必要な場合に、周波数上げ指令や周波数下げ指令を出力する。この周波数上げ指令や周波数下げ指令は、電力会社側制御装置３００内の電力線モデム（図示せず）を介して、各家庭の家庭電池システム１０７の制御装置２０５に対して行う。なお、家庭電池システムの残存電力の合計値［MW］が周波数調整に必要な電力［MW］に不足している場合は、従来どおり現在運転中の発電所の出力調整指令で不足分を賄う。

次に、図５のフローチャートを参照して、電力会社側制御装置３００で行われる、家庭電池を使った電源周波数の調整処理例について説明する。
電力会社側制御装置３００で家庭電池を使った電源周波数調整を開始させると。各家庭の残存電力のデータを受信し（ステップＳ１１）、その受信した電力値を集計する（ステップＳ１２）。その上で、電源周波数を監視し、周波数が上昇しているか否か判断する（ステップＳ１３）。この判断で、周波数が基準値よりも上昇していると判断した場合には、家庭電池システムが設置された家屋に対して、周波数下げ指令を送る（ステップＳ１４）。また、周波数が基準値よりも低下しているか否か判断する（ステップＳ１５）。この判断で、周波数が低下していると判断した場合には、家庭電池システムが設置された家屋に対して、周波数上げ指令を送る（ステップＳ１６）。そして、以後ここまでの処理を繰り返し、電源周波数が基準値に安定させる。

次に、図６のフローチャートを参照して、家庭電池システムの制御装置２０５での処理例について説明する。
家庭電池システムの制御装置２０５では、家庭電池２０７の電力会社枠の残存電力を計算し（ステップＳ２１）、その計算された残存電力のデータを電力会社側制御装置３００に送信する（ステップＳ２２）。なお、この残存電力の計算と送信は、電力会社側装置３００からの指令で行うようにしてもよい。

その後、周波数下げ指令を受信したか否か判断する（ステップＳ２３）。該当する指令を受信した場合に、現在の家庭電池の状態が、充電中か否か判断する（ステップＳ２４）。なお、ここでの充電中には、充電と放電のいずれも実行していない状態も含む。ステップＳ２４で充電中（又は何もしていない状態）であると判断した場合には、現在の家庭電池２０７への充電電流を１ステップ上昇させる（ステップＳ２５）。例えば、現在３０Ａの充電電流で充電中である場合に、充電電流を３１Ａに上昇させる。充電停止状態の場合には、例えば充電電流を０Ａから１Ａとする。

また、ステップＳ２４で充電中でないと判断した場合には、現在の家庭電池の状態が、放電中か否か判断する（ステップＳ２６）。ここで放電中であると判断した場合には、現在の家庭電池２０７から家庭内の負荷への放電電流を１ステップ低下させる（ステップＳ２７）。例えば、現在１０Ａの放電電流で放電中である場合に、放電電流を９Ａに低下させる。

また、ステップＳ２３で周波数下げ指令を受信していない場合には、周波数上げ指令を受信したか否か判断する（ステップＳ２８）。周波数上げ指令を受信した場合には、現在の家庭電池の状態が、放電中か否か判断する（ステップＳ２９）。なお、ここでの放電中には、充電と放電のいずれも実行していない状態も含む。ここで放電中であると判断した場合には、現在の家庭電池２０７から家庭内の負荷への放電電流を１ステップ上昇させる（ステップＳ３０）。例えば、現在１０Ａの放電電流で放電中である場合に、放電電流を１１Ａに上昇させる。放電停止状態の場合には、例えば放電電流０Ａから放電電流１Ａとする。

また、ステップＳ２９で放電中でないと判断した場合には、現在の家庭電池の状態が、充電中か否か判断する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１で充電中であると判断した場合には、現在の家庭電池２０７への充電電流を１ステップ低下させる（ステップＳ３２）。例えば、現在３０Ａの充電電流で充電中である場合に、充電電流を２９Ａに低下させる。

ここまでの処理を行うと、ステップＳ２１の残存電力の計算処理に戻る。なお、例えば周波数下げ指令がある状態で、残存電力を計算して、電力会社枠がフルになるまで充電された状態になったときには、電力会社側からの指令による充電電流の増加分を、元に戻す処理を行う。逆に、周波数上げ指令がある状態で、残存電力の計算で、電力会社枠がなくなるまで放電された状態になったときには、電力会社側からの指令による放電電流の増加分を、元に戻す処理を行う。

図７は、このようにして充電や放電を制御した場合の、家庭電池の充放電制御による電源周波数の調整例を示した図である。
図７（ａ）は、家庭電池の充電電流値を示した図である。この例では、家庭電池の最大充電電流として、４０Ａを設定してあり、その４０Ａの内の３０Ａをユーザ枠の充電に使用するようにしてあり、残りの１０Ａを電力会社枠の充電に使用する例としてある。
図７（ｂ）は、電力会社から供給される交流電源の電源周波数である。この例では、６０Ｈｚを基準周波数としてある。
図７（ｃ）は、電力会社側から家庭電池システムに伝送される充電指令や放電指令を示したものである。

この図７に示した処理例について説明すると、まず図７（ａ）に注目すると、この家庭電池システムで、夜の２１時になると、ユーザ枠で設定された最大の電流値である３０Ａで充電が開始され、朝の６時少し前まで充電が行われたとする。電流Ｉａは、このときの充電電流の変化である。一方、電源周波数が図７（ｂ）に示すように、２１時ごろに多少高くなっているとする。この電源周波数が高くなる現象は負荷容量が減っていることが原因である。図７（ｂ）の例では、６０Ｈｚから６０．５Ｈｚに高くなっている。

このような電源周波数の変動が電力会社で検出されると、図７（ｃ）に示すように、電力会社側の制御装置から、各家庭電池システムの制御装置に対して、周波数下げ指令（充電上げ指令）Ｃ１を送る。この指令Ｃ１を受信した家庭電池システムでは、図７（ａ）に示すように、充電電流を１Ａ増加させる。図７の例では、その後、さらに負荷調整が必要であると電力会社側の制御装置が判断して、周波数下げ指令Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が送信されたとする。この指令の受信があるごとに、家庭電池システムの制御装置では、充電電流を１Ａ増加させる。但し、電力会社枠として用意された１０Ａの範囲内での増加である。また、図７には示していないが、充電容量の点からも、電力会社枠として用意された充電容量（残量）内での充電である。

このようにして、特定の地域内の各家庭に設置された家庭電池システムの充電電流を増やす制御が行われることで、結果的に、その地域の負荷容量が増えることになり、図７（ｃ）に示すように電源周波数が低くなるように作用する。

図７の例では、その後、負荷容量が増えて、電源周波数が６０Ｈｚから５９．５Ｈｚに低くなった状態を示している。この電源周波数の低下が電力会社で検出されると、図７（ｃ）に示すように、電力会社側の制御装置から、各家庭電池システムの制御装置に対して、周波数上げ指令（充電下げ指令）Ｃ５を送る。この指令Ｃ５を受信した家庭電池システムでは、図７（ａ）に示すように、充電電流を１Ａ減少させる。図７の例では、その後、さらに負荷調整が必要であると電力会社側の制御装置が判断して、周波数下げ指令Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８が送信されたとする。この指令の受信があるごとに、家庭電池システムの制御装置では、充電電流を１Ａ減少させる。

このようにして負荷容量が減少することで、図７（ｃ）に示すように電源周波数が高くなるように作用し、基準周波数６０Ｈｚに近づけることができる。

なお、図７（ａ）に示した充電電流Ｉａは、ユーザ枠を使った充電は、２１時から６時まで３０Ａでほぼ一定の充電が行われる例としたが、ユーザ枠を使った充電電流が変化する場合もある。例えば、図７（ａ）に破線で示した充電電流Ｉｂのように、２３時にユーザ枠を使った充電分の充電電流が３０Ａから１５Ａに減少した場合でも、電力会社からの指令による充電電流の増加分は、そのまま加算された状態である。

このようにして家庭電池への充電や放電を、電力会社側から制御することで、電力会社から供給される電力が、負荷変動などで不安定である場合に、安定化させるように作用し、電源周波数を一定に制御できるようになる。この家庭電池を使用した充電量や放電量には限りがあるが、電力会社側では発電所の起動や停止の制御を行って、その起動などが行われる状況になれば、家庭電池を使用した充電や放電が不要なるので、それらを組み合わせることで、比較的急激な負荷変動に対して的確な対処が可能になる。

なお、ここまでの説明では、電力会社からの指令による充電や放電は、家庭電池システム内の家庭電池に対して行うことについて説明したが、図１，図２に示すように本例のシステムでは、車載電池についても接続される構成としてあり、その車載電池への充電や放電を、同様に制御してもよい。

図８のフローチャートは、その場合の家庭電池システムの制御装置２０５での制御例を示したものである。まず、家庭電池の残量を判断し（ステップＳ４１）、車載電池の残量を判断する（ステップＳ４２）。その２つの電池残量を判断した上で、周波数上げ指令又は周波数下げ指令を受信したか否か判断する（ステップＳ４３）。該当する指令を受信すると、２つの電池残量や充電電流の判断で、いずれの電池の充放電が必要か判断する（ステップＳ４４）。例えば、家庭電池への充電電流を上げることが可能か、車載電池への充電電流を上げることが可能であるか、などを総合的に判断して、いずれの電池（又は両方の電池）を制御するのが良いか判断する。この判断処理で、車載電池の制御状態を変更する必要があるか否か判断し（ステップＳ４５）、車載電池の充電（放電）を制御する必要があると判断した場合に、車載電池制御システムの制御装置２１８（図２）に、該当する周波数上げ指令や周波数下げ指令を伝送し、車載電池制御システムの制御装置２１８側で車載電池に該当する制御を実行させる（ステップＳ４６）。

このようにして車載電池についても充電や放電が電力会社側から制御できることで、より調整できる電力容量が増えることになり、好ましい。
なお、車載電池だけの充電や放電を、電力会社側からの指令で行うシステム構成としてもよい。図８のフローチャートの例では、車載電池の充電や放電の制御として、家庭電池システム内の制御装置で電力会社からの指令を受信した上で、その家庭電池システム内の制御装置から、車両側の制御装置に対して指令を送って制御する構成とした、車両内の制御装置が、車載電池の周波数上げ指令や周波数下げ指令を電力会社側から直接受信する構成としてもよい。

また、上述した実施の形態では、家庭電池システムが備える電池として、リチウムイオン電池などの二次電池を使用した例としたが、同様に蓄電が可能な手段であれば、電池と称されるもの以外の蓄電手段を使用してもよい。例えば、大容量コンデンサなどの蓄電手段を使用してもよい。二次電池と大容量コンデンサを併用するシステム構成でもよい。

また、図１や図２に示した構成の家屋１０１内には、家庭電池システムと負荷に相当する電化製品だけを設置したが、例えば、太陽電池や風力発電機などの発電手段を家屋１０１が備えて、その発電手段が発電した電力を家庭電池システム１０７内の家庭電池２０８に充電させる構成とした場合に、電力供給事業者側からの指令で家庭電池の充電電流や放電電流を制御するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、家庭電池システムと車載電池システムとを併用した例としたが、家庭電池システムだけの構成としてもよい。或いは、大容量二次電池を備えた車両の充放電装置として構成して、家庭電池は備えない構成として、車両側の二次電池への充電や放電の制御だけで、同様の処理を行う構成としてもよい。

また、電力供給事業者側と家庭電池システム側との通信については、上述した実施の形態では、電力線通信を行う構成としたが、電話回線、インターネットなどのその他の通信手段を使用してもよい。例えば、無線ＬＡＮや有線ＬＡＮなどで家庭内のコンピュータ装置と通信を行い、そのコンピュータ装置が備えるインターネットへのアクセス機能を利用して、電力供給事業者側と通信を行う構成としてもよい。

また、上述した実施の形態では、家庭電池システムや車載電池システムが備える電池から放電を行う際には、電池からの放電電力を、図１に示した家屋１０１内の負荷に供給するようにしたが、電池からの放電電力を、電力会社からの電力供給線側に戻す構成として、近隣の他の家庭に供給するようにしてもよい。

本実施の形態の例である家庭電池システムの、実際の利用状況を想定して説明するための概略図である。 本実施の形態の例である家庭電池システムのブロック図である。 本実施の形態の例の電力会社から見たシステム構成のブロック図である。 本実施の形態による電池充電量の割り当て例を示す説明図である。 本実施の形態による電力会社側での制御例を示すフローチャートである。 本実施の形態による家庭側での制御例を示すフローチャートである。 本実施の形態による充放電状態の例を示す説明図である。 本実施の形態による車載電池の制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ…家屋、１０２…商用電力、１０３…配電盤、１０４…ブレーカ、１０５…電気温水器、１０６…電熱器、１０７…家庭電池システム、１０８…自動車、１０９…電子レンジ、１１０…照明器具、２０２…負荷、２０３…ＡＣ／ＤＣコンバータ、２０４…ＤＣ３５０Ｖ出力線、２０５…制御装置、２０６…非接触型受電電流検出器、２０７…ＤＣ／ＤＣチョッパ、２０８…家庭電池、２０９…ＤＣ／ＡＣコンバータ、２１０…車載電池システム、２１１…コネクタ、２１６…ＡＣ／ＤＣコンバータ、２１７…車載電池、２１８…制御装置、２２５，２２６，２２７…電力線モデム、３００…電力会社側制御装置、３０１…集計器、３０２…自動周波数調整可能時間判定部、３０３…自動周波数調整用ゲイン変更部、３０４…自動周波数調整部

Claims (8)

1. 電力供給事業者から供給される商用交流電源又は自家発電手段で充電され、家屋内負荷又は外部負荷に放電する蓄電手段と、
   前記蓄電手段での充電及び放電を制御する制御手段と、
   前記電力供給事業者からの指令を受信する通信手段とを備え、
   前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量を、前記電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量として確保しておき、前記電力供給事業者から前記通信手段を介して充電指令又は放電指令を受信した場合に、前記確保した容量の範囲内で、前記蓄電手段の充電電流又は放電電流を変更させることを特徴とする家庭用電力蓄積装置。
2. 前記蓄電手段は、車両に設置されて、車両の走行用電力を得るための蓄電手段であることを特徴とする請求項１記載の家庭用電力蓄積装置。
3. 前記電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量は、電力供給事業者との契約で設定した一定の容量であることを特徴とする請求項１記載の家庭用電力蓄積装置。
4. 前記制御手段は、前記蓄電手段の残存電力量を、前記通信手段を介して前記電力供給事業者に通知することを特徴とする請求項１記載の家庭用電力蓄積装置。
5. 前記電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量は、前記蓄電手段の充電残量に応じて可変的に設定することを特徴とする請求項１記載の家庭用電力蓄積装置。
6. 車両の走行用電力を得るための蓄電手段と、
   前記蓄電手段への商用交流電源による充電及び放電を制御する制御手段と、
   前記商用交流電源を供給する電力供給事業者からの指令又はその指令に基づいた指令を受信する通信手段とを備え、
   前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量を、前記電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量として確保しておき、前記電力供給事業者から前記通信手段を介して充電指令又は放電指令を受信した場合に、前記確保した容量の範囲内で、前記蓄電手段の充電電流又は放電電流を変更させることを特徴とする車載用電力蓄積装置。
7. 商用交流電源を供給する電力供給事業者と、前記電力供給事業者からの商用交流電源又は自家発電手段で充電され、家屋内負荷又は外部負荷に放電する家庭用蓄電手段とで構成される電力供給・蓄積システムであって、
   前記電力供給事業者として、
   商用交流電源の周波数を検出する周波数検出手段と、
   前記周波数検出手段が検出した電源周波数の調整が必要な場合に、前記家庭用蓄電手段を備えた家屋に対して放電指令又は充電指令を送る事業者側通信手段とを備え、
   前記家庭用蓄電手段の設置家屋として、
   前記家庭用蓄電手段での充電及び放電を制御する制御手段と、
   前記電力供給事業者からの指令を受信する家屋側通信手段とを備え、
   前記制御手段は、前記家庭用蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量を、前記電力供給事業者からの指令で放電及び充電が可能な容量として確保しておき、前記事業者側通信手段から送信される充電指令又は放電指令を前記家屋側通信手段が受信した場合に、前記確保した容量の範囲内で、前記蓄電手段の充電電流又は放電電流を変更させることを特徴とする電力供給・蓄積システム。
8. 電力供給事業者からの商用交流電源又は自家発電手段で充電され、家屋内負荷又は外部負荷に放電する家庭用蓄電手段の充放電制御を行う蓄電制御方法において、
   前記電力供給事業者で商用交流電源の周波数を検出し、その検出した電源周波数の調整が必要な場合に、前記家庭用蓄電手段を備えた家屋に対して放電指令又は充電指令を送り、
   前記放電指令又は充電指令を受信した家屋において、前記蓄電手段の蓄電容量の内の予め決められた容量の範囲内で、前記蓄電手段の充電電流又は放電電流を変更させることを特徴とする蓄電制御方法。

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