JP6369803B2

JP6369803B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP6369803B2
Application number: JP2014155330A
Authority: JP
Inventors: 洋輔大槻; 泰生奥田; 武東野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: JP2016032419A

Description

本発明は、蓄電池を備え、再生可能エネルギーをもとにする発電装置と接続可能な蓄電装置に関する。

近年、系統電源に接続された蓄電装置に、例えば太陽光発電装置等の再生可能エネルギーをもとに発電する発電装置を連携させる蓄電システムが開発されている。蓄電池は直流であり系統電源は交流であるため、両者の間にはインバータが設けられる。

このような蓄電システムの中には、発電装置が発電する直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換装置を備え、発電装置を交流電源である系統電源と併用するものが存在する。これらの蓄電システムでは、系統電源、蓄電池、または太陽光発電装置の少なくともいずれか一つが供給する電力が、負荷に供給される（特許文献１参照）。

特開２０１０−１３０８３６号公報

このような蓄電システムでは、発電装置の出力をＤＣ／ＡＣ変換装置の定格範囲内に収める必要がある。このため、再生可能エネルギーをもとに発電される電力の上限値はＤＣ／ＡＣ変換装置の定格電力に制限されることになり、利用可能な電力量が制限されうる。

本発明のある目的は、再生可能エネルギーをもとに発電された電力の利用可能な量を増加させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電装置は、蓄電池と、直流側端子と交流側端子とを有し、蓄電池を直流側端子に接続する双方向インバータと、再生可能エネルギーをもとに発電する第１発電装置に接続された第１インバータの交流側端子と接続可能な第１電気接続端子と、第１発電装置とは別の第２発電装置に接続された第２インバータの交流側端子と接続可能な第２電気接続端子と、双方向インバータの交流側端子と、第１電気接続端子と、第２電気接続端子とを導通させるための交流電流路とを備える。第１電気接続端子と第２電気接続端子とは、交流電流路に並列接続される。

本発明によれば、再生可能エネルギーをもとに発電された電力の利用可能な量を増加させる技術を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電システムの構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る蓄電装置の系統連系運転モードを説明するための図である。本発明の実施の形態に係る蓄電装置の自立運転モードを説明するための図である。蓄電池の放電電力と、第１インバータの出力電力と第２インバータの出力電力との総和との遷移を模式的に示す図である。実施の形態に係る蓄電池管理部が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。実施の形態に係る蓄電装置が系統連系運転モードにおいて、蓄電池管理部が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。実施の形態に係る蓄電装置が自立運転モードにおいて、蓄電池管理部が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。

本発明を好適な実施形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

本発明の実施の形態は、系統電源に接続される蓄電装置であって、さらに太陽光発電装置とも連携する蓄電装置に関する。当該蓄電装置は、例えば産業施設、公共施設、商業施設、オフィスビル、住居などに設置される。電力会社が時間帯別電気料金制度を採用している場合、夜間の時間帯の電気料金は、昼間の時間帯の電気料金よりも安く設定される。例えば、２３：００〜翌日の７：００までの電気料金が他の時間帯より安く設定される。したがって夜間に系統電源から蓄電池に充電し、蓄電池に蓄えられた電力を昼間に使用することにより電気料金を抑えることができる。電力会社側から見ると電力使用量が平準化されることになる。

蓄電池に蓄えられた電力は、系統電源が停電したとき特定負荷（例えば、電灯、エレベータ、コンピュータサーバ等）を動作させるためのバックアップ電源として用いられる。特定負荷は系統電源の停電時にて、優先的に蓄電池または太陽光発電システムから電力供給を受けることができる予め設定された負荷である。本明細書では、それ以外の負荷を一般負荷という。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の構成を模式的に示す図である。蓄電システム１は、蓄電装置１００、第１太陽電池２００ａ、第２太陽電池２００ｂ、第１インバータ３００ａ、第２インバータ３００ｂ、系統電源４００、分電盤５００、一般負荷６００、および特定負荷７００を含む。

系統電源４００は電力会社から供給される商用電源である。系統電源４００は、分電盤５００を介して蓄電装置１００と電気的に接続される。分電盤５００は、漏電ブレーカや配線用ブレーカを備え、系統電源４００が供給する電力を安全に使用するために用いられる。一般負荷６００は、分電盤５００と電気的に接続される。一般負荷６００は、分電盤５００を介して系統電源４００から供給される交流電力で動作する。

第１太陽電池２００ａと第２太陽電池２００ｂとはともに、光起電力効果を利用した発電装置である。第１太陽電池２００ａを構成する太陽電池にはシリコン系、化合物系、有機系のいずれを使用してもよい。図１に示す例では、蓄電システム１は第１太陽電池２００ａと第２太陽電池２００ｂとの２台の太陽電池を備えるが、蓄電システム１が備える太陽電池の台数は２台に限られず、３台以上であってもよい。以下本明細書において、第１太陽電池２００ａと第２太陽電池２００ｂとを特に区別する場合を除き、単に「太陽電池２００」と総称する。太陽電池２００は、再生可能エネルギーである太陽光をもとに発電する発電装置の一種である。

第１インバータ３００ａは直流側端子と交流側端子とを備え、直流側端子は第１太陽電池２００ａに接続される。第１インバータ３００ａは、第１太陽電池２００ａが発電した直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータである。第１インバータ３００ａは、出力する交流電圧を可変に構成されている。これにより、第１インバータ３００ａは、第１太陽電池２００ａが発電する電力を調整することができる。

第２インバータ３００ｂは、第１インバータ３００ａとは別の装置であるが、第１インバータ３００ａと同様に、ＤＣ／ＡＣインバータである。第２インバータ３００ｂは、直流側端子と交流側端子を備え、交流側端子が第２太陽電池２００ｂと接続されている。第２インバータ３００ｂは、第２太陽電池２００ｂが発電する直流電力を交流電力に変換し、また、その電力を調整することができる。

図１に示す例では、蓄電システム１が２台の太陽電池２００を備えるため、第１インバータ３００ａと第２インバータ３００ｂとの２台のインバータを備えている。蓄電システム１が備える太陽電池２００の台数が増えれば、インバータの数も増える。このため、蓄電システム１が備えるインバータの数は２台に限られず、３台以上であってもよい。以下本明細書において、第１インバータ３００ａと第２インバータ３００ｂとを特に区別する場合を除き、単に「インバータ３００」と総称する。

蓄電装置１００は、蓄電池１０、双方向パワーコンディショナ２０、蓄電池管理部３０、電源切替部４０、ヒータ５０、第１電気接続端子６０ａ、第２電気接続端子６０ｂ、通信接続端子７０、第１接点信号端子８０ａ、および第２接点信号端子８０ｂを含む。

双方向パワーコンディショナ２０は、双方向インバータ２２と制御部２４とを含む。双方向インバータ２２は直流側端子と交流側端子とを有し、蓄電池１０を直流側端子に接続する。双方向インバータ２２は制御部２４の制御の下、蓄電池１０に充電するとき交流電力から直流電力に変換し、蓄電池１０から放電するとき直流電力から交流電力に変換する。

双方向インバータ２２の交流側端子は、電源切替部４０に接続される。電源切替部４０は、第１スイッチ４２、第２スイッチ４４、および第３スイッチ４６を備える。実施の形態に係る蓄電装置１００において、第１スイッチ４２、第２スイッチ４４、および第３スイッチ４６はリレーを使用することを想定する。なお、リレーの代わりにパワーＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などの半導体スイッチを用いてもよい。

電源切替部４０はまた、双方向インバータ２２と接続する端子とは別の端子において、分電盤５００を介して系統電源４００と接続する。電源切替部４０はさらに別の端子において、特定負荷７００と接続する。なお、電源切替部４０が備える第１スイッチ４２、第２スイッチ４４、および第３スイッチ４６の具体的な動作については後述する。

電源切替部４０と特定負荷７００を結ぶ経路には、第１電気接続端子６０ａと第２電気接続端子６０ｂとが並列接続される。ここで第１電気接続端子６０ａは、第１インバータ３００ａの交流側端子と接続可能な端子である。また第２電気接続端子６０ｂは、第２インバータ３００ｂの交流側端子と接続可能な端子である。第１太陽電池２００ａが発電した電力は第１インバータ３００ａで交流電力に変換された後、第１電気接続端子６０ａを介して蓄電装置１００に入力される。同様に、第２太陽電池２００ｂが発電した電力は第２インバータ３００ｂで交流電力に変換された後、第２電気接続端子６０ｂを介して蓄電装置１００に入力される。

したがって、双方向インバータ２２の交流側端子と電源切替部４０とを結ぶ経路、分電盤５００と電源切替部４０とを結ぶ経路、特定負荷７００、第１電気接続端子６０ａ、および第２電気接続端子６０ｂと電源切替部４０とを結ぶ経路、ならびに電源切替部４０は、交流電力が流れる交流電流路を形成する。蓄電池１０が放電する電力、系統電源４００から供給される電力、および太陽電池２００が発電する電力は、蓄電装置１００内において交流電力が導通される単一の交流電流路によってリンクされる。

蓄電池１０は、充放電自在で繰り返し使用できる、パッケージ化された二次電池である。蓄電池１０は、直列または直並列接続された複数の蓄電池セル（不図示）を含む。本実施の形態では蓄電池セルとしてリチウムイオン電池を使用することを想定する。なお、リチウムイオン電池の代わりにニッケル水素電池、鉛電池など他の種類の電池を使用してもよい。蓄電池１０は、系統電源４００が供給する電力と太陽電池２００により発電された電力との少なくともいずれか一方の電力によって充電される。

ヒータ５０は、蓄電池１０を加熱するためのヒータである。ヒータ５０は、蓄電池１０内の蓄電池セルの温度を上昇させるために使用される。ヒータ５０は、双方向インバータ２２から供給される電力で駆動するが、蓄電池１０が放電可能な状態にあるときは、蓄電池１０の放電電力で駆動することもできる。

蓄電池管理部３０は、主に蓄電池１０の充放電を制御するが、第１インバータ３００ａの出力電力の上限値と、第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値も制御する。蓄電池管理部３０は、蓄電池１０、双方向パワーコンディショナ２０、電源切替部４０、ヒータ５０、および通信接続端子７０との間に、それぞれ制御信号を送受信するための送信経路を備える。これらの通信経路では、例えばＲＳ−２３２ＣやＲＳ−４８５等のシリアル通信規格に準拠した制御信号が流通する。

特に、蓄電池管理部３０と蓄電池１０との間の通信経路は光ファイバが用いられ、装置間が絶縁される。また、通信接続端子７０は、第１インバータ３００ａと第２インバータ３００ｂとを数珠つなぎに一列にデイジーチェーン接続する制御信号の通信経路に接続可能である。これにより、蓄電池管理部３０、第１インバータ３００ａ、および第２インバータ３００ｂは、この順序で直線上にデイジーチェーン接続される。

すなわち、蓄電池管理部３０が送信した制御信号はまず第１インバータ３００ａに到達する。第１インバータ３００ａは受信した制御信号を第２インバータ３００ｂに転送するとともに、受信したことを示す信号を蓄電池管理部３０に送信する。第２インバータ３００ｂは第１インバータ３００ａから受信した制御信号を受信すると、受信したことを示す信号を第１インバータ３００ａに戻す。第１インバータ３００ａは第２インバータ３００ｂから受信した信号を蓄電池管理部３０に戻す。これにより、蓄電池管理部３０は、制御信号がインバータ３００に届いた否かを検出することができる。蓄電池管理部３０は、インバータ３００がデイジーチェーン接続された通信経路に制御信号を送信することで、インバータ３００の出力電力を制御する。

第１接点信号端子８０ａは、双方向パワーコンディショナ２０内の制御部２４と接続される接点信号用の端子である。第１接点信号端子８０ａは、第１インバータ３００ａと接続可能な端子である。ここで接点信号は、第１インバータ３００ａの動作を停止させるための外部停止信号として機能する。例えば日暮れ後等において第１太陽電池２００ａの発電が停止した場合、第１インバータ３００ａは、第１太陽電池２００ａの発電が停止したことを示す信号を、通信経路を介して蓄電池管理部３０に送信する。これは例えば、第１インバータ３００ａは、所定の時間（例えば３０分間）第１太陽電池２００ａの発電が停止しているか否かを監視し、発電の停止が継続している場合は日暮れとして検出することで実現できる。蓄電池管理部３０は、第１インバータ３００ａから日暮れを示す信号を受信した場合、制御部２４に接点信号を送信させる。

第２接点信号端子８０ｂは、第１接点信号端子８０ａとは異なる端子であるが、双方向パワーコンディショナ２０内の制御部２４と接続される接点信号用の端子である点で第１接点信号端子８０ａと共通する。第２接点信号端子８０ｂは、第２インバータ３００ｂと接続可能な端子である。制御部２４は、蓄電池管理部３０の制御の下、第２インバータ３００ｂに接点信号をアサートしたり、ネゲートしたりする。これにより、蓄電池管理部３０は、インバータ３００の動作の停止および再開を制御することができる。

なお、接点信号は、例えば制御部２４が双方向インバータ２２との間で通信エラーを検出した場合や、双方向インバータ２２の動作不良を検出した場合に、インバータ３００の動作を停止する場合等にも用いられる。この場合、制御部２４は、蓄電池管理部３０の制御に非依存に、自主的に接点信号をアサートする。また、蓄電池管理部３０は、インバータ３００がデイジーチェーン接続された通信経路の通信異常を検知した場合にも、制御部２４に接点信号を送信させる。蓄電池管理部３０は、インバータ３００の信号を受信しない場合、通信経路の通信異常として検知する。

実施の形態に係る蓄電装置１００は、系統連系運転モードまたは自立運転モードのいずれかの運転モードで運転される。系統連系運転モードは、系統電源４００からの電力供給がある場合、すなわち系統電源４００が通電中に、蓄電装置１００が選択する運転モードである。一方、自立運転モードは基本的に、系統電源４００の停電時に選択される運転モードである。

図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置１００の系統連系運転モードを説明するための図である。系統連系運転モードでは、図２に示すように、蓄電池管理部３０は第１スイッチ４２をオン、第２スイッチ４４をオフに制御し、第３スイッチ４６を第２スイッチ４４側ではなく系統電源４００側の端子に接続するよう制御する。系統連系モードでは系統電源４００、太陽電池２００、蓄電池１０が単一の交流電流路（図２において蓄電装置１００内の太線参照）を介して導通する。

蓄電装置１００が系統連系運転モードの場合、蓄電池１０を充電するときは、双方向インバータ２２は、第１スイッチ４２を介して供給される交流電力を直流電力に変換する。第１スイッチ４２は、系統連系運転モード時には系統電源４００とインバータ３００とに電気的に接続されているため、蓄電池１０は系統電源４００が供給する電力とインバータ３００の出力電力との少なくともいずれか一方の電力で充電される。

系統連系運転モードにて蓄電池１０から放電する場合、双方向パワーコンディショナ２０の双方向インバータ２２は、系統電源４００の周波数に同期した周波数および位相で交流電流路に電流を流す。すなわち、系統連系運転モードにおいては、双方向インバータ２２は系統電源４００と協働して運転する。特定負荷７００は、分電盤５００および第３スイッチ４６を介して系統電源４００から供給される交流電力を取得することができる。特定負荷７００はまた、第１スイッチ４２および第３スイッチ４６を介して、双方向インバータ２２から供給される蓄電池１０の電力を取得することもできる。特定負荷７００はさらに、第１電気接続端子６０ａを介して、第１太陽電池２００ａが発電した電力を取得することもできる。同様に、特定負荷７００は、第２電気接続端子６０ｂを介して、第２太陽電池２００ｂが発電した電力を取得することもできる。

図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置１００の自立運転モードを説明するための図である。図３に示すように、自立運転モードでは、蓄電池管理部３０は、第１スイッチ４２をオフ、第２スイッチ４４をオンに制御し、第３スイッチ４６を第２スイッチ４４側の端子に接続するように制御する。これにより、蓄電装置１００が自立運転モードとなると、太陽電池２００および蓄電池１０は、系統電源４００および一般負荷６００から電気的に切り離される。

自立運転モードにて蓄電池１０から放電する場合、双方向パワーコンディショナ２０の双方向インバータ２２は、系統電源４００から自立した周波数および位相で交流電流路に電流を流す。自立運転モードで形成される交流電流路（図３の蓄電装置１００内の太線参照）には特定負荷７００は電気的に接続されるが、一般負荷６００は電気的に遮断される。したがって系統電源４００の停電時に、特定負荷７００のみが、蓄電池１０に蓄えられた電力や太陽電池２００により発電された電力の供給を受ける。

以上、実施の形態に係る蓄電システム１の構成、および蓄電装置１００の系統連系運転モードと自立運転モードとの２つの運転モードについて説明した。次に、蓄電装置１００の各運転モードに特有の制御処理について説明する。

まず、蓄電装置１００が系統連系運転モードで運転時に実行される処理を説明する。

実施の形態に係る蓄電装置１００は、出力の最大値として規定される定格電力Ｐｒが定められている。限定しない例として、蓄電装置１００が系統連系運転モードで運転中の定格電力Ｐｒは２０［ｋＷ］である。また、限定はしないが、第１インバータ３００ａおよび第２インバータ３００ｂの出力電力の最大値は、それぞれ１１［ｋＷ］であり、蓄電池１０の最大放電電力は１０［ｋＷ］である。

いま、蓄電池１０の放電電力をＰｂ、第１インバータ３００ａの出力電力をＰ１、第２インバータ３００ｂの出力電力をＰ２、Ｐ１とＰ２との和である総和電力をＰｓとする。このとき、第１インバータ３００ａおよび第２インバータ３００ｂの出力電力の最大値はそれぞれ１１［ｋＷ］であり、蓄電池１０の最大放電電力は１０［ｋＷ］である。このため、総和電力Ｐｓと放電電力Ｐｂとの合計が、定格電力Ｐｒを上回ることも起こりうる。

そこで蓄電池管理部３０は、双方向パワーコンディショナ２０内の制御部２４を介して、双方向インバータ２２から蓄電池１０の放電電力Ｐｂを取得する。蓄電池管理部３０はまた、第１インバータ３００ａと第２インバータ３００ｂとをデイジーチェーン接続する通信経路を介して、第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２とを取得する。

蓄電池管理部３０は、蓄電装置１００内の図示しない記憶部から、系統連系運転モード時における蓄電装置１００の定格電力Ｐｒを取得する。蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の放電電力Ｐｂと第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２との総和が、統連系運転モード時における蓄電装置１００の定格電力Ｐｒを上回る場合、総和が定格電力Ｐｒとなるように、各電力を調整する。

具体的には、蓄電池管理部３０は、第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２との総和Ｐｓが所定の制御量ΔＰだけ増加するように、第１インバータ３００ａと第２インバータ３００ｂとの少なくともいずれか一方の出力電力の上限値を上昇させる。ここで「所定の制御量」とは、インバータ３００の出力電力の最大値を変更する際に、一度の操作で変更可能な量として定められた電力量である。ΔＰの値はインバータ３００の性能等を考慮して実験により定めればよいが、例えば０．５［ｋＷ］である。

蓄電池管理部３０は、インバータ３００の出力電力の最大値を変更すると、実際の制御に反映させるために、少なくとも３秒間は変更を待機する。蓄電池管理部３０は、インバータ３００の出力電力の最大値を、制御量ΔＰよりも大きな量の変更をする場合は、３秒経過後にさらに変更する。

蓄電池管理部３０は、例えば、第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１をＰ１＋ΔＰ／２に変更し、第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２をＰ２＋ΔＰ／２に変更する。これにより、第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２との総和Ｐｓは、Ｐｓ＋ΔＰに変更される。続いて蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の放電電力Ｐｂを、定格電力Ｐｒ−（Ｐｓ＋ΔＰ）に変更する。これにより、太陽電池２００の発電電力がＰｓ＋ΔＰ以上であれば、蓄電池１０の放電電力Ｐｂと第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２との総和は、定格電力Ｐｒと等しくなる。

ここで、太陽電池２００の発電電力が十分ある場合には、太陽電池２００の発電電力を利用し、蓄電池１０の電力の使用量を抑える方が、蓄電池１０の蓄電量を保持できるため好ましい。そこで蓄電池管理部３０は、上述した処理を繰り返す。これにより、インバータ３００の出力電力はΔＰずつ増加し、蓄電池１０の放電電力ＰｂはΔＰずつ減少する。蓄電池１０の放電電力Ｐｂが０に達するか、あるいは、第１インバータ３００ａの出力電力の上限値が第１太陽電池２００ａの発電可能な電力に達し、かつ第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値が第２太陽電池の発電可能な電力に達するか、のいずれかの条件を満たすまで、上記の処理を繰り返す。これにより、蓄電池１０の放電量を抑制することができる。

図４は、蓄電池１０の放電電力Ｐｂと、第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２との総和Ｐｓとの遷移を模式的に示す図である。図４に示すように、蓄電池管理部３０は、インバータ３００の出力電力の総和ＰｓをΔＰ増やす分、蓄電池１０の放電電流ＰｂをΔＰだけ減らす。この処理を繰り返すことで、蓄電池１０の放電電力Ｐｂを段階的に減少させることができる。

なお上記では、蓄電池管理部３０は、制御量ΔＰを蓄電装置１００に接続される太陽電池２００の数（すなわち２台）で除算した値を、それぞれ対応するインバータ３００に設定する出力電力の上限値に加算する場合について説明した。この他、蓄電池管理部３０は、ひとつのインバータ３００（例えば、第１インバータ３００ａ）の出力電力の上限値にΔＰを加算し、残りのインバータ３００（例えば、第２インバータ３００ｂ）の出力電力の上限値は変更しなくてもよい。インバータ３００の出力電力の総和Ｐｓを制御量ΔＰだけ増加させるのが目的だからである。

続いて、蓄電装置１００が自立運転モードで運転時に実行される処理を説明する。

蓄電装置１００が自立運転モードで運転しているとき、電力供給源は蓄電池１０および太陽電池２００であり、電力消費源は特定負荷７００である。蓄電装置１００が自立運転モードで運転しているとき、インバータ３００の出力電力の総和Ｐｓが特定負荷７００の電力消費を上回る場合、余った電力は蓄電池１０の充電に回される。特に、特定負荷７００における電力消費がなく、かつ蓄電池１０が満充電の場合には、インバータ３００の出力電力が消費できないため、蓄電池管理部３０はインバータ３００の出力を抑制し、太陽電池２００の発電を実質的に停止させる。

また、蓄電池１０が満充電でなくても、蓄電池１０を充電することができない場合もあり得る。一般に、蓄電池１０には、蓄電池１０の放電が許可される温度である放電許可温度範囲と、充電が許可される温度である充電許可温度範囲が定められている。ここで、例えば蓄電システム１が寒冷地で使用される場合には、蓄電池１０の温度が低く、充電や放電が許可されないことも起こりうる。

そこで蓄電池管理部３０は、双方向インバータ２２自立運転時において、太陽電池２００が発電する電力に余剰がある際に、蓄電池１０の温度が蓄電池１０に充電することが許可される充電許可温度を下回る場合、インバータ３００の出力電力の総和Ｐｓがヒータ５０で消費される電力だけとなるように、インバータ３００の出力電力を制御する。なお、蓄電池１０の温度は、蓄電池１０に備えられる図示しない温度センサから取得できる。

より具体的に、蓄電池管理部３０は、まずヒータ５０の消費電力Ｐｈを取得する。続いて蓄電池管理部３０は、取得した消費電力Ｐｈを蓄電装置１００に接続される太陽電池２００の数（図１に示す例では２台）で除算した値を、それぞれ対応するインバータ３００の出力電力の上限値として設定する。これにより、インバータ３００の出力電力は全てヒータ５０で消費されることになり、蓄電池１０が充電されることを抑制できる。

なお、ヒータ５０の消費電力Ｐｈは、ヒータ５０で実際に消費される電力の他、蓄電装置１００を動作するために最低限必要な待機電力も含む。待機電力には、例えば蓄電池管理部３０の動作に必要な電力や双方向インバータ２２の動作に必要な電力である。

ヒータ５０によって蓄電池１０が暖められ、蓄電池１０の温度が充電許可温度範囲に入った場合、蓄電池管理部３０はヒータ５０を停止する。蓄電池管理部３０はまた、蓄電池１０に定められた充電電流および充電電圧の範囲内となるように、インバータ３００の出力電力の上限値を設定する。これにより、太陽電池２００で発電された電力で蓄電池１０を充電することができる。

図５は、実施の形態に係る蓄電池管理部３０が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば蓄電装置１００が起動したときに開始する。

蓄電池管理部３０は、双方向パワーコンディショナ２０内の制御部２４に問い合わせ、双方向インバータ２２の動作モードを取得する（Ｓ２）。双方向インバータ２２の動作モードが系統連系運転モードの場合（Ｓ４の系統連系）、蓄電池管理部３０は系統連系運転時の制御を実行する（Ｓ６）。双方向インバータ２２の動作モードが自立運転モードの場合（Ｓ４の自立）、蓄電池管理部３０は自立運転時の制御を実行する（Ｓ８）。

図６は、実施の形態に係る蓄電装置１００が系統連系運転モードにおいて、蓄電池管理部３０が実行する処理の流れを説明するフローチャートであり、図５におけるステップＳ６を詳細に説明する図である。

蓄電池管理部３０は、系統連系運転モード時における蓄電装置１００の定格電力Ｐｒを取得する（Ｓ１０）。蓄電池管理部３０は、通信経路を介して、第１インバータ３００ａの出力電力の上限値Ｍ１を初期化する（Ｓ１１）。蓄電池管理部３０はまた、通信経路を介して、第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値Ｍ２を初期化する（Ｓ１２）。具体例としては、蓄電池管理部３０は、上限値Ｍ１および上限値Ｍ２を初期化するために、それぞれ０．５［ｋＷ］に設定する。

蓄電池管理部３０は通信経路を介して第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１を取得する（Ｓ１３）。蓄電池管理部３０はまた、通信経路を介して第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２を取得する（Ｓ１４）。蓄電池管理部３０はさらに、制御部２４を介して双方向インバータ２２がＤＣ／ＡＣ変換している蓄電池１０の放電電力Ｐｂを取得する（Ｓ１５）。

蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の放電電力Ｐｂを、Ｐｒ−（Ｍ１＋Ｍ２−ΔＰ）に設定する（Ｓ１６）。蓄電池管理部はまた、第１インバータ３００ａの出力電力の上限値Ｍ１を、Ｐ１＋ΔＰ／２に設定する（Ｓ１７）。蓄電池管理部３０はさらに、第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値Ｍ２を、Ｐ２＋ΔＰ／２に設定する（Ｓ１８）。

蓄電池１０の放電が終了しない間は（Ｓ１９のＮ）、ステップ１３に戻ってステップ１３〜ステップ１８の処理を継続する。蓄電池１０の放電が終了する（Ｓ１９のＹ）と、本フローチャートにおける処理は終了する。

図７は、実施の形態に係る蓄電装置１００が自立運転モードにおいて、蓄電池管理部３０が実行する処理の流れを説明するフローチャートであり、図５におけるステップＳ８を詳細に説明する図である。なお、蓄電装置１００の運転モードが自立運転モードに遷移すると、蓄電池管理部３０は、第１インバータ３００ａの出力電力の上限値Ｍ１と第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値Ｍ２とを初期化するために、それぞれ例えば０．５［ｋＷ］に設定する。

蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の充電量を取得する（Ｓ２８）。蓄電池１０が満充電でない場合（Ｓ３０のＮ）、蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の温度を取得する（Ｓ３２）。蓄電池１０の温度が充電許可温度未満の場合（Ｓ３４のＮ）、蓄電池管理部３０は、ヒータ５０の消費電力Ｐｈを取得する（Ｓ３６）。蓄電池管理部３０は第１インバータ３００ａの出力電力の上限値Ｍ１と第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値Ｍ２とを設定する（Ｓ３８）。蓄電池管理部３０は、ヒータ５０の動作が停止している場合にはヒータ５０の動作を開始する（Ｓ４０）。蓄電池１０の温度が充電許可温度に達するまで、蓄電池管理部３０は、ステップＳ３２からステップＳ４０の処理を繰り返す。

ここで蓄電池管理部３０は、以下の処理を実行することで、第１インバータ３００ａの出力電力の上限値Ｍ１と第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値Ｍ２とを設定する。すなわち、蓄電池管理部３０は、上限値Ｍ１を（Ｐｈ−Ｐ１−Ｐ２）／２＋Ｐ１に設定し、上限値Ｍ２を（Ｐｈ−Ｐ１−Ｐ２）／２＋Ｐ２に設定する。この動作を繰り返すことにより、いわば漸化式のように、Ｐ１とＰ２との合計がＰｈと一致するようにＭ１とＭ２とが設定される。なお、上記の２式は、Ｍ１＝（Ｐｈ＋Ｐ１−Ｐ２）／２、Ｍ２＝（Ｐｈ−Ｐ１＋Ｐ２）／２と変形することもできる。

蓄電池１０の温度が充電許可温度以上の場合（Ｓ３４のＹ）、蓄電池管理部３０は、ヒータ５０が動作中であれば動作を停止する（Ｓ４２）。続いて蓄電池管理部３０は、蓄電池１０に定められた充電電流および充電電圧の範囲内となるように、インバータ３００の出力電力の上限値を設定する（Ｓ４４）。蓄電池管理部３０は、制御部２４に指示して、双方向インバータ２２に太陽電池２００で発電された電力で蓄電池１０を充電させる（Ｓ４６）。

蓄電池１０が満充電の場合（Ｓ３０のＹ）、蓄電池管理部３０は、インバータ３００の出力電力を絞り、実質的に太陽電池２００の発電を禁止する（Ｓ４８）。蓄電池管理部３０が太陽電池２００の発電を禁止するか、太陽電池２００が発電した電力で蓄電池１０の充電を開始すると、本フローチャートにおける処理は終了する。

以上説明したように、実施の形態に係る蓄電装置１００によれば、再生可能エネルギーをもとに発電された電力の利用可能な量を増加させることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上記の説明では、蓄電装置１００が自立運転モードにおいて、蓄電池１０が満充電か否かに応じて実行する制御処理を説明した。この他に、蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の温度、充電電圧の大きさ、および充電電流の大きさを定常監視し、それらの値が大きくなりすぎないように、インバータ３００の出力電力の上限値を抑制してもよい。

例えば、蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の充電電圧を監視し、充電電圧が所定の上限電圧（例えば４．１［Ｖ］）を超過した場合、太陽電池２００の発電を停止させる。その後、蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の充電電圧が所定の電圧範囲（例えば４．０２［Ｖ］〜４．０４［Ｖ］）に収まるように、インバータ３００の出力電力の上限値を設定する。これにより、蓄電池１０が過電圧となることを抑制できる。

別の例として、蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の温度および充電電流を監視し、蓄電池１０の温度が充電を禁止すべき充電禁止温度の場合、以下の処理を実行する。すなわち、蓄電池１０の温度が充電禁止温度の場合、かつ蓄電池１０の充電電流が所定の上限電流（例えば１６［Ａ］）を超過した場合、蓄電池管理部３０は、太陽電池２００の発電を停止させる。その後、蓄電池管理部３０は、蓄電池１０の充電電流が所定の充電電流範囲（例えば１１［Ａ］〜１３［Ａ］）に収まるように、インバータ３００の出力電力の上限値を設定する。これにより、蓄電池１０が過電流となることを抑制できる。

ここで、蓄電池１０の充電電流が充電電流範囲のうちどの値となるように設定するかは、蓄電池管理部３０や双方向パワーコンディショナ２０、ヒータ５０、および図示しないファン等で消費する消費電力に応じて変更する。この消費電力は温度によって異なってもよい。

上記の説明では、蓄電池管理部３０が、電源切替部４０の動作を制御する場合について説明した。これに代えて、双方向パワーコンディショナ２０の制御部２４が、電源切替部４０の動作を制御するようにしてもよい。あるいは、蓄電池管理部３０や制御部２４とはことなる別の装置が、電源切替部４０の動作を制御するようにしてもよい。

上記の説明では、蓄電池管理部３０は、制御量ΔＰを蓄電装置１００に接続されている太陽電池２００の数で除算した値を、それぞれ対応するインバータ３００に設定する出力電力の上限値に加算する場合について説明した。ここで、仮に蓄電装置１００に５台の太陽電池２００が接続されているが、そのうち２台の太陽電池２００は、例えば日暮れや影の下に入ったため発電できなかったり、何らかの原因で故障していて発電できなかったりする場合を考える。このとき、蓄電装置１００に接続されている太陽電池２００のうち、発電している太陽電池の数は３台となる。この場合、蓄電池管理部３０は、蓄電装置１００に接続されている太陽電池２００のうち、少なくとも発電中の太陽電池２００の数（上記の例では３以上の数）で、制御量ΔＰを除算するようにしてもよい。なお、蓄電池管理部３０は、太陽電池２００が発電中であるか否かは、上述した日暮れを示す信号や、デイジーチェーン接続された通信経路の通信異常を検知することによって検知することができる。

なお、実施の形態は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［項目１］
蓄電池１０と、
直流側端子と交流側端子とを有し、前記蓄電池１０を直流側端子に接続する双方向インバータ２２と、
再生可能エネルギーをもとに発電する第１発電装置に接続された第１インバータ３００ａの交流側端子と接続可能な第１電気接続端子６０ａと、
前記第１発電装置とは別の第２発電装置に接続された第２インバータ３００ｂの交流側端子と接続可能な第２電気接続端子６０ｂと、
前記双方向インバータの交流側端子と、前記第１電気接続端子６０ａと、前記第２電気接続端子６０ｂとを導通させるための交流電流路とを備え、
前記第１電気接続端子６０ａと前記第２電気接続端子６０ｂとは、前記交流電流路に並列接続されることを特徴とする蓄電装置１００。
これにより、蓄電装置１００は、再生可能エネルギーである太陽光をもとに発電する発電装置である太陽電池２００を複数台設置できる。したがって、発電装置が１台の場合と比較して、再生可能エネルギーをもとに発電された電力の利用可能な量を増加することができる。
［項目２］
前記蓄電池１０の充放電と、前記第１インバータ３００ａの出力電力の上限値と、前記第２インバータ３００ｂの出力電力の上限値とを制御する蓄電池管理部３０と、
前記蓄電池管理部３０に接続された通信接続端子７０とをさらに備え、
前記通信接続端子７０は、前記第１インバータ３００ａと前記第２インバータ３００ｂとを数珠つなぎに一列にデイジーチェーン接続された制御信号の通信経路に接続可能であることを特徴とする項目１に記載の蓄電装置１００。
これにより、蓄電池管理部３０は、第１インバータ３００ａの出力電力と第２インバータ３００ｂの出力電力とを制御することができる。
［項目３］
前記交流電流路は系統電源４００とも導通し、
前記双方向インバータ２２が前記系統電源４００と協働で動作する系統連系運転時において、前記蓄電池１０が放電する放電電力Ｐｂと、前記第１インバータ３００ａの出力電力Ｐ１と、前記第２インバータ３００ｂの出力電力Ｐ２との総和電力Ｐｓが、前記蓄電装置１００に定められた定格電力Ｐｒを上回る場合、前記蓄電池管理部３０は、
（１）出力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２との合計が制御量ΔＰだけ増加するように、前記第１インバータ３００ａと前記第２インバータ３００ｂとの少なくともいずれか一方の出力電力の上限値を上昇させ、（２）出力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２と制御量ΔＰとの総和を定格電力Ｐｒから減算した値を、放電電力Ｐｂとして設定する電力制御処理を実行することを特徴とする項目２に記載の蓄電装置１００。
これにより、蓄電池１０の放電電力とインバータ３００の出力電力との総和を、蓄電装置１００の定格電力の範囲内に押さえることができる。また蓄電池１０の放電電力を抑え、蓄電池１０の蓄電量を維持することができる。
［項目４］
前記蓄電池管理部３０は、
制御量ΔＰを前記蓄電装置１００に接続されている発電装置のうち、少なくとも発電している発電装置の数で除算した値を、それぞれ対応するインバータ３００に設定する出力電力の上限値に加算することを特徴とする項目３に記載の蓄電装置１００。
これにより、ひとつひとつのインバータ３００の出力電力の上限値の変更は小さくなるため、応答速度を向上させることができる。また、何らかの原因であるインバータ３００の出力電力の上限値が変更されなくても、少なくとも他のインバータ３００の出力電力の上限値は変更できるので、一定の効果を担保することもできる。
［項目５］
前記双方向インバータ２２から電力を供給されて動作し、前記蓄電池１０を暖めるヒータ５０をさらに備え、
前記双方向インバータ２２が前記系統電源４００から自立して動作する自立運転時において、前記蓄電池１０の温度が当該蓄電池１０に充電することが許可される充電許可温度を下回る場合、前記蓄電池管理部３０は、
前記蓄電装置に接続される各インバータの出力電力の総和が、前記ヒータの消費電力Ｐｈとなるように、各インバータの出力電力の上限値を設定することを特徴とする項目３または４に記載の蓄電装置１００。
これにより、インバータ３００の出力電力は全てヒータ５０で消費されるため、充電が許可されない蓄電池１０が充電されることを抑制できる。

１蓄電システム、１０蓄電池、２０双方向パワーコンディショナ、２２双方向インバータ、２４制御部、３０蓄電池管理部、４０電源切替部、４２第１スイッチ、４４第２スイッチ、４６第３スイッチ、５０ヒータ、６０ａ第１電気接続端子、６０ｂ第２電気接続端子、７０通信接続端子、８０ａ第１接点信号端子、８０ｂ第２接点信号端子、１００蓄電装置、２００太陽電池、３００インバータ、４００系統電源、５００分電盤、６００一般負荷、７００特定負荷。

Claims

蓄電池と、
直流側端子と交流側端子とを有し、前記蓄電池を直流側端子に接続する双方向インバータと、
再生可能エネルギーをもとに発電する第１発電装置に接続された第１インバータの交流側端子と接続可能な第１電気接続端子と、
前記第１発電装置とは別の第２発電装置に接続された第２インバータの交流側端子と接続可能な第２電気接続端子と、
前記双方向インバータの交流側端子と、前記第１電気接続端子と、前記第２電気接続端子とを導通させるための交流電流路と、
前記蓄電池の充放電と、前記第１インバータの出力電力の上限値と、前記第２インバータの出力電力の上限値とを制御する蓄電池管理部とを備え、
前記第１電気接続端子と前記第２電気接続端子とは、前記交流電流路に並列接続され、
前記交流電流路は系統電源とも導通し、
前記双方向インバータが前記系統電源と協働で動作する系統連系運転時において、前記蓄電池が放電する放電電力Ｐｂと、前記第１インバータの出力電力Ｐ１と、前記第２インバータの出力電力Ｐ２との総和電力Ｐｓが、本蓄電装置に定められた定格電力Ｐｒを上回る場合、前記蓄電池管理部は、
（１）出力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２との合計が制御量ΔＰだけ増加するように、前記第１インバータと前記第２インバータとの少なくともいずれか一方の出力電力の上限値を上昇させ、（２）出力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２と制御量ΔＰとの総和を定格電力Ｐｒから減算した値を、放電電力Ｐｂとして設定する電力制御処理を実行することを特徴とする蓄電装置。
前記蓄電池管理部に接続された通信接続端子とをさらに備え、
前記通信接続端子は、前記第１インバータと前記第２インバータとを数珠つなぎに一列にデイジーチェーン接続された制御信号の通信経路に接続可能であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記蓄電池管理部は、
制御量ΔＰを、前記蓄電装置に接続されている発電装置のうち、少なくとも発電している発電装置の数で除算した値を、それぞれ対応するインバータに設定する出力電力の上限値に加算することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
前記双方向インバータから電力を供給されて動作し、前記蓄電池を暖めるヒータをさらに備え、
前記双方向インバータが前記系統電源から自立して動作する自立運転時において、前記蓄電池の温度が当該蓄電池に充電することが許可される充電許可温度を下回る場合、前記蓄電池管理部は、
前記蓄電装置に接続される各インバータの出力電力の総和が、前記ヒータの消費電力Ｐｈとなるように、各インバータの出力電力の上限値を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電装置。