JP2013078193A

JP2013078193A - 蓄電池の充放電制御装置

Info

Publication number: JP2013078193A
Application number: JP2011216151A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Suyama; 敦史須山; Hiroshi Murashima; 弘嗣村島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP5838345B2; WO2013047672A1

Abstract

【課題】コストメリットと蓄電池に関する他の評価要素の高評価とを両立させることができる蓄電池の充放電制御装置を提供する。
【解決手段】蓄電池９の充放電制御装置は、蓄電池９の充放電を制御する蓄電池制御部８と、時間毎に変動する電力量料金に関する情報である価格情報を取得する価格情報取得部（価格情報受信部７）とを備え、蓄電池制御部８が、前記価格情報を含む複数の指標に基づいて充放電レートを決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電池の充放電量を制御する蓄電池の充放電制御装置に関する。

現在、米国においてスマートメータが導入されつつあり、スマートメータの導入によって実現することができる技術の一つにリアルタイムプライシングと呼ばれている技術がある。リアルタイムプライシングとは、電力事業者が時間毎に変動する電力量料金に関する情報（価格情報）を各家庭（各需要家）に配信することで電力量料金を「見える化」し、電力需要のピークを抑え負荷平準化を図る技術である。

一方、日本国内では、電力事業者間で電力を売買する場合には時間毎で取引価格は変動しているが、家庭向けの電力量料金は固定（時間帯別の固定を含む）となっている。しかしながら、図１に示すような集合住宅向けの電力供給形態において、電力供給／管理会社３は、スマートメータを利用して、時間帯別の変動料金を集合住宅４内の各住宅５に適用することが可能となる。ここで、時間帯別の変動料金の一例を図２に示す。図２に示す例では、１時間毎に電力量料金が４パターン（Ａ〜Ｄ）で変動する。通常、時間毎に変動する電力量料金は電力需要が大きい時間帯ほど高く設定されるので、図２に示す例において、例えば、電力量料金Ｄに設定される時間帯、Ｃに設定される時間帯、Ｂに設定される時間帯、Ａに設定される時間帯の順で１時間単位での電力需要が大きくなるように時間帯別の変動料金を設定すればよい。

特開２００４−２７４９８１号公報特開２００５−１４３２１８号公報

上述した時間帯別の変動料金が適用される集合住宅４の共用部に図１に示すように蓄電設備６を設置する場合、夜間時間帯に蓄電設備６の蓄電池を充電し、昼間時間帯に蓄電設備６の蓄電池を放電するという従来の蓄電池の充放電制御方法（例えば特許文献１）でコストメリットを出すことはできない。

また、上述した時間帯別の変動料金が適用される場合に、たとえ従来とは異なる蓄電池の充放電制御方法を採用しても、常に一定の充放電レートであれば、十分にコストメリットを出すことはできない。なお、特許文献２で開示されているエネルギーシステムでは蓄電池の充放電レートを変化させているが、上述した時間帯別の変動料金の高低に応じて充放電レートを適応的に変化させているわけではないので、上述した時間帯別の変動料金が適用される場合に十分にコストメリットを出すことはできない。

更に、上述した時間帯別の変動料金の高低のみに応じて充放電レートを変化させた場合、蓄電池に関する他の評価要素（例えば蓄電池の寿命）が全く考慮されずに充放電レートが決まってしまうため、蓄電池に関する他の評価要素が低評価になってしまうおそれがあった。

本発明は、上記の状況に鑑み、コストメリットと蓄電池に関する他の評価要素の高評価とを両立させることができる蓄電池の充放電制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る蓄電池の充放電制御装置は、蓄電池の充放電を制御する蓄電池制御部と、時間毎に変動する電力量料金に関する情報である価格情報を取得する価格情報取得部とを備え、前記蓄電池制御部が、前記価格情報を含む複数の指標に基づいて充放電レートを決定する構成（第１の構成）とする。

上記第１の構成の蓄電池の充放電制御装置において、前記蓄電池制御部は、前記価格情報と前記蓄電池の寿命から換算した価格情報の補正値とに基づいて充放電レートを決定する構成（第２の構成）としてもよい。

上記第２の構成の蓄電池の充放電制御装置において、前記蓄電池制御部は、前記価格情報と前記蓄電池の寿命から換算した価格情報の補正値とから求まる補正後の電力量料金と閾値とを比較した結果に基づいて、充放電レートを決定する構成（第３の構成）としてもよい。

上記第２または第３の構成の蓄電池の充放電制御装置において、前記蓄電池の寿命から換算した価格情報の補正値をデータテーブルの形式あるいは関数の形式で予め記憶している記憶部を備える構成（第４の構成）としてもよい。

上記第１〜４のいずれかの構成の蓄電池の充放電制御装置において、前記蓄電池制御部が、前記価格情報に基づいて、前記蓄電池を充電する充電時間帯及び前記蓄電池を放電する放電時間帯を決定する構成（第５の構成）としてもよい。

上記第１〜５のいずれかの構成の蓄電池の充放電制御装置において、前記時間毎に変動する電力量料金は、電力需要が大きい時間帯ほど高く設定されるようにしてもよい。

本発明に係る蓄電池の充放電制御装置によると、時間毎に変動する電力量料金に関する情報である価格情報を含む複数の指標に基づいて充放電レートが決定されるので、コストメリットと蓄電池に関する他の評価要素の高評価とを両立させることができる。

集合住宅向けの電力供給形態を示す図である。時間帯別の変動料金の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える蓄電設備が共用部に設置されている集合住宅向けの電力供給形態を示す図である。発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える蓄電設備の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置の制御フローを示すフローチャートである。充放電レートと補正値との対応関係を示す図である。０．１Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃの充放電レートによる蓄電池のサイクル特性を示す図である。本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える蓄電設備が各住宅に設置されている集合住宅向けの電力供給形態を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える蓄電設備が共用部に設置されている集合住宅向けの電力供給形態を図３に示す。

電力事業者２は、自社で発電した電力と、卸電力取引所を通じて他の電力事業者から購入した電力とを組み合わせて、需要家である電力供給／管理会社３に供給する。

電力供給／管理会社３は、集合住宅４に電力を供給するとともに、集合住宅４に供給する電力を管理している。また、電力供給／管理会社３は、時間毎に変動する電力量料金に関する情報（価格情報）を集合住宅４内の各住宅５及び蓄電設備６に配信する。なお、配信の形態は、有線による配信、無線による配信、有線と無線とを組み合わせた配信のいずれであってもよい。

蓄電設備６は、集合住宅４の共用部に設置され、電力供給／管理会社３から供給される電力で蓄電池を充電したり、蓄電池を放電して住宅５や集合住宅４の共用部の照明等に電力を供給したりする。また、蓄電設備６は、本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える構成である。

次に、蓄電設備６の概略構成を図５に示す。蓄電設備６は、価格情報受信部７と、蓄電池制御部８と、蓄電池９とを備えている。本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置は、価格情報受信部７と、電池制御部８とによって構成され、カレンダー機能及び時計機能を有している。カレンダー機能及び時計機能は、例えば、価格情報受信部７及び電池制御部８の一方で実現し、価格情報受信部７及び電池制御部８の両方で当該機能を共用することができる。

価格情報受信部７は、電力供給／管理会社３から配信される翌日に適用される２４時間分の電力量料金に関する情報（価格情報）を受信する。

蓄電池制御部８は、価格情報受信部７から受け取った価格情報に基づいて充放電レートを決定し、蓄電池９へ充放電の命令を行う。

蓄電池９は、蓄電池制御部８からの命令に基づき、蓄電池制御部８によって指定された充電レートにて電力供給／管理会社３から供給される電力を充電する、或いは、蓄電池制御部８によって指定された放電レートにて放電して各住宅５や集合住宅４の共用部の照明等に電力を供給する。

蓄電池９の形態は、特に限定されないが、例えば、電池パックを複数直列接続した電池パックストリングを複数並列接続した電池パック集合体を用いることができる。電池パックの構成例としては、電池セルを複数並列接続した電池ブロックを複数直列接続した構成を挙げることができる。また、蓄電池９は、蓄電池９の＋−電極間の電流値および電圧値並びに蓄電池９の充電容量を検出する検出部と、当該検出部によって検出されたデータを電池情報として蓄電池制御部８に送信する通信部とを備えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置の制御フローを図５に示す。本実施形態では、電力供給／管理会社３が翌日に適用される２４時間分の電力量料金に関する情報（価格情報）を配信することにしているので、本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置は、一日一回定刻に図５に示す制御フローを実行するとよい。

まず、ステップＳ１０において、価格情報受信部７は、翌日に適用される２４時間分の電力量料金に関する情報（価格情報）を受信したか否かを判定する。価格情報受信部７が価格情報を受信した場合は、ステップＳ２０に移行し、価格情報受信部７が価格情報を受信していない場合は、そのまま待機する。したがって、図５に示す制御フローの開始時刻を、電力供給／管理会社３から配信される価格情報の更新時刻にほぼ合わせておくことで、ステップＳ１０での待機時間を短くすることができる。

ステップＳ１０に続くステップＳ２０において、価格情報受信部７は、受信した価格情報を蓄電池制御部８に送り、蓄電池制御部８は、翌日に適用される２４時間分の電力量料金を価格順にソートする。なお、以下の説明では、価格情報受信部７が、図２に示す価格情報を受信した場合を例に挙げて説明する。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０において、蓄電池制御部８は、電力量料金が中央値（ＢとＣとの中間値）より大きい時間帯（電力量料金がＣ、Ｄである時間帯）は放電時間帯、電力量料金が中央値より小さい時間帯（電力量料金がＡ、Ｂである時間帯）は充電時間帯とする。なお、図２に示す価格情報とは異なり、電力量料金のパターン数が奇数である場合には電力量料金が中央値と一致する時間帯が存在することになるが、電力量料金が中央値と一致する時間帯は、放電時間帯、充電時間帯のいずれに振り分けても構わないし、放電時間帯、充電時間帯のいずれにも振り分けず、待機時間帯としてもよい。

ステップＳ３０に続くステップＳ４０において、蓄電池制御部８は、各時間帯で適用される電力量料金と、蓄電池制御部８の内蔵メモリ等に予め記憶している充放電レートに応じた補正値とに基づいて、電力量料金を補正する。そして、充電時間帯であれば、補正後の電力量料金が閾値Ｔchr以下の値のうち最大となる充電レートで充電するように蓄電池９に命令し、放電時間帯であれば、補正後の電力量料金が閾値Ｔdis以上のうち最小となる放電レートにて放電するように蓄電池９に命令する。

本実施形態の場合、閾値Ｔchr、閾値Ｔdisは、コストメリットと蓄電池９の長寿命化をバランス良く両立させることができる値を実験的に求め、その実験的に求めた値を蓄電池制御部８の内蔵メモリ等に予め記憶して用いるようにするとよい。

また、本実施形態では、充放電レートに応じた補正値を図６に示すように１Ｃ、０．５Ｃ、０．１Ｃの充放電レートでの各補正値をＸ_１Ｃ、Ｘ_０．５Ｃ、Ｘ_０．１Ｃとしている。

ここで、各補正値をＸ_１Ｃ、Ｘ_０．５Ｃ、Ｘ_０．１Ｃの算出方法について説明する。各補正値Ｘ_１Ｃ、Ｘ_０．５Ｃ、Ｘ_０．１Ｃは、蓄電池９が１ｋＷｈの電力量で充放電することによる蓄電池９の劣化度を電力量料金に換算した値である。

図７は、１Ｃ、０．５Ｃ、０．１Ｃの充放電レートによる蓄電池９のサイクル特性を示す図である。ＳＯＨ（state of health）が８０％になるときのサイクル数を、図７に示す通り１Ｃ、０．５Ｃ、０．１Ｃの各充放電レートでそれぞれＮ_１Ｃ（回）、Ｎ_０．５Ｃ（回）、Ｎ_０．１Ｃ（回）とし、蓄電池９の初期コストをＰini（円）とし、蓄電池９の満充電容量をＣap（ｋＷｈ）とすると、補正値Ｘ_１Ｃは（１）式を用いて算出することができる。

また、補正値Ｘ_０．５Ｃは上記（１）式のＮ_１ＣをＮ_０．５Ｃに置き換えることで算出可能であり、補正値Ｘ_０．１Ｃは上記（１）式のＮ_１ＣをＮ_０．１Ｃに置き換えることで算出可能である。各補正値をＸ_１Ｃ、Ｘ_０．５Ｃ、Ｘ_０．１Ｃは図６に概念的に示すようなデータテーブルの形式で蓄電池制御部８の内蔵メモリ等に予め記憶して用いるようにしてもよく、充放電レートと補正値との関係を示す関数を求め、その関数を蓄電池制御部８の内蔵メモリ等に予め記憶し、ステップＳ４０の処理を行う度にその関数を用いて各補正値を算出するようにしてもよい。

ステップＳ４０では、充電時間帯では、各時間帯で適用される電力量料金に上述した補正値を加算した値を、補正後の電力量料金とし、放電時間帯では、各時間帯で適用される電力量料金から上述した補正値を減算した値を、補正後の電力量料金としている。

上述したように、蓄電池制御部８は、充電時間帯であれば、補正後の電力量料金が閾値Ｔchr以下の値のうち最大となる充電レートで充電するように蓄電池９に命令する。したがって、例えば、電力量料金がＡである時間帯（充電時間帯）において、Ａ＋Ｘ_１Ｃ＞Ｔchr＞Ａ＋Ｘ_０．５Ｃ＞Ａ＋Ｘ_０．１Ｃとなる場合は、０．５Ｃで充電し、電力量料金がＢである時間帯（充電時間帯）において、Ｂ＋Ｘ_１Ｃ＞Ｂ＋Ｘ_０．５Ｃ＞Ｔchr＞Ｂ＋Ｘ_０．１Ｃとなる場合は、０．１Ｃで充電する。このような設定にすることで、電力量料金が低い時間帯ほど充電レートを大きくすることができ、コストメリットを出せるとともに、コストメリットに対して蓄電池９の劣化度が大きくなり過ぎる充電レートでの充電を制限しているので、蓄電池９の長寿命化を図ることもできる。

また、上述したように、蓄電池制御部８は、放電時間帯であれば、補正後の電力量料金が閾値Ｔdis以上のうち最小となる放電レートにて放電するように蓄電池９に命令する。したがって、例えば、電力量料金がＤである時間帯（放電時間帯）において、Ｔdis＜Ｄ−Ｘ_１Ｃ＜Ｄ−Ｘ_０．５Ｃ＜Ｄ−Ｘ_０．１Ｃとなる場合は、１Ｃで放電し、電力量料金がＣである時間帯（放電時間帯）において、Ｃ−Ｘ_１Ｃ＜Ｔdis＜Ｃ−Ｘ_０．５Ｃ＜Ｃ−Ｘ_０．１Ｃとなる場合は、０．５Ｃで放電する。このような設定にすることで、電力量料金が高い時間帯ほど放電レートを大きくすることができ、コストメリットを出せるとともに、コストメリットに対して蓄電池９の劣化度が大きくなり過ぎる放電レートでの放電を制限しているので、蓄電池９の長寿命化を図ることもできる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。

例えば、上述した実施形態では、１Ｃ、０．５Ｃ、０．１Ｃという３パターンの充放電レートに対応する補正値Ｘ_１Ｃ、Ｘ_０．５Ｃ、Ｘ_０．１Ｃを用いて蓄電池９の充放電制御を行う場合を例に示したが、充放電レートのパターン数が４以上である場合にも同様に補正値を求めることができる。また、各補正値の間を補間することで、他の充放電レート（例えば０．３Ｃや０．７Ｃ）に対応する補正値を求めることができる。また、上述した実施形態では蓄電池９のサイクル特性から補正値を求めているが、その他手法を用いることも可能である。すなわち、蓄電池９の寿命以外の蓄電池９に関する他の評価要素に適した指標を補正値として採用してもよい。

また、上述した実施形態では、電力量料金が中央値より大きい場合は放電時間帯、電力量料金が中央値より小さい場合は充電時間帯としているが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、充放電をしない時間帯などを設けることも可能である。

また、上述した実施形態では、本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える蓄電設備６が集合住宅４の共用部に設置されていたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、図８に示すように、本発明の一実施形態に係る蓄電池の充放電制御装置を備える蓄電設備６が集合住宅４内の住宅５毎に設置されていてもよい。

１卸電力取引所
２電力事業者
３電力供給／管理会社
４集合住宅
５住宅
６蓄電設備
７価格情報受信部
８蓄電池制御部
９蓄電池

Claims

蓄電池の充放電を制御する蓄電池制御部と、
時間毎に変動する電力量料金に関する情報である価格情報を取得する価格情報取得部とを備え、
前記蓄電池制御部が、前記価格情報を含む複数の指標に基づいて充放電レートを決定することを特徴とする蓄電池の充放電制御装置。
前記蓄電池制御部は、前記価格情報と前記蓄電池の寿命から換算した価格情報の補正値とに基づいて充放電レートを決定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の充放電制御装置。
前記蓄電池制御部は、前記価格情報と前記蓄電池の寿命から換算した価格情報の補正値とから求まる補正後の電力量料金と閾値とを比較した結果に基づいて、充放電レートを決定することを特徴とする請求項２に記載の蓄電池の充放電制御装置。
前記蓄電池の寿命から換算した価格情報の補正値をデータテーブルの形式あるいは関数の形式で予め記憶している記憶部を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の蓄電池の充放電制御装置。
前記蓄電池制御部が、前記価格情報に基づいて、前記蓄電池を充電する充電時間帯及び前記蓄電池を放電する放電時間帯を決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電池の充放電制御装置。
前記時間毎に変動する電力量料金は、電力需要が大きい時間帯ほど高く設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電池の充放電制御装置。