JP6021027B2 - 蓄電池管理装置、蓄電池管理方法、プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置、蓄電池管理方法、プログラムを記憶した記憶媒体に関するものである。

従来から、蓄電池の劣化状態を判定して交換時期を報知する技術が提案されている（たとえば、日本国特許公開６−２０７２５号公報の段落［００１５］［００１６］参照）。上記文献には、蓄電池（二次電池）の充電回数を記憶し、充電回数により寿命（残りの充電可能回数）を評価する技術が記載されている。

上記文献に記載された技術は、蓄電池の交換時期を充電回数によって判定しているだけであって、蓄電池の交換に伴う費用については考慮されていない。上記文献に記載された技術は、ビデオカメラのバッテリのような小容量の安価な蓄電池には適用可能であるが、大容量の蓄電池は、導入費用も大きいから、費用を勘案しなければ、交換を促すことはできない。

たとえば、商用電源の供給能力の余裕度が大きい夜間に蓄電池を充電し、商用電源の供給電力の余裕度が小さい昼間に蓄電池から放電することによって、電力需要を平準化する目的では、現状では２００万円程度の価格の蓄電池が必要になる。また、夜間には発電することのできない太陽光発電装置と組み合わせて用いる蓄電池も同程度の価格になる。

この種の蓄電池は、昼間または夜間などの所定期間において商用電源から負荷機器への電力の供給を低減させる（不要にする場合を含む）から、利用者に費用上の利益をもたらしており、導入費用は利益によって減殺されていることになる。つまり、蓄電池を導入した費用は、蓄電池を導入しない場合よりも電力料金の支払いが減少するという実質的な利益によって減殺され、損益分岐点を超えると蓄電池の導入負債が消滅する。

ただし、蓄電池は、充放電を繰り返す間に劣化によって満充電容量が低下するから、利用者にもたらされる利益は徐々に低減し、やがては蓄電池を導入したことによる恩恵は消滅する。

上述したように、損益分岐点を超えると利用者には蓄電池の導入費用を相殺した余剰の利益がもたらされるが、蓄電池の劣化が進むと時間の経過に伴って余剰の利益による利益率が低下する。したがって、蓄電池の交換が予定されている場合、蓄電池の劣化を適切に評価し、利用者が蓄電池の交換費用を納得して支払えるように適切なタイミングで寿命を検出する必要がある。しかしながら、このような観点で蓄電池の寿命を評価する技術は提案されていないのが現状である。

そこで、本発明の目的は、蓄電池の交換費用を考慮した適切なタイミングで蓄電池の寿命を報知する蓄電池管理装置を提供し、また、この蓄電池管理装置で用いる蓄電池管理方法を提供し、さらに、コンピュータをこの蓄電池管理装置として機能させるプログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係る蓄電池管理装置は、商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、前記条件判定部は、前記蓄電池が導入されてから買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出するまでの日数で前記蓄電池の交換費用を除した値を前記蓄電池の１日当たりの交換費用として算出し、前記電力センサが買電の発生を検出した後の買電の累積費用が、買電の発生が検出されてから後の経過日数と前記蓄電池の１日当たりの交換費用との積に達した時点を前記蓄電池の寿命と判定することを特徴とする。

本発明に係る他の蓄電池管理装置は、商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、
前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、前記条件判定部は、買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出した時点の後であって、前記蓄電池の劣化により生じた買電に伴う累積費用と前記蓄電池の導入費用との合計が前記蓄電池の導入により蓄積された利益を下回らない期間において、買電の発生を検出した時点と、前記利益が最大になる時点と、前記累積費用と前記導入費用との合計が前記利益に一致する時点とのいずれかを、前記蓄電池の寿命と判定することを特徴とする。

この蓄電池管理装置において、前記蓄電池の寿命を判定する条件を選択するモード選択部と、前記蓄電池の満充電容量を計測する容量計測部とをさらに備え、前記モード選択部は、前記累積費用と、前記導入費用または前記交換費用と、前記利益との少なくとも１つが規定の条件を満たすときに前記蓄電池の寿命と判定する第１の判定モードと、前記容量計測部が計測した満充電容量が規定の使用限界に達したことを前記蓄電池の寿命と判定する第２の判定モードとから選択することが可能であることが好ましい。

本発明に係る蓄電池管理方法は、商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置における蓄電池管理方法であって、前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、前記蓄電池が導入されてから買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出するまでの日数で前記蓄電池の交換費用を除した値を前記蓄電池の１日当たりの交換費用として算出し、前記電力センサが買電の発生を検出した後の買電の累積費用が、買電の発生が検出されてから後の経過日数と前記蓄電池の１日当たりの交換費用との積に達した時点を前記蓄電池の寿命と判定し、前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力することを特徴とする。
本発明に係る他の蓄電池管理方法は、商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置における蓄電池管理方法であって、前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出した時点の後であって、前記蓄電池の劣化により生じた買電に伴う累積費用と前記蓄電池の導入費用との合計が前記蓄電池の導入により蓄積された利益を下回らない期間において、買電の発生を検出した時点と、前記利益が最大になる時点と、前記累積費用と前記導入費用との合計が前記利益に一致する時点とのいずれかを、前記蓄電池の寿命と判定し、前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力することを特徴とする。

本発明に係るプログラムを記憶した記録媒体は、コンピュータを、商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、前記条件判定部は、前記蓄電池が導入されてから買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出するまでの日数で前記蓄電池の交換費用を除した値を前記蓄電池の１日当たりの交換費用として算出し、前記電力センサが買電の発生を検出した後の買電の累積費用が、買電の発生が検出されてから後の経過日数と前記蓄電池の１日当たりの交換費用との積に達した時点を前記蓄電池の寿命と判定する蓄電池管理装置として機能させるものである。
本発明に係る他のプログラムを記憶した記録媒体は、コンピュータを、商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、前記条件判定部は、買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出した時点の後であって、前記蓄電池の劣化により生じた買電に伴う累積費用と前記蓄電池の導入費用との合計が前記蓄電池の導入により蓄積された利益を下回らない期間において、買電の発生を検出した時点と、前記利益が最大になる時点と、前記累積費用と前記導入費用との合計が前記利益に一致する時点とのいずれかを、前記蓄電池の寿命と判定する蓄電池管理装置として機能させるものである。

本発明の構成によれば、蓄電池の導入による利用者の利益を高めるように蓄電池の寿命を判断するから、利用者にとって利益が大きくなる適切なタイミングで蓄電池の寿命の報知を行えるという利点がある。したがって、利用者にとっては導入費用の高い蓄電池を導入するにあたって金銭による動機付けが得られる。その結果、蓄電池を導入する利用者の増加につながり、結果的に蓄電池の普及につながる。

本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本実施形態に係る蓄電池管理装置を説明するためのブロック図である。 蓄電池の劣化を説明する図である。 本実施形態に係る蓄電池管理装置の原理を説明する図である。 本実施形態に係る蓄電池管理装置の原理を説明する図である。 本実施形態に係る蓄電池管理装置の原理を説明する図である。 本実施形態に係る蓄電池管理装置の動作例をフローチャートで示した動作説明図である。

以下に説明する実施形態は、戸建て住宅において用いられる蓄電装置を例として説明するが、本実施形態で説明する技術は、集合住宅、事務所ビル、商業ビル、病院、美術館などの他の建物においても適用可能である。以下に説明する蓄電装置は、商用電源の電力系統から購入する電力量を低減することを目的とする利用用途を想定しており、用途が異なる場合でも使用可能であるが、他の用途で利用されている期間は考慮しない。言い換えると、蓄電装置が商用電源の電力系統からの買電に要する費用を低減させる目的で利用されている期間に得られる情報によって蓄電池の寿命を評価する。

本実施形態で説明する蓄電装置１は、図１に示すように、商用電源の電力系統２および太陽光発電装置３と併用することにより、複数の負荷機器４に電力を供給する目的で用いられている。蓄電装置１と電力系統２と太陽光発電装置３とは分電盤５を介して接続され、分電盤５から複数の負荷機器４に電力が供給される。分電盤５は、周知のように１個の主幹ブレーカ（図示せず）と複数個の分岐ブレーカ（図示せず）とを備える。

太陽光発電装置３は、太陽光を受けて発電する太陽電池パネル（以下、「ＰＶパネル」という）３１と、太陽電池パネル３１の出力を交流電力に変換するパワーコンディショナ（以下、「ＰＶパワコン」という）３２とを備える。ＰＶパネル３１およびＰＶパワコン３２は、周知の構成および機能を備えていればよく、ここでは要旨ではないから詳述しない。

蓄電装置１は、複数個の蓄電池（図示せず）を備えた蓄電池ユニット１１と、蓄電池ユニット１１の充放電を行う電力変換器（以下、「蓄電池パワコン」という）１２とを備える。蓄電池ユニット１１は、蓄電池のほか、蓄電池の温度を検出する温度センサ（不図示）、蓄電池の開放電圧を検出する電圧検出器（不図示）、充放電電流を検出する電流センサ（不図示）などが１つのケースに収納される。蓄電池パワコン１２は、交流から直流への電力変換の機能と直流から交流への電力変換の機能とを備えたコンバータ部１３と、蓄電池ユニット１１や分電盤５から取得される情報を用いてコンバータ部１３の動作を制御する蓄電池管理装置１０とを備える。

蓄電装置１の用途は、蓄電装置１が内蔵する蓄電池管理装置１０の仕様に依存する。蓄電池管理装置１０は、マイコンのようにプログラムに従って動作するデバイスおよびインターフェイス部を主なハードウェア要素として備える。したがって、インターフェイス部を通して入出力される情報の種類とプログラムとの組合せにより、蓄電装置１の用途が定められる。蓄電装置１の利用用途の例を以下に列挙する。
（１）電気料金の単価が低額である時間帯に電力系統２からの電力で蓄電装置１を充電し、電気料金の単価が高額である時間帯に蓄電装置１から負荷機器４に給電する。
（２）電気料金の単価が低額である時間帯に電力系統２からの電力で蓄電装置１を充電し、太陽光発電装置３の発電中には蓄電装置１から負荷機器４に給電し、太陽光発電装置３の発電電力を電力系統２に逆潮流させる。
（３）太陽光発電装置３の発電電力のうち負荷機器４で消費されない余剰電力で蓄電装置１を充電し、太陽光発電装置３の発電電力が負荷機器４の消費電力を下回ると蓄電装置１から負荷機器４に給電する。
（４）電力系統２と太陽光発電装置３との少なくとも一方からの電力で蓄電装置１を充電し、負荷機器４で消費される電力量が増加したときに、電力系統２から購入する電力量を低減させるために、蓄電装置１から負荷機器４に給電する。
（５）電力系統２と太陽光発電装置３との少なくとも一方からの電力で蓄電装置１を充電し、電力系統２からの給電が停止したときに、蓄電装置１から一部または全部の負荷機器４に給電する。

上述した蓄電装置１の利用用途は一例であり、蓄電装置１を充電するために供給される電源の種類および蓄電装置１を充電するタイミングと、蓄電装置１から負荷機器４に給電するタイミングとの組合せにより、蓄電装置１は、種々の用途に利用可能である。本実施形態の蓄電装置１は、商用電源の電力系統２と接続され、商用電源の電力系統からの買電に要する費用を低減することを前提にしており、蓄電池ユニット１１が日常的に充放電を繰り返すことが必要である。

したがって、利用用途（５）のように、蓄電池ユニット１１が非日常的（一時的）にしか利用されない利用用途は考慮しない。また、利用用途（３）は電力系統２と接続しない場合も含まれるが、本実施形態では、電力系統２に接続されている場合を想定する。以下では、説明を簡単にするために、１日のうちの所定の時間帯（所定期間）には、電力系統２からの買電を行わない時間帯を設けるという制約条件を課すことができるように、システムが設計されていると仮定する。すなわち、当該時間帯には充電によって蓄電池ユニット１１に蓄積されている電力を負荷機器４に供給することができるように、初期状態における蓄電池ユニット１１の満充電容量が定められているものとする。そのため、利用用途（４）のように電力量のピークを抑制する動作は、以下の説明の対象からは除外する。

買電を行わない時間帯は、夜間を除く時間帯または１日の全時間帯のいずれかを想定する。夜間を除く時間帯とする場合は、夜間に蓄電池ユニット１１を充電し、夜間を除く時間帯に放電することにより、この時間帯における買電の発生を防止する。この動作は、利用用途（１）または利用用途（２）に相当する。１日の全時間帯において買電の発生を防止する動作は、利用用途（３）に相当する。

蓄電池管理装置１０は、上述のような蓄電装置１の利用用途に応じた機能を備えるが、本実施形態では、蓄電池管理装置１０の機能のうち蓄電池ユニット１１が備える蓄電池の寿命を管理する機能に着目して説明する。なお、蓄電池ユニット１１が備える複数個の蓄電池（蓄電池セル）が寿命になった場合、蓄電装置１において個々の蓄電池が交換されるのではなく、蓄電池ユニット１１が交換される。ただし、寿命になった蓄電池を内蔵した蓄電池ユニット１１は、回収先で蓄電池を交換してリユースに供されるか、回収先で分解してリサイクルに供されることが望ましい。以下の説明では、蓄電池ユニット１１について蓄電池の機能にのみ着目しており、この意味で蓄電池ユニット１１は蓄電池と等価であるから、以下では、蓄電池ユニット１１を「蓄電池１１」という。

以下、説明のために、買電の電力量を「買電量」、売電の電力量を「売電量」、太陽光発電装置３が発電した電力量を「発電量」、負荷機器４が消費した電力量を「消費量」と呼ぶ。また、充電によって蓄電池１１に蓄積された電力量を「充電量」、放電によって蓄電池１１から放出された電力量を「放電量」と呼ぶ。さらに、買電による電力料金の単価を「買電単価」、売電による電力料金の単価を「売電単価」と呼ぶ。なお、買電単価は、時間帯別で２段階以上に設定されているものとする。

蓄電池管理装置１０は、蓄電池１１の寿命を管理するために、買電量と売電量と充電量と放電量と消費量とから選択される電力量を監視する必要がある。したがって、電力センサＣ１〜Ｃ３から電力を取得する。電力センサＣ１は、電力系統２と分電盤５との間に配置され、買電と売電とのうち少なくとも買電の電力を計測する。電力系統への逆潮流を行わない場合には、売電の電力は計測不要である。電力センサＣ２は、蓄電装置１に設けられ、蓄電池１１の充電と放電との電力を計測する。さらに、電力センサＣ３は、分電盤５から負荷機器４に給電する分岐回路ごと、あるいは負荷機器４ごとに設けられ、分岐回路あるいは負荷機器４ごとの電力を計測する。

蓄電池管理装置１０は、外部装置を接続するインターフェイス部１０１を備える。インターフェイス部１０１は、電力センサＣ１〜Ｃ３の出力を取得する取得部としての通信インターフェイス部１０１１を備える。また、インターフェイス部１０１は、蓄電池管理装置１０から出力される情報により動作する出力装置や蓄電池管理装置１０に与える情報を入力する入力装置を接続する通信インターフェイス部１０１２を備える。以下では、「通信インターフェイス部」を「通信Ｉ／Ｆ」と略称する。

蓄電池管理装置１０は、現在日時を計時する内蔵時計（リアルタイムクロック）１０２を備え、通信Ｉ／Ｆ１０１１が取得した各種の電力と内蔵時計１０２が計時する日時とを用いて蓄電池１１の寿命を判定する寿命判定部１００を備える。さらに、蓄電池管理装置１０は、寿命判定部１００が蓄電池１１の寿命と判定したときに報知信号を出力する出力部１０３を備える。

寿命判定部１００は、通信Ｉ／Ｆ１０１１を通して取得した各種の電力を積算して電力量を求める電力量算出部１００１と、内蔵時計１０２が計時している現在日時を電力量算出部１００１が求めた電力量と対応付けて記録する電力量記憶部１００２とを備える。本実施形態は、蓄電池１１の寿命の判定に、後述するように、買電単価、売電単価、蓄電装置１の導入費用、蓄電池１１の交換費用などから選択される計算用データを必要とする。したがって、寿命判定部１００は、これらの計算用データを保持するデータ保持部１００３を備える。

さらに、寿命判定部１００は、電力量記憶部１００２が記憶した電力量、データ保持部１００３が保持する計算用データ、内蔵時計１０２が計時する日時を用いて寿命の判定を行う条件判定部１００４を備える。条件判定部１００４が寿命と判定すると出力部１０３を通して報知信号が出力される。

以下では、寿命判定部１００が行う処理について説明する。本実施形態は、蓄電池１１の寿命を評価するために、蓄電池１１の導入によって利用者にもたらされる利益を評価する。蓄電池１１の導入による利益（導入前後の差益）は、上述のように所定の時間帯に買電を行わないという制約条件を与えても、以下の３種類の場合に分けられる。ここでは、説明を簡単にするために、温度環境などによる蓄電池１１の満充電容量の変化および電力の損失は考慮しない。以下の構成（Ｉ）、構成（ＩＩ）は図１の構成であり、構成（ＩＩＩ）は図１の構成から太陽光発電装置３を省略した構成になる。
（Ｉ）太陽光発電装置３を備え、太陽光発電装置３が発電した電力の電力系統２への逆潮流が許容されている構成。この場合、昼間には、発電量の一部が売電量に充当され、発電量の残りが消費量および充電量に充当される。また、夜間には、放電量と買電量との合算が消費量に充当される。つまり、夜間には買電量が発生する。そのため、売電量に売電単価を乗じた金額と、充電量に買電単価を乗じた金額との合計が、蓄電池１１の導入による利益になる。
（ＩＩ）太陽光発電装置３を備え、太陽光発電装置３が発電した電力の電力系統２への逆潮流が禁止されている構成。この場合、昼間には、発電量が消費量および充電量に充当され、夜間には、放電量が消費量に充当される。なお、太陽光発電装置３の発電量および蓄電池１１の充電量は、買電が行われない程度に設定されていると仮定する。そのため、昼間と夜間との消費量に買電単価を乗じた金額が、蓄電池１１の導入による利益になる。
（ＩＩＩ）太陽光発電装置３を備えず、夜間の買電量が昼間の消費量に充当される構成。この場合、放電量は消費量に一致する。したがって、充電量が放電量と一致していれば、充電時の買電単価と放電時の買電単価との差額に放電量を乗じた金額が、蓄電池１１の導入に伴う利益になる。

上記構成（ＩＩ）において、通常であれば昼間の消費量が発電量を超えるか夜間の消費量が充電量を超える状況が生じると買電が発生する。しかしながら、上述のように、所定の時間帯には買電を行わないという制約条件を課してシステムが設計されているから（つまり、初期状態における満充電容量は所定の時間帯において買電が発生しないように定められている）、この状況は生じない。なお、この状況の発生を許容する場合、昼間と夜間との消費量から売電量を減算して買電単価を乗じた金額が、蓄電池１１の導入による利益になる。また、太陽光発電装置３をシステムに含む場合、利益は蓄電装置１を導入したことのみによって生じているわけではないが、ここでは、太陽光発電装置３も含めて蓄電池１１を利用することによる利益とみなす。

蓄電池１１の導入による利益の金額を算出する際には、単位時間（１分、１０分など）ごとの電力量（買電量、売電量、消費量、放電量から選択される）を計測し、計測した単位時間ごとの電力量に買電価格または売電価格を乗じ、乗算結果の積算値を求める。

蓄電池１１の導入による利益の金額は、蓄電池１１の利用時間の経過に伴って増加するから、やがては蓄電装置１の導入費用に達する。この時点が蓄電装置１の導入に対する損益分岐点になる。損益分岐点に達すると蓄電装置１の導入費用が相殺されるから、損益分岐点に到達した後は、利益が蓄積されることになる。

ところで、多くの蓄電池１１は、充放電サイクルを繰り返すことによって内部インピーダンスが増加する。そのため、図２に示すように、充放電サイクルの回数の増加に伴って、蓄電池１１の満充電容量が低下することが知られている。充放電サイクルは、満充電状態から電池残量が０になるまでの放電と、電池残量が０の状態から満充電状態までの充電とを行う期間を１サイクルとしている。ただし、蓄電池１１の実使用に際しては、充電時に満充電状態に達しないことが多く、放電時に電池残量を０にすることは少ない。すなわち、負荷機器４に電力を供給する用途で用いる蓄電装置１は、蓄電池１１の電池残量が数十％の範囲である中間領域において、充電と放電とを繰り返すように使用されることが多い。もっとも、この事情を考慮しても、充放電の繰り返し回数が増加することに伴って、蓄電池１１の満充電容量は次第に低下することは言える。

本実施形態は、充放電の繰り返し回数の増加に伴って蓄電池１１の満充電容量が低下することを蓄電池１１の劣化と判断している。蓄電池１１の満充電容量が低下する速度は、劣化が進行するほど大きくなることが知られている。そして、一般には満充電容量が公称容量に対して５０〜６０％まで低下する充放電回数をもって蓄電池１１の寿命が設定されている。言い換えると、一般的な蓄電池１１の寿命の判断基準は、満充電容量が公称容量に対して５０〜６０％まで低下することである。図２では満充電容量の初期値に対する割合が所定値（たとえば、３０％）になる時点を使用限界として表している。

ここに、所定の時間帯には買電が生じさせないという制約条件を課してシステムが設計されているにもかかわらず、蓄電池１１の満充電容量が劣化に伴って低下すると、蓄電池１１の放電量が負荷機器４の消費量を充足できなくなる状況が発生し、上述の制約条件を満足できなくなる。つまり、初期状態における満充電容量は所定の時間帯において買電が発生しないように定められているが、蓄電池１１の劣化に伴って所定の時間帯における消費量が満充電容量より大きくなると、この時間帯において買電が生じる。

しかも、劣化が進行するほど満充電容量の低下率が大きくなるから、蓄電池１１の劣化が進行すると、所定の時間帯における買電量が急速に増加する。このことから、損益分岐点を超えて得られていた利益は、買電の発生に伴って減少し、やがては買電に伴う支払いによって利益が失われることになる。すなわち、劣化した蓄電池１１を使い続けると、次の損益分岐点（蓄積した利益が蓄電装置１の導入費用に一致する点）に達し、蓄電池１１の導入に伴って得られていた利益の蓄積が消滅することになる。

以上のことを勘案すれば、２つの損益分岐点の間に、利益の蓄積が最大化される時点が存在することが容易に推測される。以下では、このような特性に基づいて蓄電池１１の交換時期を適正に定める方法について説明する。

図３Ａに示すように、所定の時間帯において買電を生じさせないという条件が満足されている期間（ｔ０−ｔ２）には、蓄電池１１の利用に伴って得られる利益の積算値Ｖ２は、ほぼ直線的に増加するとみなせる。利益の積算値Ｖ２が増加すると、やがて蓄電装置１の導入費用Ｖ１に達する。このように、利益の積算値Ｖ２が導入費用Ｖ１に一致する点が損益分岐点Ｐ１になる（時点ｔ１）。また、蓄電池１１の劣化に伴って所定の時間帯における買電が発生するようになると（時点ｔ２）、利益の増加率が低下し始め、蓄積された利益Ｖ２がふたたび導入費用Ｖ１に一致する（時点ｔ４）。すなわち、次の損益分岐点Ｐ２に達する。時点ｔ５は満充電容量が使用限界に達した時点を表している。

図３Ａは利益の積算値Ｖ２の中に買電に伴う損失を折り込んでいる。これに対し、図３Ｂに示すように、蓄電池１１が劣化しないと仮定した場合の理想的な利益の積算値Ｖ２を仮想線Ｖ３で表し、買電に伴う累積費用Ｖ４を蓄電装置１の導入費用Ｖ１に加算する形式で表すことも可能である。すなわち、図３Ａと図３Ｂとは等価である。

図３Ａ，３Ｂは損益分岐点Ｐ１までは所定の時間帯における買電が生じないと仮定した場合の特性を表している。一方、蓄電池１１の利用用途によっては蓄電池１１が劣化して買電が生じ始めた後に損益分岐点Ｐ１に達することもある。この場合の費用関係を図３Ｂと同様の形式で表すと図３Ｃのようになる。

すなわち、図３Ｃでは、時点Ｔ２で蓄電池１１が劣化して買電が生じ始め、その後の時点Ｔ１で利益の積算値Ｖ２が損益分岐点Ｐ１に達し、時点Ｔ４で損益分岐点Ｐ２に達する。時点Ｔ５は満充電容量が使用限界に達した時点を表している。

いずれにしても、蓄電池１１の劣化に伴って所定の時間帯における買電が生じることを考慮すると、２つの損益分岐点Ｐ１，Ｐ２が生じ、２つの損益分岐点Ｐ１，Ｐ２の間で、最大の利益Ｖ５が得られることがわかる（図３Ａ，３Ｂでは時点ｔ３、図３Ｃでは時点Ｔ３）。

蓄電池１１の導入に伴う費用関係が図３Ａ〜３Ｃに示す関係になることから、蓄電池１１を交換するタイミングは、買電が生じた時点ｔ２（図３Ｃでは時点Ｔ２に相当）から蓄積した利益が消滅する損益分岐点Ｐ２までの期間であればよいと言える。現実的には、買電が生じた時点ｔ２（時点Ｔ２）と、蓄積した利益が最大になる時点ｔ３（図３Ｃでは時点Ｔ３に相当）と、損益分岐点Ｐ２の時点ｔ４（図３Ｃでは時点Ｔ４に相当）との３時点のいずれかを選択することが望ましいと言える。

蓄電池１１を交換するタイミングとして、時点ｔ２（図３Ｃでは時点Ｔ２に相当）を選択した場合、所定の時間帯における買電を生じさせないという制約条件を満たしたままで蓄電池１１を交換することが可能になる。たとえば、分散電源によって消費量を充足させている需要家の場合、買電が生じたときにペナルティとして買電単価が一般価格よりも高くなる場合があるから、このような需要家では蓄電池１１を迅速に交換する必要がある。したがって、条件判定部１００４は、買電の累積費用Ｖ４が規定の条件を満たしたとき、つまり、累積費用Ｖ４が生じた時点ｔ２（時点Ｔ２）をもって蓄電池１１の寿命と判断するように構成されることが好ましい。

蓄電池１１を交換するタイミングとして、時点ｔ３（図３Ｃでは時点Ｔ３に相当）を選択した場合、蓄電池１１の導入によって蓄積された利益が最大であるときに蓄電池１１を交換することになる。つまり、蓄電池１１の導入によって蓄積された利益が蓄電池１１の交換に伴う費用の一部または全部に充当されるから、蓄電池１１の交換費用が低減されることになる。言い換えると、利用者の金銭的な利益が最大化される。ただし、時点ｔ３（時点Ｔ３）は、計測できないから、図３Ｂ，３Ｃに示した導入費用Ｖ１と買電に伴う累積費用Ｖ４とを加算した曲線と仮想線Ｖ３とを用いて予測される。このように条件判定部１００４は、利益が規定の条件を満たしたとき、つまり、利益が最大となった時点ｔ３（時点Ｔ３）をもって蓄電池１１の寿命と判断するように構成されてもよい。

蓄電池１１を交換するタイミングとして、時点ｔ４（図３Ｃでは時点Ｔ４に相当）を選択した場合、蓄電池１１の導入によって得られた利益は消滅しているが、蓄電装置１の導入費用Ｖ１は相殺されている。したがって、蓄電池１１を交換することは新規に蓄電池１１を導入する場合と同等であって、利用者にとって損失は生じない。ここで、蓄電装置１の全部を交換するのではなく、蓄電池１１のみの交換であれば、蓄電装置１の導入費用Ｖ１よりも交換費用は低額になる。時点ｔ４（時点Ｔ４）を蓄電池１１の寿命と判断して蓄電池１１を交換する場合、蓄電池１１をもっとも長く使用するから、蓄電池１１の交換に伴う費用の準備期間も長くなり、交換費用を用意しやすくなる。このように条件判定部１００４は、導入費用Ｖ１または交換費用が規定の条件を満たしたとき、つまり、導入費用Ｖ１または交換費用と、累積費用との合計が、利益に一致する時点ｔ４（時点Ｔ４）をもって蓄電池１１の寿命と判断するように構成されてもよい。

蓄電池１１を交換する時点は、上述した３種類の時点のほか、以下の条件が成立した時点としてもよい。すなわち、蓄電装置１の運用開始から買電が発生した時点ｔ２（時点Ｔ２）までの経過日数で蓄電池１１の交換費用を除した値を、１日当たりの蓄電池１１の交換費用Ｖ６とし、買電が発生してからの経過日数をＤｂとして、以下の条件式を定める。
条件式：Ｖ４≧Ｖ６×Ｄｂ
上の条件式が成立する時点は、買電が発生した後に、買電の累積費用Ｖ４が蓄電池１１の交換費用に達した時点であって、この時点を蓄電池１１の寿命と判断することにより、利用者には損失が生じない。ただし、時点ｔ２、ｔ３，ｔ４（時点Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を用いる方法は、蓄電装置１の導入費用Ｖ１を基準に用いるのに対して、この方法は蓄電池１１の交換費用を基準に用いる点で相違する。

上述のように、本実施形態の条件判定部１００４は、買電の累積費用Ｖ４と、導入費用Ｖ１または交換費用と、利益（積算値Ｖ２）との少なくとも１つが規定の条件を満たすときに蓄電池１１の寿命と判定するように構成されている。

なお、上述の例は、蓄電池１１の１回目の交換時を想定しているが、蓄電池１１の２回目以降の交換時には、蓄電装置１の導入費用はすでに償却されているから、蓄電装置１の導入費用に代えて蓄電池１１の交換費用を用いればよい。

なお、条件判定部１００４における判定の条件として理論値を用いているが、給電路で生じる損失や蓄電池１１の充放電に伴う損失などがあり、温度環境の変化などによる効率の変化もあるから、実使用時には、上述した条件は適宜に補正することが望ましい。

上述した寿命判定部１００の動作例は、条件判定部１００４が、利用者にとっての金銭上の利益を基準にした条件を用いて蓄電池１１の寿命を判定している。これに対して、蓄電池１１が使用不能になる使用限界まで蓄電池１１を利用しようとする利用者も存在すると考えられる。したがって、寿命判定部１００は、条件判定部１００４によって金銭上の利益を考慮して寿命を判定する条件を定める第１の判定モードと、蓄電池１１の使用限界を寿命と定める第２の判定モードとを選択するモード選択部１００５を備えることが望ましい。

蓄電池１１の使用限界は、蓄電池１１の満充電容量に基づいて定められる。そのため、モード選択部１００５が設けられるときには、寿命判定部１００に、蓄電池１１の満充電容量を計測する容量計測部１００６が付加される。第２の判定モードが選択されている場合、容量計測部１００６が計測した満充電容量が使用限界（公称容量の５０〜６０％など）と比較され、満充電容量が使用限界に達していれば寿命と判断され、出力部１０３を通して報知信号が出力される。なお、判定モードの選択は、通信Ｉ／Ｆ１０１２に接続される入力装置により行われる。

蓄電池１１の満充電容量を計測する技術は種々知られている。たとえば、蓄電池１１が充放電を行っていない期間に既知の電力で蓄電池１１を充電し、蓄電前後の電位差から満充電容量を計測することが可能である。また、上述したように、満充電容量は内部インピーダンスの増加に伴って低下するから、電圧の過渡応答波形を用いて内部インピーダンスを計測し、計測した内部インピーダンスを満充電容量に換算してもよい。内部インピーダンスの計測には、蓄電池１１が充放電を行っていない状態で開放電圧を計測し、その後、蓄電池１１に対する負荷のオンオフを行って過渡応答波形を検出すれば満充電容量が求められる。満充電容量の計測には周知の技術を採用すればよいから詳述しない。

ところで、蓄電装置１は、導入してから蓄電池１１の交換までの期間が短期でも５年、望ましくは１０年以上であることが要求される。したがって、蓄電池１１の交換費用は、蓄電装置１の導入時よりも低下していることが予想される。そのため、蓄電池１１の交換費用は、交換時期に近付いた時点で与えられることが好ましい。

上述した方法で蓄電池１１の寿命を判断する場合、寿命となる時点を予測可能であるから、予測される時点の所定期間（１ヶ月、１年など）前になった時点で、蓄電池１１の交換費用を取得することが望ましい。蓄電池１１の交換費用を取得するには、寿命前の予備報知信号を出力して、交換時期が迫っていることを利用者に報知し、このとき同時に蓄電池１１の交換費用の入力を促すようにすればよい。あるいはまた、蓄電装置１の提供者が運営する管理装置（サーバなど）とインターネットのような広域網を通して通信可能であれば、管理装置から通信によって蓄電池１１の交換費用を取得してもよい。

上述した寿命判定部１００の動作例を図４に示す。図示例は、蓄電池１１の交換費用を基準に用いて蓄電池１１の寿命を定める動作例であり、かつモード選択部１００５を備えている場合を示している。蓄電池管理装置１０の動作が開始されると、モード選択部１００５で選択されている判定モードを判断する（Ｓ１１）。モード選択部１０５で第１の判定モードが選択されている場合（Ｓ１１：第１の判定モード）、条件判定部１００４は、１日のうちの所定の時間帯（買電を行わない時間帯）であるか否かを判断する（Ｓ１２）。所定の時間帯であれば（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、条件判定部１００４は、通信Ｉ／Ｆ１０１１を通して電力センサＣ１の出力を取得し（Ｓ１３）、取得した電力に基づいて買電の発生の有無を判断する（Ｓ１４）。条件判定部１００４は、買電が発生していない場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り、所定の時間帯において買電の発生の有無を継続して監視する。

一方、買電が生じると（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、条件判定部１００４は、電力量記憶部１００２に記憶されている電力量の推移を用いて、蓄電装置１の運用開始から買電の発生時点までの日数を求める。さらに、条件判定部１００４は、データ保持部１００３に保持された蓄電池１１の交換費用を求めた日数で除すことにより、１日当たりの蓄電池１１の交換費用を算出する（Ｓ１５）。

１日当たりの蓄電池１１の交換費用が算出された後、条件判定部１００４は、内蔵時計１０２が計時する日時により所定の時間帯であるか否かを判断し（Ｓ１６）、所定の時間帯であれば（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、電力センサＣ１の出力を取得する（Ｓ１７）。また、内蔵時計１０２が計時する日時により買電が生じた時点からの経過日数Ｄｂを求め、経過日数を１日当たりの蓄電池１１の交換費用Ｖ６に乗じた値を求める。さらに、買電が発生してからの買電の累積費用Ｖ４を求める。ここで、条件式Ｖ４≧Ｖ６×Ｄｂが成立するまでは（Ｓ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１６に戻り、所定の時間帯における条件式の成立を継続して監視する。ステップＳ１８において、上記条件式が成立すると（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、条件判定部１００４は、蓄電池１１が寿命になったと判断し、出力部１０３から報知信号を出力させる（Ｓ１９）。

一方、モード選択部１０５で第２のモードが選択されている場合（Ｓ１１：第２の判定モード）、容量計測部１００５が満充電容量を計測する（Ｓ２１）。計測された満充電容量は使用限界と比較され（Ｓ２２）。満充電容量が使用限界に達していれば（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、蓄電池１１が寿命に達したと判断され、出力部１０３から報知信号が出力される（Ｓ２３）。

図４に示す動作例はモード選択部１００５によって判定モードが選択可能になっているが、モード選択部１００５が不要であれば、寿命判定部１００は、ステップＳ１２〜Ｓ１９の動作のみを行えばよい。

出力部１０３から出力された報知信号は外部装置に送信され、外部装置によって蓄電池１１の寿命が報知される。この構成に代えて、出力部１０３が報知信号によって蓄電池１１の寿命を報知する報知機能を備えていてもよい。この種の報知は、報知灯の点灯による視覚的報知、あるいは報知音による聴覚的報知の少なくとも一方が採用される。また、報知信号は、蓄電池１１の寿命を報知するメッセージを含んでいてもよい。この場合、ドットマトリクス型の表示器に蓄電池１１の寿命を表す文字や図形を表示したり、音声で蓄電池１１の寿命を示すメッセージを出力することにより、メッセージが提示される。

本実施形態で説明した技術を採用することにより、第１の判定モードが選択されていれば、満充電容量を計測することなく蓄電池１１の寿命を判断することが可能になる。また、蓄電池１１の寿命を、利用者にとっての金銭的な利益を基準にして定めているから、高価な蓄電装置１を導入する動機付けがなされ、ひいては蓄電装置１の普及を促進する効果が期待できる。

なお、出力部１０３は、報知信号や予備報知信号を必ずしも利用者への通知に用いる必要はなく、蓄電装置１の管理が委託されている管理会社が運営する外部装置に対して、通信により報知信号や予備報知信号を通知してもよい。この場合、管理会社において蓄電池１１の寿命を管理するから、管理会社は利用者の利用状況に適した蓄電池１１を推奨することが可能になる。

蓄電池管理装置１０の通信Ｉ／Ｆ１０１２に接続する入力装置や出力装置は、蓄電池管理装置１０に付設してもよく、また蓄電池管理装置１０とは分離して設けてもよい。前者の装置は、液晶表示器、スイッチ群、タッチパネルなどから選択され、後者の装置は、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンなどから選択される。

また、上述した実施形態では、蓄電池管理装置１０が蓄電池パワコン１２に組み込まれているが、蓄電池管理装置１０は蓄電池パワコン１２とは別に設けられていてもよい。たとえば、住宅におけるエネルギーの利用を統括して管理するエネルギー管理装置に上述した機能を付加することによって、蓄電池１１を管理してもよい。

本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (7)

1. 商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、
   前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、
   前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、
   前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、
   前記条件判定部は、前記蓄電池が導入されてから買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出するまでの日数で前記蓄電池の交換費用を除した値を前記蓄電池の１日当たりの交換費用として算出し、前記電力センサが買電の発生を検出した後の買電の累積費用が、買電の発生が検出されてから後の経過日数と前記蓄電池の１日当たりの交換費用との積に達した時点を前記蓄電池の寿命と判定する
   ことを特徴とする蓄電池管理装置。
2. 商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、
   前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、
   前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、
   前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、
   前記条件判定部は、買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出した時点の後であって、前記蓄電池の劣化により生じた買電に伴う累積費用と前記蓄電池の導入費用との合計が前記蓄電池の導入により蓄積された利益を下回らない期間において、買電の発生を検出した時点と、前記利益が最大になる時点と、前記累積費用と前記導入費用との合計が前記利益に一致する時点とのいずれかを、前記蓄電池の寿命と判定する
   ことを特徴とする蓄電池管理装置。
3. 前記蓄電池の寿命を判定する条件を選択するモード選択部と、
   前記蓄電池の満充電容量を計測する容量計測部とをさらに備え、
   前記モード選択部は、前記容量計測部が計測した満充電容量が規定の使用限界に達したことを前記蓄電池の寿命と判定する判定モードも選択可能である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電池管理装置。
4. 商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置における蓄電池管理方法であって、
   前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、
   前記蓄電池が導入されてから買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出するまでの日数で前記蓄電池の交換費用を除した値を前記蓄電池の１日当たりの交換費用として算出し、前記電力センサが買電の発生を検出した後の買電の累積費用が、買電の発生が検出されてから後の経過日数と前記蓄電池の１日当たりの交換費用との積に達した時点を前記蓄電池の寿命と判定し、
   前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する
   ことを特徴とする蓄電池管理方法。
5. 商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置における蓄電池管理方法であって、
   前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、
   買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出した時点の後であって、前記蓄電池の劣化により生じた買電に伴う累積費用と前記蓄電池の導入費用との合計が前記蓄電池の導入により蓄積された利益を下回らない期間において、買電の発生を検出した時点と、前記利益が最大になる時点と、前記累積費用と前記導入費用との合計が前記利益に一致する時点とのいずれかを、前記蓄電池の寿命と判定し、
   前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する
   ことを特徴とする蓄電池管理方法。
6. コンピュータを、
   商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、
   前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、
   前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、
   前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、
   前記条件判定部は、前記蓄電池が導入されてから買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出するまでの日数で前記蓄電池の交換費用を除した値を前記蓄電池の１日当たりの交換費用として算出し、前記電力センサが買電の発生を検出した後の買電の累積費用が、買電の発生が検出されてから後の経過日数と前記蓄電池の１日当たりの交換費用との積に達した時点を前記蓄電池の寿命と判定する
   蓄電池管理装置として機能させるプログラムを記憶した記録媒体。
7. コンピュータを、
   商用電源の需要家に設置され所定期間において負荷機器に電力を供給することにより商用電源から前記負荷機器への給電を低減させる目的で用いられる蓄電池に関して、当該蓄電池の寿命を管理する蓄電池管理装置であって、
   前記蓄電池の寿命を判定する条件判定部と、
   前記条件判定部において前記蓄電池が寿命に達したと判定されると報知信号を出力する出力部とを備え、
   前記蓄電池の初期状態における満充電容量は、所定の時間帯において買電が発生しないように定められており、
   前記条件判定部は、買電の電力を監視する電力センサが買電の発生を検出した時点の後であって、前記蓄電池の劣化により生じた買電に伴う累積費用と前記蓄電池の導入費用との合計が前記蓄電池の導入により蓄積された利益を下回らない期間において、買電の発生を検出した時点と、前記利益が最大になる時点と、前記累積費用と前記導入費用との合計が前記利益に一致する時点とのいずれかを、前記蓄電池の寿命と判定する
   蓄電池管理装置として機能させるプログラムを記憶した記録媒体。

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