JP6456153B2 - 電力制御装置、充放電制御方法およびプログラム - Google Patents
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Description
加えて、各家庭(各施設)における電気の使用状況は様々である。例えば、昼間に在宅しない共稼ぎの家庭では、昼間の使用電力はほとんどなく夜間に多くなる。一方、夜更かししない高齢者夫婦の家庭では、昼間の電気使用が多くなる。更に、オール電化の住宅などでは、冷暖房に電気が使用されるため、夏と冬とで電力使用量の傾向が異なる。
これらのことから、時間帯別電気料金の適用下において、各家庭の使用状況に応じた最適な蓄電池の活用方法が求められていた。
このことから、蓄電池の充放電の切換時には、その蓄電池のエネルギー効率に応じた制御を行うことが求められていた。
外部から供給される電力が充電される蓄電池の残量を取得する充電残容量取得手段と、
外部負荷へ供給され、前記外部負荷が使用する電力量を取得する使用電力量取得手段と、
前記充電残容量取得手段で取得した前記蓄電池の残量と、前記使用電力量取得手段で取得した前記外部負荷が使用する電力量とから、前記蓄電池が放電を継続可能な時間を算出する放電時間算出手段と、
時間帯別に定められた電気料金を規定する料金テーブルに従って、現時間帯における電気料金を算出する料金算出手段と、
前記料金テーブルに従って、前記放電時間算出手段で算出した前記蓄電池が放電を継続可能な時間帯のうちで、最低料金の時間帯を特定し、当該特定した時間帯に前記蓄電池の充電を行った場合における加算電気料金を算出する加算料金算出手段と、
前記加算料金算出手段で算出した前記加算電気料金が、前記料金算出手段で算出した現時間帯における電気料金よりも安い場合、前記特定した時間帯までの期間、前記外部から供給される電力を前記蓄電池に充電しないよう制御する制御手段と、
を備える。
また、以下では、電力貯蔵・給電装置と制御装置とが別機器(別々の装置)である場合について説明するが、後述するように、電力貯蔵・給電装置と制御装置とが1つの機器(例えば、電力制御装置)として構成されてもよい。また、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。
図1は、本発明の実施形態1に係る電力貯蔵・給電装置1、及び、制御装置2の構成を説明するためのブロック図である。なお、図1において、実線の矢印は、電力線を示しており、一方、点線の矢印は、制御線や信号線を示している。また、電力貯蔵・給電装置1と負荷4とを結ぶ電力線には、電力計測部3(例えば、CT:Current Transformer等)が設置されている。
電力貯蔵・給電装置1は、商用電源系統からの電力を負荷4(例えば、家電機器等)に給電可能であると共に、蓄電池13に電力を蓄える機能と、蓄電池13からの電力を負荷4に給電する機能とを有している。そして、制御装置2は、電力貯蔵・給電装置1を制御して、電気料金(電力使用料金)の低減を図る。これら電力貯蔵・給電装置1と制御装置2とが協業して、本発明の電力制御装置として機能する。以下、それぞれの装置について説明する。
AC−DC変換部12は、変換したDC電源を蓄電池13に供給する。
DC−AC逆変換部15は、変換したAC電源を電力切換部16を通じて、負荷4に給電する。
より詳細に制御部21は、上述した充電切換部11を制御して、蓄電池13に充電するか充電しないかを切り換える。また、制御部21は、上述した電力切換部16を制御して、負荷4への給電を、商用電源系統からの電力、又は、蓄電池13からの電力に切り換える。
例えば、記憶部22は、蓄電池13について、蓄電可能な最大容量や、停電時に備えた下限容量(蓄電容量下限)等の情報を記憶する。また、記憶部22は、AC−DC変換部12の変換効率、蓄電池13の充放電効率、及び、DC−AC逆変換部15の変換効率等の情報を記憶する。
更に、記憶部22は、時間帯別の電気料金を規定した電気料金テーブルや、蓄電池13の充放電スケジュール等も記憶する。
そのため、記憶部22は、例えば、図3に示すような電気料金テーブル221を記憶する。この電気料金テーブル221には、使用電力量に応じた電気料金が、時間帯別に規定されている。
そのため、一日の使用電力量が、例えば、図4のように変化する場合、電気料金は、図5に示すような時間帯毎の電気料金の総和となる。
なお、少しの電力量の差で料金が大きく異なる場合、上述した蓄電によるエネルギー利用効率ηを考慮しないと、電気料金が割安になるかどうかを判断することができない。更に、電力使用量は、日々変化するので蓄電池13にいつ充電するのが最適かを、電力使用者が予め設定しておくことは難しい。そのため、図6に示す充放電スケジュール222において、空欄が生じている。
例えば、演算部23は、電力貯蔵・給電装置1(充電残容量検出部14)から得られる蓄電池13の充電残容量Taと、電力計測部3から得られる負荷4への供給電力量(つまり、使用電力量Pa)と、記憶部22に記憶された電気料金テーブル221及び蓄電池13についての情報(変換充電効率η1、放電逆変換効率η2、最大容量Tmax、及び、下限容量Tmin)と、を元に蓄電池13の充放電制御を決定する。
なお、電力計測部3から得られる使用電力量Paが瞬間的な電力量である場合は、演算部23において定期的に電力量を取得して一定期間(例えば、10〜30分間等)の平均電力量を使用電力量Paとすることで、一時的な変動要因を取り除くことができる。
このような演算部23は、例えば、CPU(Central Processing Unit),ROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory)など(何れも図示せず)を備え、制御装置2全体(機能的には、電力貯蔵・給電装置1)を制御する。より詳細には、CPUが、RAMをワークメモリとして用い、例えば、ROMに記憶されている各種プログラム(後述する充放電制御処理のプログラムなど)を適宜実行する。
例えば、電力使用者は、操作部25から、記憶部22に記憶するための情報を入力したり、記憶部22に記録された情報を書き換えるための指示を入力する。また、電力使用者は、操作部25から、蓄電池13の使用可否について、切換指示なども入力する。
すなわち、制御部21は、充電切換部11を制御し、商用電源から給電された電力(AC電源)を、AC−DC変換部12を経由して蓄電池13に供給させる。
そして、制御装置2は、充放電制御処理を終える。
すなわち、演算部23は、充電残容量検出部14から得られる蓄電池13の充電残容量Taを取得する。
すなわち、演算部23は、電力計測部3から得られる負荷4への供給電力量(つまり、使用電力量Pa)を取得する。
すなわち、演算部23は、充電残容量Taと使用電力量Paとの関係で、放電を継続したとした場合に、蓄電池13の残量が下限容量Tminに至るまでの時間taを算出する。
具体的に演算部23は、充電残容量Ta、使用電力量Pa、下限容量Tmin、及び、放電逆変換効率η2を用いて、以下の数式1による計算を行い、時間taを算出する。
ta=(Ta−Tmin)×η2/Pa
すなわち、演算部23は、記憶部22に記憶されている電気料金テーブル(図3に示す電気料金テーブル221)を参照し、現在時刻から時間taまでに至る時間帯のうちで、最小電気料金の時間帯を特定する。
なお、最小電気料金の時間帯を特定する際に、充放電スケジュール222を参照し、既に充電することが設定されている時間帯を比較対象から外すことで重複設定を防ぐことができる。
具体的に、演算部23は、図8に示すように、まず、現時間帯の電気料金Caを算出し、次に、時間taまでの最小電気料金の時間帯において、蓄電池13に充電するために必要な加算電気料金Cupを算出する。
なお、加算電気料金Cupの算出において、演算部23は、蓄電池13に充電するために必要な電力量を、使用電力量Paに対して充電変換効率η1と放電逆変換効率η2とを考慮し、Pa/(η1×η2)の電力量とする。これにより、蓄電池13の性能に合わせた加算電気料金Cupを算出することが可能になる。
すなわち、制御部21は、電力切換部16を制御して、負荷4に対して給電するための電力を蓄電池13側に切り換える。つまり、蓄電池13からの電力(DC−AC逆変換部15で変換して得られた電力)が、負荷4に給電されるようにする。
具体的に、演算部23は、記憶部22に記憶された充放電スケジュール222を読み出し、上述した図8の加算電気料金Cupを算出した時間帯と同じ時間帯に、「充電」を設定して更新する。
そして、制御装置2は、充放電制御処理を終える。
すなわち、制御部21は、電力切換部16を制御して、負荷4に対して給電するための電力を商用電源系統側に切り換える。つまり、商用電源からの電力が、負荷4に給電されるようにする。
そして、制御装置2は、充放電制御処理を終える。
上記の実施形態1では、図7の充放電制御処理のステップS106において、蓄電池13から放電を継続した場合における、下限容量Tminに至るまでの時間taを算出している。これは、蓄電池13の充電残容量Taが、下限容量Tminよりも大きく、負荷4に電力を供給できることを前提としている。それでも、現実には、充電残容量Taが少なく、負荷4に電力を供給できない(下限容量Tminを下回ってしまう)場合も生じ得る。
そのため、図9に示す充放電制御処理のように、一部の処理を変更してもよい。以下、変更点(ステップS201,S202)について、簡単に説明する。
例えば、演算部23は、電力計測部3から得られる使用電力量Paを、時間帯毎に1年分以上記憶部22に蓄積(記録)することで、電力使用者の時間帯別の電力使用履歴を管理する。そして、演算部23は、電力使用履歴に基づいて、当日における時間帯別の電力使用量を予測する。
より具体的に説明すると、上述した図7や図9の充放電制御処理のステップS108にて、加算電気料金Cupを算出する際に、演算部23は、電力使用履歴に基づいた予測値を使用する。これにより、夏や冬などの季節の違いによって使用電力量が異なるような場合でも、時間帯毎の使用電力量の変化をより正確に推定でき、より精度の高い効率的な蓄電池13の充放電制御が可能となる。
上記の実施形態1では、蓄電池13には商用電源だけから充電する場合について説明したが、太陽光発電、風力発電、及び、ガス発電といった発電装置を用いて、蓄電池13に充電するようにしてもよい。
以下、本発明の実施形態2について図面を参照して簡単に説明する。
なお、充電切換部17を除く構成(AC−DC変換部12〜電力切換部16)は、実施形態1の電力貯蔵・給電装置1と同様である。
なお、演算部26を除く構成(制御部21、記憶部22、計時部24、及び、操作部25)は、実施形態1の制御装置2と同様である。それでも、記憶部22は、図12に示すような充放電スケジュール223を記憶する。
また、演算部26は、蓄電池13が電力供給(放電)しておらず、かつ、充電可能な状態(満充電でない状態)である場合(電力計測部6からも電力量が得られている場合)に、発電装置5からの電力を蓄電池13に供給するように制御部21に指示する。
このように、蓄電池13への充放電を、図12の充放電スケジュール223のように制御することで、発電装置5に接続可能な電力貯蔵・給電装置1にも本発明による蓄電池13の有効活用が適用できる。更に、発電装置5が発電可能で蓄電池13が充電可能な時間帯に充電するため、太陽光発電や風力発電といった出力変動の大きな発電装置5にも適用でき、再生エネルギーをより利用し易くなる。
また、上記の実施形態では、電力貯蔵・給電装置1と制御装置2とが別機器である場合について説明したが、電力貯蔵・給電装置1と制御装置2とが1つの機器(例えば、電力制御装置)として構成されてもよい。
また、本発明は、上述の実施形態および図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で実施形態および図面に変更を加えることができるのはもちろんである。
Claims (7)
- 外部から供給される電力が充電される蓄電池の残量を取得する充電残容量取得手段と、
外部負荷へ供給され、前記外部負荷が使用する電力量を取得する使用電力量取得手段と、
前記充電残容量取得手段で取得した前記蓄電池の残量と、前記使用電力量取得手段で取得した前記外部負荷が使用する電力量とから、前記蓄電池が放電を継続可能な時間を算出する放電時間算出手段と、
時間帯別に定められた電気料金を規定する料金テーブルに従って、現時間帯における電気料金を算出する料金算出手段と、
前記料金テーブルに従って、前記放電時間算出手段で算出した前記蓄電池が放電を継続可能な時間帯のうちで、最低料金の時間帯を特定し、当該特定した時間帯に前記蓄電池の充電を行った場合における加算電気料金を算出する加算料金算出手段と、
前記加算料金算出手段で算出した前記加算電気料金が、前記料金算出手段で算出した現時間帯における電気料金よりも安い場合、前記特定した時間帯までの期間、前記外部から供給される電力を前記蓄電池に充電しないよう制御する制御手段と、
を備える電力制御装置。 - 外部から供給される電力を、蓄電池へ充電させるか否かを切り換える充電切換手段と、
外部負荷へ供給する電力を、前記外部からの電力、又は、前記蓄電池から放電した電力に切り換える電力切換手段と、
前記蓄電池の残量及び性能と、現在又は予測される使用電力量と、時間帯別に定められた電気料金とに基づいて、前記充電切換手段及び前記電力切換手段を制御して、前記蓄電池の充放電を行う制御手段と、
時間帯別に定められた電気料金を規定する料金テーブルに従って、現時間帯における電気料金を算出する料金算出手段と、
前記料金テーブルに従って、前記蓄電池が放電可能な時間内の時間帯のうちで、最低料金の時間帯を特定し、当該特定した時間帯に前記蓄電池の充電を行った場合における加算電気料金を算出する加算料金算出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記加算料金算出手段が算出した前記加算電気料金が、前記料金算出手段が算出した現時間帯における電気料金よりも安い場合、前記特定した時間帯までの期間、前記外部から供給される電力を前記蓄電池に充電しないよう前記充電切換手段を制御する、
電力制御装置。 - 過去の使用電力量を管理する電力使用履歴を記憶する電力使用履歴記憶手段を更に備え、
前記加算料金算出手段は、前記電力使用履歴に基づいて予測した使用電力量を用いて、前記加算電気料金を算出する、
請求項1又は2に記載の電力制御装置。 - 前記蓄電池の充放電を規定する充放電スケジュールを記憶する充放電スケジュール記憶手段を更に備え、
前記制御手段は、算出された前記電気料金と前記加算電気料金との関係に従って、前記充放電スケジュールを更新し、更新後の前記充放電スケジュールに従って、前記蓄電池の充放電を行う、
請求項1から3の何れか1項に記載の電力制御装置。 - 前記外部から供給される電力には、太陽光発電、風力発電、及び、ガス発電の何れかを含む発電装置からの電力が含まれる、
請求項1から4の何れか1項に記載の電力制御装置。 - 外部から供給される電力が充電される蓄電池の残量を取得する充電残容量取得ステップと、
外部負荷へ供給され、前記外部負荷が使用する電力量を取得する使用電力量取得ステップと、
前記充電残容量取得ステップで取得した前記蓄電池の残量と、前記使用電力量取得ステップで取得した前記外部負荷が使用する電力量とから、前記蓄電池が放電を継続可能な時間を算出する放電時間算出ステップと、
時間帯別に定められた電気料金を規定する料金テーブルに従って、現時間帯における電気料金を算出する料金算出ステップと、
前記料金テーブルに従って、前記放電時間算出ステップで算出した前記蓄電池が放電を継続可能な時間帯のうちで、最低料金の時間帯を特定し、当該特定した時間帯に前記蓄電池の充電を行った場合における加算電気料金を算出する加算料金算出ステップと、
前記加算料金算出ステップで算出した前記加算電気料金が、前記料金算出ステップで算出した現時間帯における電気料金よりも安い場合、前記特定した時間帯までの期間、前記外部から供給される電力を前記蓄電池に充電しないよう制御する充電切換ステップと、
を備える充放電制御方法。 - コンピュータに、
外部から供給される電力が充電される蓄電池の残量を取得する充電残容量取得ステップ、
外部負荷へ供給され、前記外部負荷が使用する電力量を取得する使用電力量取得ステップ、
前記充電残容量取得ステップで取得した前記蓄電池の残量と、前記使用電力量取得ステップで取得した前記外部負荷が使用する電力量とから、前記蓄電池が放電を継続可能な時間を算出する放電時間算出ステップ、
時間帯別に定められた電気料金を規定する料金テーブルに従って、現時間帯における電気料金を算出する料金算出ステップ、
前記料金テーブルに従って、前記放電時間算出ステップで算出した前記蓄電池が放電を継続可能な時間帯のうちで、最低料金の時間帯を特定し、当該特定した時間帯に前記蓄電池の充電を行った場合における加算電気料金を算出する加算料金算出ステップ、
前記加算料金算出ステップで算出した前記加算電気料金が、前記料金算出ステップで算出した現時間帯における電気料金よりも安い場合、前記特定した時間帯までの期間、前記外部から供給される電力を前記蓄電池に充電しないよう制御する充電切換ステップ、
を実行させるためのプログラム。
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WO2022043100A1 (de) * | 2020-08-27 | 2022-03-03 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vorrichtung und verfahren zur ermittlung der gesamtenergiemenge für einen ladevorgang |
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