JP6753469B2 - 蓄電装置及び電源システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置及び電源システムに関する。
本出願は、２０１６年９月１２日出願の日本出願第２０１６−１７７７１６号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

太陽光発電等の発電設備と、蓄電池とを併用する電源システムは、既に数多く提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。例えば、一般家庭のような小規模の需要家でも、太陽光発電設備のみならず、蓄電池を備えることにより、できるだけ商用電力系統に依存しない電力供給のあり方が考えられている。また、太陽光発電設備を設置しなくても、蓄電池を設置することで、ピークシフトに対応でき、かつ、電力量単価の割安な夜間時間の電力を有効に利用することができる。このような電力用の蓄電池としては、一般に、リチウムイオン電池が使用されている。

特開２００４−１８０４６７号公報 特開２０１２−１３９０１９号公報 特開２０１３−５５８４号公報 特開２０１３−１７２４９５号公報

本発明は、一表現によれば、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備えている蓄電装置である。

また、本発明は、他の表現によれば、商用電力系統が接続される交流電路と、前記交流電路に接続される、需要家における負荷と、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルの出力を交流の発電電力に変換して前記交流電路に送り込むパワーコンディショナと、前記交流電路に接続され系統連系する蓄電装置と、を備える電源システムであって、前記蓄電装置は、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備えている電源システムである。

電源システムの回路構成を示す単線接続図である。 電源システムの他の回路構成を示す単線接続図である。 電源システムのさらに他の回路構成を示す単線接続図である。 多数の需要家の合計としての、１日（平日）の消費電力の変化の一例を表すグラフである。 太陽光発電が無い場合の蓄電池の充放電と電力供給の一例を示す図である。 太陽光発電がある場合の蓄電池の充放電と電力供給の一例を示す図である。 図５，図６に示したような蓄電装置の使い方をする場合の、制御部が双方向インバータに対して行う動作のフローチャートの一例である。 図１のような太陽光発電を有する電源システムにおいて、昼間にも充電を行う場合の、蓄電池の充放電と電力供給の一例を示す図である。 図８に示したような蓄電装置の使い方をする場合の、制御部が双方向インバータに対して行う動作のフローチャートの一例である。 比較のために、従来の蓄電装置における１日の充放電の一例を示すグラフである。 太陽光発電を有しない電源システムにおける蓄電装置の１日の充放電の一例を示すグラフである。 太陽光発電を有し、売電優先の場合の、電源システムにおける蓄電装置の１日の充放電の一例を示すグラフである。 太陽光発電を有し、自家消費優先の場合の、電源システムにおける蓄電装置の１日の充放電の一例を示すグラフである。 太陽光発電を有し、自家消費優先の場合の、電源システムにおける蓄電装置の１日の充放電の他の例を示すグラフである。 電力量料金単価が１日に３種類ある場合の、例えば太陽光発電を有しない電源システムにおける蓄電装置の１日の充放電の一例を示すグラフである。

［本開示が解決しようとする課題］
電力用の蓄電池は、家庭用としては未だ高価な製品であり、蓄電容量を大きくするほどさらに高価となる。そのため、平均的な需要家の消費電力を考慮して、蓄電容量が小容量（例えば３ｋＷｈ程度）の蓄電池を充分に活用することが、コストパフォーマンスの観点からは好ましいと考えられる。

一方、かかる小容量の蓄電池は、夜間に充電を開始すると、早々に満充電となる傾向にある。満充電で電圧が高い状態のまま次の放電機会まで待機すると、電池内部の構成材料が変質し易く、そのため、寿命が短くなる。価格に配慮して小容量の蓄電池を採用しても、結果的に寿命が短くては、高価であることと大差が無い。

かかる従来の問題点に鑑み、本開示は、電力用の蓄電池を、使い方の工夫によって、できるだけ長く使用することができるようにすることを目的とする。

［本開示の効果］
本開示によれば、蓄電池の長寿命化を実現することができる。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）これは、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備えている蓄電装置である。

上記のように構成された蓄電装置は、所望の残量までの充電のペースを、予め設定した充電終了時刻に合わせて充電が完了するようにする。これにより、意図的に遅く充電を完了させることができるので、充電が完了した蓄電池が次の放電開始まで待機する時間を短縮することができる。その結果、蓄電池の長寿命化を実現することができる。

（２）また、（１）の蓄電装置において、前記需要家には、夜間電力量料金単価が適用されており、前記制御部は、前記夜間電力量料金単価となる夜間時間の中で前記蓄電池を充電し、かつ、翌日の前記充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせるものであってもよい。
この場合の蓄電装置は、電力量料金単価が割安になる夜間時間の中で充電を行うことができ、かつ、所望の残量までの充電のペースを、翌日の充電終了時刻に合わせて充電が完了するようにする。これにより、例えば、充電が完了した蓄電池を直ちに放電開始させれば、待機時間の削減により蓄電池の長寿命化を実現することができる。また、昼間の電気料金が高くなる時間帯の開始時刻に放電開始する場合でも、夜間に早々に充電が完了する場合と比べると、充電が完了した蓄電池が放電開始するまでの待機時間を短縮することができる。

（３）また、（２）の蓄電装置において、前記充電終了時刻は、前記夜間時間の終了時刻であってもよい。
この場合、電力量料金単価が割安の電力のみで充電を完了させることができ、また、通常の若しくは割高の電力量料金単価となる時間帯に蓄電池を放電させることができる。

（４）また、（２）又は（３）の蓄電装置において、前記交流電路には、太陽光発電の発電電力が供給され、前記所望の残量の前記蓄電池には、前記夜間時間を除く昼間時間における、前記需要家の１日の平均使用電力量が充電されている、という構成であってもよい。
この場合、充電完了後の蓄電池は、基本的に、自己の出力する電力量のみで、需要家で必要とする電力量を賄うことができる。従って、太陽光発電の発電電力を全て売電することができる。

（５）また、（２）又は（３）の蓄電装置において、前記交流電路には、太陽光発電の発電電力が供給され、前記夜間時間を除く昼間時間において、前記制御部は、前記発電電力が前記需要家の自家消費電力より少ないときは、その不足分の電力は前記蓄電池から前記負荷に供給させ、また、前記発電電力が前記需要家の自家消費電力より多いときは、その余剰分の発電電力により、前記蓄電池を充電するよう、前記電力変換部を動作させる、という構成であってもよい。
この場合、自家消費電力を上回る太陽光発電の発電電力を利用して蓄電池を充電し、太陽光発電が行われないか又は発電電力が少ない時間帯での自家消費電力を蓄電池で賄うか又は補うことができる。こうして、夜間に蓄電池を充電している時以外は、蓄電池に電力を出し入れして蓄電池をフル活用し、できるだけ商用電力系統から買電しないようにすることができる。

（６）また、（２）〜（５）のいずれかの蓄電装置において、例えば、前記夜間時間における充電開始時は、前記夜間時間の開始時刻及び、前記蓄電池が放電停止となった時のいずれか遅い方である。
この場合、夜間電力量料金単価となる夜間時間の開始時刻より前に蓄電池が放電停止となっても、開始時刻まで待ち、割安な料金単価で充電を行う。逆に、開始時刻になってもまだ放電できる場合は、放電を継続し、放電停止となった時点以降に、充電を行う。こうして、蓄電池の電力を徹底して活用するとともに、充電の電力量料金を抑制することができる。

（７）また、（２）〜（６）のいずれかの蓄電装置において、翌日における前記所望の残量は、天気予報に基づいて変動するものであってもよい。
この場合、例えば翌日は晴天で多くの太陽光発電の発電電力が見込める場合は、夜間時間の充電による蓄電池の残量を少なめにし、また、翌日は曇天又は雨天で、太陽光発電の多くの発電電力が見込めない場合は、残量を多めにする等により、過不足の無い適切な電力量の蓄電を行うことができる。

（８）また、（１）〜（５）のいずれかの蓄電装置において、前記制御部は、前記蓄電池を放電させる際には、次の充電開始時刻に合わせて放電が完了するペースで前記電力変換部による放電動作を行わせるようにしてもよい。
この場合、例えば放電停止まで放電させた蓄電池を待機させずに、直ちに充電することができる。すなわち、待機時間の削減により蓄電池の長寿命化に寄与する。

（９）他の視点からは、これは、商用電力系統が接続される交流電路と、前記交流電路に接続される、需要家における負荷と、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルの出力を交流の発電電力に変換して前記交流電路に送り込むパワーコンディショナと、前記交流電路に接続され系統連系する蓄電装置と、を備える電源システムであって、前記蓄電装置は、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備えている電源システムである。

上記のような電源システムにおける蓄電装置は、所望の残量までの充電のペースを、予め設定した充電終了時刻に合わせて充電が完了するようにする。これにより、意図的に遅く充電を完了させることができるので、充電が完了した蓄電池が次の放電開始まで待機する時間を短縮することができる。その結果、待機時間の削減により蓄電池の長寿命化を実現することができる。

（１０）なお、蓄電装置は以下のように表現することもできる。
すなわち、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、蓄電池と、前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に所望の残量までの充電が完了するよう抑制した電力で前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備えている蓄電装置である。

［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置を含む電源システムについて、図面を参照して説明する。

《電源システム及び蓄電装置の回路構成及び動作》
図１は、電源システム１００の回路構成を示す単線接続図である。図において、需要家の分電盤１内の交流電路２には、商用電力系統３が接続されている。この需要家は、いわゆる夜間電力の契約需要家であり、定められた夜間時間に割安の夜間電力量料金単価が適用される。
また、太陽光発電パネル４にはパワーコンディショナ５が接続されている。パワーコンディショナ５は、交流電路２に接続されている。

分電盤１内の交流電路２からは、回路遮断器６を介して、需要家の負荷７が接続されている。回路遮断器６は、通常、閉路している。なお、ここでは図示の簡略化のため、回路遮断器及び負荷の一系統分のみを示しているが、実際には複数系統にわたって、交流電路２に、回路遮断器及び負荷が接続されている。

また、交流電路２には、系統連系型の蓄電装置８が接続されている。蓄電装置８内では、「電力変換部」としての双方向インバータ９が、連系リレー（開閉部）１０を介して、交流電路２に接続されている。蓄電池１１は、開閉部１２を介して、双方向インバータ９と接続されている。蓄電池１１は、例えばリチウムイオン電池である。蓄電池１１には、「蓄電池管理部」としてのＢＭＳ（Battery Management System）１３が設けられている。なお、ＢＭＳ１３は、制御部１４と一体化することもできる。交流電路２の電圧を検出する電圧センサ１６は、例えば、蓄電装置８内に設けられている。

ＢＭＳ１３は、蓄電池１１の充電状態（SOC: State of charge）、端子電圧、セル電圧、温度等、蓄電池１１に関する各種情報を取得している。当該情報は、制御部１４に送られる。制御部１４は、双方向インバータ９のスイッチング動作、並びに、連系リレー１０及び開閉部１２の開閉動作を制御する。通常、連系リレー１０及び開閉部１２は共に、閉路している。

また、商用電力系統３と分電盤１内の交流電路２とを接続する電路上には、電流センサ１５が設けられている。電流センサ１５及び電圧センサ１６の各計測出力は、制御部１４に送られ、これらに基づいて制御部１４は、商用電力系統３と分電盤１との間で受け渡される電力を検出することができる。
制御部１４は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１４の記憶装置（図示せず。）に格納される。

図１において、太陽光発電パネル４による太陽光発電中は、パワーコンディショナ５が系統連系運転を行っており、太陽光発電パネル４の出力（直流）を交流の発電電力に変換して交流電路２に送り込んでいる。発電電力は需要家の負荷７により自家消費することができるほか、余剰電力があれば、商用電力系統３への逆潮（売電）や、蓄電池１１の充電を行うことができる。蓄電池１１を充電するときの双方向インバータ９は、制御部１４の制御に基づいて、交流から直流への変換を行っている。

太陽光発電を行っていない時間帯（主に夜間）は、商用電力系統３から負荷７に給電することができる。また、蓄電池１１を放電させて蓄電装置８から負荷７の消費電力を供給することもできる。蓄電池１１を放電させるときの双方向インバータ９は、制御部１４の制御に基づいて、直流から交流への変換を行っている。なお、夜間における蓄電池１１は、商用電力系統３の電力により、充電することができる。

なお、図１では商用電力系統３の停電時に特定負荷に対して給電する回路接続を省略しているが、上記の蓄電装置８は、商用電力系統３の停電時に特定負荷に対して給電することができる機能を有している。また、昼間の停電であれば、パワーコンディショナ５の自立出力を特定負荷に供給することもできる。

図２は、電源システム１００の他の回路構成を示す単線接続図である。図１との違いは、太陽光発電パネル及びパワーコンディショナが設けられていない点であり、その他は図１と同様である。この場合、蓄電装置８の蓄電池１１は、商用電力系統３によってのみ、充電可能である。負荷７への給電は、商用電力系統３のほか、蓄電装置８から、負荷７の自家消費電力の範囲内で提供可能である。

図３は、電源システム１００のさらに他の回路構成を示す単線接続図である。図１との違いは、蓄電装置８の外部に設けられた情報処理装置１７から、制御部１４が情報を得ることができる点である。
パワーコンディショナ５及び制御部１４は、情報処理装置１７と通信可能である。パワーコンディショナ５は、発電電力のデータを逐次、情報処理装置１７に送る。情報処理装置１７は、需要家の地域の天気情報を例えばインターネット１８を通じて取得する。そして、情報処理装置１７は、天気と、その１日の発電電力量とを対応付けて記憶し、かつ、平均化して、対応付けの精度を高める。また、対応付けを、逐次更新して、季節の変化にも追随する。

このような過去の天気と発電電力量との対応付けから、天気がわかれば発電電力量が推定できるようにする。その上で、情報処理装置１７は、天気予報の情報を取得し、これに基づいて、翌日の発電電力量を予想することができる。制御部１４は、情報処理装置１７が有する翌日の予想発電電力量に基づいて、蓄電池１１に蓄えるべき電力を決めることができる。

《需要家における１日の電力変化の例》
次に、図４は、地域の多数の需要家の合計としての、１日（平日）の消費電力の変化の一例を表すグラフである。この例では、午前中は朝６時〜８時頃に消費電力が多くなり、午後は１６時〜２２時頃に消費電力が多い。
一方、太陽光発電の発電電力は、朝は徐々に立ち上がり、夕方は徐々に低下する。天候、季節、場所等によって異なるが、平均的には、１０時〜１４時頃に発電電力が大きくなる。

《蓄電池充放電の概論》
図２の電源システム１００のように、太陽光発電が無い場合には、蓄電池１１の充電は電力量料金単価の安い夜間時間（例えば２３時〜７時）にのみ行う。それ以外の昼間時間には、蓄電池１１を放電させ、負荷７に電力を供給する。蓄電池１１の放電による電力で負荷７に必要な電力を賄えない場合は、商用電力系統３が不足分の電力を供給する。
図５は、このような場合の、蓄電池１１の充放電と電力供給の一例を示す図である。蓄電池１１は、電力量料金単価の安い夜間時間に、商用電力系統３からの買電により、充電される。

図１の電源システム１００のように、太陽光発電の発電電力がある場合にも、蓄電池１１の充電は電力量料金単価の安い夜間時間（例えば２３時〜７時）に行う。それ以外の昼間時間には、蓄電池１１を放電させ、負荷７に電力を供給する。蓄電池１１の放電による電力で負荷７に必要な電力を賄える場合は、太陽光発電の発電電力は、全て売電することができる。蓄電池１１の放電による電力で負荷７に必要な電力を賄えない場合は、不足分を発電電力で補うことになる。
図６は、このような場合の、蓄電池１１の充放電と電力供給の一例を示す図である。蓄電池１１は、電力量料金単価の安い夜間時間に、商用電力系統３からの買電により、充電される。この夜間時間以外では、蓄電池１１は蓄えた電力を放出する。蓄電池１１の放電による電力で負荷７に必要な電力を賄える場合は、太陽光発電の発電電力は、全て売電することができる。すなわちこれは、売電優先の、蓄電装置８の使い方である。

図７は、図５，図６に示したような蓄電装置８の使い方をする場合の、制御部１４が双方向インバータ９に対して行う動作のフローチャートの一例である。図７において、まず、制御部１４は、昼間時間か否かを判定する（ステップＳ１）。昼間時間とは、電力量料金単価が通常となる時間であり、例えば７時を過ぎてから２３時になる直前までである。ステップＳ１において昼間時間でない（すなわち夜間時間）のときは、制御部１４は、夜間時間か否かを判定し（ステップＳ３）、夜間時間であれば、蓄電池１１の充電を行うように、双方向インバータ９を動作させる（ステップＳ４）。昼間時間になるまで、ステップＳ１→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ１の繰り返しとなる。

ステップＳ１において昼間時間となった場合は、制御部１４は、蓄電池１１の放電を行わせるように、双方向インバータ９を動作させる（ステップＳ２）。続いて、制御部１４は、夜間時間か否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において夜間時間でない（すなわち昼間時間）のときは、制御部１４は、夜間時間になるまで、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ１の繰り返しとなる。

次に、図８は、図１のような太陽光発電を有する電源システム１００において、昼間にも充電を行う場合の、蓄電池１１の充放電と電力供給の一例を示す図である。図において、蓄電池１１の充電は、夜間時間に行われる（これを１回目とする。）。夜間時間の終了により蓄電池１１は、放電を開始する。そして、太陽光発電の発電電力がまだ充分ではない期間ｔ１における自家消費電力から発電電力を差し引いた不足電力を、蓄電池１１の放電により賄う。

期間ｔ１の経過後、太陽光発電の発電電力が自家消費電力を上回ると、自家消費電力は全て発電電力で賄うことができ、かつ、余剰電力が生じる。そこで、この余剰電力により蓄電池１１を充電する（２回目）。この充電により、期間ｔ１の放電により失った電力は補われる。次に、夕方になり、発電電力が自家消費電力まで低下すると、その後の期間ｔ２において、自家消費電力から発電電力を差し引いた不足電力を、蓄電池１１の放電により賄う。発電電力は期間ｔ３の終了後は０になり、以後は、夜間時間になるまで、蓄電池１１の放電により、自家消費電力を賄う。夜間時間になれば、蓄電池１１の充電を行うことができる。

図９は、図８に示したような蓄電装置８の使い方をする場合の、制御部１４が双方向インバータ９に対して行う動作のフローチャートの一例である。図９において、まず、制御部１４は、昼間時間か否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において昼間時間でない（すなわち夜間時間）のときは、制御部１４は、夜間時間か否かを判定し（ステップＳ１５）、夜間時間であれば、蓄電池１１の充電を行うように、双方向インバータ９を動作させる（ステップＳ１６）。昼間時間になるまで、ステップＳ１１→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１１の繰り返しとなる。

ステップＳ１１において昼間時間となった場合は、制御部１４は、発電電力が自家消費電力を上回るか否かを判定する（ステップＳ１２）。上回らない場合（Ｎｏ）は、制御部１４は、蓄電池１１の放電を行わせるように、双方向インバータ９を動作させる（ステップＳ１４）。続いて、制御部１４は、夜間時間か否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において夜間時間でない（すなわち昼間時間）のときは、制御部１４は、夜間時間になるまで、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１１の繰り返しとなる。

発電電力が自家消費電力を上回ると、制御部１４は、蓄電池１１を充電するように、双方向インバータ９を動作させる（ステップＳ１３）。続いて、制御部１４は、夜間時間か否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において夜間時間でない（すなわち昼間時間）のときは、制御部１４は、夜間時間になるまで、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１５→Ｓ１１の繰り返しとなる。夕方になって、発電電力が自家消費電力を上回らない状態になった場合は、制御部１４の処理は、夜間時間になるまで、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１１の繰り返しとなる。

ステップＳ１５において夜間時間になると、制御部１４は、以後、夜間時間の終了までに、蓄電池１１の充電を行う。

《蓄電池の充電の仕方》
ここで、蓄電池１１の充電の仕方について詳細に説明する。
制御部１４は、蓄電池１１の充電完了の時刻を、夜間時間の終了時刻に設定する。すなわち、夜間時間の終了と同時に所望の残量（ＳＯＣ）になっているように、蓄電池１１を充電する。制御部１４は、夜間時間の開始以後に、充電完了時の所望の残量と現在の残量との差が０になるタイミングが夜間時間の終了と同時になるよう、充電のペースを設定する。言い換えれば、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで充電を行うことになる。

このような充電の仕方をするのは、早々と充電が完了し、夜間時間の終了までに長い時間がある、という状態を避けるためである。これにより、充電完了の状態で放電開始するまでの待機時間を極力短く（理想的には０に）することができる。待機時間を短くすることで、蓄電池１１の寿命が短くなるのを抑制し、より長期間にわたって蓄電池１１を使用することができる。また、契約により、昼間に電力料金単価が割高な時間帯がある場合には、当該時間帯の開始時刻に蓄電池１１を放電開始させることができる。この場合、充電完了からの待機時間が生じるが、夜間に早々に充電完了となる場合に比べると、待機時間が相対的に短くなるので、蓄電池１１の寿命が短くなるのを抑制し、より長期間にわたって蓄電池１１を使用することができる。
なお、昼間に太陽光発電の余剰電力により蓄電池１１の充電を行う場合にも同様に、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで充電を行う。

《１日の充放電の具体例》
次に、充放電の具体例についてグラフを用いて説明する。

（参考例）
図１０は、比較のために、従来の蓄電装置における１日の充放電の一例を示すグラフである。図において、横軸は１日の時間（２４時間）、縦軸はＳＯＣ［％］である。グラフの折れ線の上り勾配の部分は充電を表し、下り勾配の部分は放電を表している。図の見方は、後掲の図１１以降でも同様である。

図１０において、充電は、電力量料金単価が割安となる２３時〜７時の夜間時間内に行われる。ここで、蓄電池の電力を使い切って２３時にはＳＯＣが０％であるとすると、夜間時間の開始時刻である２３時から充電が開始される。一定電力で充電が行われると、翌日１時半頃にはＳＯＣが１００％（満充電）の状態に達し、充電は完了する。

満充電の状態に達してから、夜間時間の終了時刻の７時までは、蓄電池は待機の状態となり、７時までの約５．５時間、満充電で待機する。この待機時間の長さが、蓄電池の寿命を縮める一因となる。７時になると、放電開始となり、以後、蓄えた電力を２３時までに放出して、ＳＯＣが０％となる。
なお、正確には、ＳＯＣは０％というよりも放電停止となるＳＯＣの値、であるが、説明の簡略化のため、０％として説明する（以下同様。）。

次に、本実施形態による蓄電装置８（図１〜図３）の充放電について、図１１〜図１４を参照して説明する。

（太陽光発電無しの場合）
図１１は、図２に示したように太陽光発電を有しない電源システム１００における蓄電装置８の１日の充放電の一例を示すグラフである。充電は、電力量料金単価が割安となる２３時〜７時の夜間時間内に行われる。蓄電池１１の電力を使い切って２３時にはＳＯＣが０％であるとすると、夜間時間の開始時刻である２３時から充電が開始される。ここで、制御部１４は、充電のペースを、充電完了が翌朝７時になるように設定する。例えば、蓄電池１１の電池容量が３ｋＷｈであるとすると、２３時から翌朝７時までの８時間をかけて、ＳＯＣが０％の状態から１００％まで充電するには、３０００／８＝３７５［Ｗ］で充電する。

このような充電完了時刻に基づいて演算したペースの充電により、蓄電池１１は、翌朝７時にＳＯＣが１００％の状態に達し、充電は完了する。充電完了と同時に、放電開始となり、以後、蓄えた電力を２３時までに放出して、ＳＯＣが０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。

このように、蓄電装置８は、電力量料金単価が割安になる夜間時間の中で充電を行い、かつ、所望の残量であるＳＯＣ１００％までの充電のペースを、翌日の放電開始時刻（７時）に合わせて充電が完了するようにする。これにより、充電が完了した蓄電池１１が、その状態で待機する時間を０にすることができる。従って、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化を実現することができる。

なお、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで充電することの目的は、理想的には待機時間が０となるようにすることであるが、完全に０であることが、効果を得るために必須という訳ではない。例えば、充電を完了した時刻が７時数分前であり、数分の待機時間があったとしても大差は無く、実質的には同等の効果がある。また、夜間時間の終了時刻に充電完了とすることで、電力量料金が割安の電力のみで充電を完了させることができ、かつ、通常の電力量料金単価となると同時に蓄電池を放電させることができる。

また、上記の例では、７時〜２３時の昼間時間において蓄電池１１を放電させる際には、次の充電開始時刻（２３時）に合わせて放電が完了するペースで放電動作を行わせている。これにより、放電停止まで放電させた蓄電池１１を待機させずに、直ちに充電することができる。すなわち、このことも、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化に寄与する（このことは、以下に述べる図１２〜図１５の例でも同様である。）。

（太陽光発電あり、売電優先の場合）
次に、図１２は、図１に示したように太陽光発電を有する電源システム１００における蓄電装置８の１日の充放電の一例を示すグラフである。なお、この需要家は、昼間時間における１日の平均使用電力量が例えば２．７ｋＷｈであり、蓄電池１１の電池容量が３ｋＷとすると、その９０％である。

充電は、電力量料金単価が割安となる２３時〜７時の夜間時間内に行われる。蓄電池１１の電力を使い切って２３時にはＳＯＣが０％であるとすると、夜間時間の開始時刻である２３時から充電が開始される。ここで、制御部１４は、充電のペースを、充電完了が翌朝７時で、その時のＳＯＣの値が９０％になるように設定する。例えば、蓄電池１１の電池容量が３ｋＷｈであるとすると、２３時から翌朝７時までの８時間をかけて、ＳＯＣが０％の状態から９０％まで充電するには、（３０００×０．９）／８≒３３８［Ｗ］で充電する。

このような充電完了時刻及びその時のＳＯＣに基づいて演算したペースの充電により、蓄電池１１は、翌朝７時にＳＯＣが９０％の状態に達し、充電は完了する。充電完了と同時に、放電開始となり、以後、蓄えた電力を２３時までに放出して、ＳＯＣが０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。

このように、蓄電装置８は、電力量料金単価が割安になる夜間時間の中で充電を行い、かつ、所望の残量であるＳＯＣ９０％までの充電のペースを、翌日の放電開始時刻（７時）に合わせて充電が完了するようにする。これにより、充電が完了した蓄電池が、その状態で待機する時間を０にすることができる。従って、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化を実現することができる。なお、図１１についての上述の説明と同様に、待機時間は理想的には０であるが、現実的には、極力短くすればよい。また、夜間時間の終了時刻に充電完了・放電開始とすることで、電力量料金が割安の電力のみで充電を完了させることができ、かつ、通常の電力量料金単価となると同時に蓄電池を放電させることができる。

また、充電完了時の所望の残量として、昼間時間における需要家の１日の平均使用電力量が充電されているので、充電完了後の蓄電池１１は、基本的に、自己の出力する電力量のみで、需要家で必要とする電力量を賄うことができる。この場合、太陽光発電の発電電力を全て売電することができる。売電の単価が比較的高い場合は、このような使い方が有利である。

（太陽光発電あり、自家消費優先の場合＿１）
次に、図１３は、図１に示したように太陽光発電を有する電源システム１００における蓄電装置８の１日の充放電の一例を示すグラフである。

充電は、電力量料金単価が割安となる２３時〜７時の夜間時間内に行われる。ここで、充電完了時刻は、夜間時間の終了時刻に合わせるが、充電開始時刻は、夜間時間の開始時刻とは限らない。すなわち、夜間時間における充電開始時は、夜間時間の開始時刻及び、蓄電池１１が放電停止となった時のいずれか遅い方である。また、充電は、昼間時間にも行われる。

具体的には、０時（２４時）に蓄電池１１の電力を使い切ってＳＯＣが０％であるとすると、０時から充電が開始される。ここで、制御部１４は、充電のペースを、充電完了が翌朝７時で、その時のＳＯＣの値が例えば５０％になるように設定する。この場合、蓄電池１１の電池容量が３ｋＷｈであるとすると、０時から翌朝７時までの７時間をかけて、ＳＯＣが０％の状態から５０％まで充電するには、（３０００×０．５）／７≒２１５［Ｗ］で充電する。ここで、５０％としたのは、７時〜１０時の時間帯に、蓄電装置８から需要家の負荷７に電力を供給し、太陽光発電の発電電力が自家消費電力を上回るであろう１０時にはＳＯＣが０％になればよい、という考え方に基づいている。

すなわち、蓄電池１１は、７時にＳＯＣが５０％の状態に達し、充電は完了する。充電完了と同時に、放電開始となり、以後、蓄えた電力を放出して、１０時にはＳＯＣが０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。

次に、１０時〜１６時は、太陽光発電の余剰電力により、蓄電池１１を充電する。制御部１４は、充電のペースを、例えば、充電完了が１６時で、その時のＳＯＣの値が１００％になるように設定する。この充電は、夕方から夜にかけて必要となることが予想される電力量に備えるためのものである。１０時から１６時までの６時間をかけて、ＳＯＣが０％の状態から１００％まで充電するには、３０００／６＝５００［Ｗ］で充電する。

１６時には、充電完了と同時に、放電開始となり、以後、蓄えた電力を２４時（０時）までに放出して、ＳＯＣが０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。２３時には夜間時間となるが、放電すなわち自家消費を優先する。逆に、夜間時間の開始時刻より前に蓄電池１１が放電停止となっても、夜間時間の開始時刻まで待ち、割安な料金単価での充電を行う。この場合は、放電停止となった状態での待機時間が生じるので、この待機時間はなるべく短縮することが好ましい。
こうして、蓄電池１１の電力を徹底して活用するとともに、充電の電力量料金を抑制することができる。

図１３の場合も、蓄電装置８は、電力量料金単価が割安になる夜間時間の中で充電を行い、かつ、所望の残量であるＳＯＣ５０％までの充電のペースを、翌日の放電開始時刻（７時）に合わせて充電が完了するようにする。これにより、充電が完了した蓄電池が、その状態で待機する時間を０にすることができる。従って、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化を実現することができる。なお、図１１についての上述の説明と同様に、待機時間は理想的には０であるが、現実的には、極力短くすればよい。また、夜間時間の終了時刻に充電完了・放電開始とすることで、電力量料金が割安の電力のみで充電を完了させることができ、かつ、通常の電力量料金単価となると同時に蓄電池を放電させることができる。

さらに、図１３の場合、太陽光発電の余剰電力を充電することができるように、夜間時間の終了時のＳＯＣの値を抑制している。従って、１０時の時点でＳＯＣを０％にまで落とし、その後、太陽光発電の余剰電力を充電できる態勢を整えることができる。また、ここでも、蓄電装置８は、充電完了時の所望の残量であるＳＯＣ１００％までの充電のペースを、予め設定した充電終了時刻（１６時）に合わせて充電が完了するようにする。これにより、充電が完了した蓄電池１１が、その状態で待機する時間を０にすることができる。従って、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化を実現することができる。
また、１６時以降は、需要家の負荷に電力を供給することができる。

このようにして、自家消費電力を上回る太陽光発電の発電電力を利用して蓄電池１１を充電し、太陽光発電が行われないか又は発電電力が少ない時間帯での自家消費電力を蓄電池１１で賄うか又は補うことができる。従って、夜間に蓄電池１１を充電している時以外は、蓄電池１１に電力を出し入れして蓄電池１１をフル活用し、できるだけ商用電力系統３から買電しないようにすることができる。このような蓄電池の利用形態により、需要家における電力の自給自足に近い状態を実現することができる。また、図１３のような蓄電池の利用形態によれば、小容量の蓄電池１１を、１日に２サイクルの充放電で運用することにより、電力量料金の節約効果を高めることができる（これは、後述の図１４についても同様である。）。

（太陽光発電あり、自家消費優先の場合＿２）
次に、図１４は、図１に示したように太陽光発電を有する電源システム１００における蓄電装置８の１日の充放電の一例を示すグラフである。図１３と基本的に同様な充放電であるが、天気予報の情報に基づいて、蓄電池充電完了時の所望の残量を変化させる点が異なる。

充電は、電力量料金単価が割安となる２３時〜７時の夜間時間内に行われる。充電完了時刻は、夜間時間の終了時刻に合わせるが、充電開始時刻は、夜間時間の開始時刻とは限らない。すなわち、夜間時間における充電開始時は、夜間時間の開始時刻及び、蓄電池１１が放電停止となった時のいずれか遅い方である。図１４では、充電開始時が、夜間時間の開始時刻である例を示している。また、充電は、昼間時間にも行われる。

具体的には、２３時に蓄電池１１の電力を使い切ってＳＯＣが０％であるとすると、２３時から充電が開始される。ここで、制御部１４は、充電のペースを、充電完了が翌朝７時で、その時のＳＯＣの値が例えば８０％になるように設定する。この場合、蓄電池１１の電池容量が３ｋＷｈであるとすると、２３時から翌朝７時までの８時間をかけて、ＳＯＣが０％の状態から８０％まで充電するには、（３０００×０．８）／８＝３００［Ｗ］で充電する。ここで、８０％としたのは、天気予報を考慮して、７時以降の発電電力が多くないと予測されるからである。

すなわち、制御部１４は、情報処理装置１７が保有する翌日の天気予報の情報に基づく予想発電電力量のデータを参照し、翌朝７時の時点で必要なＳＯＣの値を決定する。例えば、天気予報が晴天であれば、７時以降に多くの発電電力が見込めるので、例えば図１３に示したように、７時の時点のＳＯＣは例えば５０％でもよい。しかし、天気予報が曇天あるいは雨天であれば多くの発電電力が見込めないので、７時の時点のＳＯＣレベルを上げる必要がある。

図１４において、蓄電池１１は、７時にＳＯＣが８０％の状態に達し、充電は完了する。充電完了と同時に、放電開始となり、以後、蓄えた電力を放出して、１０時にはＳＯＣが３０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。

次に、１０時〜１６時は、太陽光発電の余剰電力により、蓄電池１１を充電する。制御部１４は、充電のペースを、例えば、充電完了が１６時で、その時のＳＯＣの値が１００％になるように設定する。この充電は、夕方から夜にかけて必要となることが予想される電力量に備えるためのものである。１０時から１６時までの６時間をかけて、ＳＯＣが３０％の状態から１００％まで充電するには、（３０００×０．７）／６＝３５０［Ｗ］で充電する。

１６時には、充電完了と同時に、放電開始となり、以後、蓄えた電力を２３時までに放出して、ＳＯＣが０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。

図１４の場合も、蓄電装置８は、電力量料金単価が割安になる夜間時間の中で充電を行い、かつ、所望の残量であるＳＯＣ８０％までの充電のペースを、翌日の放電開始時刻（７時）に合わせて充電が完了するようにする。これにより、充電が完了した蓄電池が、その状態で待機する時間を０にすることができる。従って、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化を実現することができる。なお、図１１についての上述の説明と同様に、待機時間は理想的には０であるが、現実的には、極力短くすればよい。また、夜間時間の終了時刻に充電完了とすることで、電力量料金が割安の電力のみで充電を完了させることができ、かつ、通常の電力量料金単価となると同時に蓄電池を放電させることができる。

さらに、図１４の場合、天気予報に基づいて予想される太陽光発電の余剰電力を充電することができるように、夜間時間の終了時のＳＯＣの値を決定している。従って、天気予報を考慮して過不足無く蓄電池１１の充電を行うことができる。１０時以降には、太陽光発電の余剰電力を充電できる態勢を整えることができる。また、ここでも、蓄電装置８は、充電完了時の所望の残量であるＳＯＣ１００％までの充電のペースを、予め設定した充電終了時刻（１６時）に合わせて充電が完了するようにする。これにより、充電が完了した蓄電池１１が、その状態で待機する時間を０にすることができる。従って、待機時間の削減により蓄電池１１の長寿命化を実現することができる。
また、１６時以降は、需要家の負荷に電力を供給することができる。

このようにして、自家消費電力を上回る太陽光発電の発電電力を利用して蓄電池１１を充電し、太陽光発電が行われないか又は発電電力が少ない時間帯での自家消費電力を蓄電池１１で賄うか又は補うことができる。従って、夜間に蓄電池１１を充電している時以外は、蓄電池１１に電力を出し入れして蓄電池１１をフル活用し、できるだけ商用電力系統３から買電しないようにすることができる。このような蓄電池の利用形態により、需要家における電力の自給自足に近い状態を実現することができる。

（他の契約の場合）
なお、待機時間は０であることが最も好ましいが、運用上待機時間が生じることは避けられない場合でも、待機時間の短縮によって、一定の長寿命化の効果は得られる。
図１５は、電力量料金単価が１日に３種類ある場合の、例えば太陽光発電を有しない電源システム１００における蓄電装置８の１日の充放電の一例を示すグラフである。電力量料金単価は、高い方から順に、例えば、１０時〜１７時の「デイタイム」、７時〜１０時及び１７時〜２３時の「リビングタイム」、２３時〜７時の「ナイトタイム（夜間時間）」である。

充電は、電力量料金単価が割安となる２３時〜７時のナイトタイムに行われる。蓄電池１１の電力を使い切って２３時にはＳＯＣが０％であるとすると、ナイトタイムの開始時刻である２３時から充電が開始される。ここで、制御部１４は、充電のペースを、充電完了が翌朝７時になるように設定する。例えば、蓄電池１１の電池容量が３ｋＷｈであるとすると、２３時から翌朝７時までの８時間をかけて、ＳＯＣが０％の状態から１００％まで充電するには、３０００／８＝３７５［Ｗ］で充電する。

このような充電完了時刻に基づいて演算したペースの充電により、蓄電池１１は、翌朝７時にＳＯＣが１００％の状態に達し、充電は完了する。充電完了と同時に、リビングタイムとなるが、蓄電池１１は最も電力量単価が割高となるデイタイムに備えて放電させず待機する。１０時にデイタイムが開始すると、放電開始となり、以後、蓄えた電力を２３時までに放出して、ＳＯＣが０％となる。なお、放電は図示のように一定の出力としてもよいし、自家消費電力の変動に合わせて出力を変動させてもよい。

このように、蓄電装置８は、電力量料金単価が割安になるナイトタイムの中で充電を行い、かつ、所望の残量であるＳＯＣ１００％までの充電のペースを、翌日のナイトタイム終了時刻（７時）に合わせて充電が完了するようにする。そして、充電が完了した蓄電池１１はデイタイムの開始まで放電せず待機する。この場合、充電完了からの待機時間が生じるが、夜間に早々に充電完了となる場合（例えば午前１時半に充電完了となる場合）に比べると、待機時間が相対的に短くなるので、蓄電池１１の寿命が短くなるのを抑制し、より長期間にわたって蓄電池１１を使用することができる。

《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 分電盤
２ 交流電路
３ 商用電力系統
４ 太陽光発電パネル
５ パワーコンディショナ
６ 回路遮断器
７ 負荷
８ 蓄電装置
９ 双方向インバータ
１０ 連系リレー
１１ 蓄電池
１２ 開閉部
１３ ＢＭＳ
１４ 制御部
１５ 電流センサ
１６ 電圧センサ
１７ 情報処理装置
１８ インターネット
１００ 電源システム

Claims (8)

1. 太陽光発電の発電電力が供給され、かつ、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、
   蓄電池と、
   前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、
   交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、
   前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備え、
   １日における前記充電動作には、前記商用電力系統に基づく充電上限値に満たない第１の充電動作と、前記発電電力に基づく前記充電上限値までの第２の充電動作とが含まれる、蓄電装置。
2. 前記需要家には、夜間電力量料金単価が適用されており、
   前記制御部は、前記夜間電力量料金単価となる夜間時間の中で前記蓄電池を充電し、かつ、翌日の前記充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による前記第１の充電動作を行わせる、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記第１の充電動作における前記充電終了時刻は、前記夜間時間の終了時刻である、請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記夜間時間における充電開始時は、前記夜間時間の開始時刻及び、前記蓄電池が放電停止となった時のいずれか遅い方である、請求項２に記載の蓄電装置。
5. 前記第１の充電動作に関して、翌日における前記所望の残量は、天気予報に基づいて変動する請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
6. 前記制御部は、前記蓄電池を放電させる際には、次の充電開始時刻に合わせて放電が完了するペースで前記電力変換部による放電動作を行わせる請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
7. 商用電力系統が接続される交流電路と、
   前記交流電路に接続される、需要家における負荷と、
   太陽光発電パネルと、
   前記太陽光発電パネルの出力を交流の発電電力に変換して前記交流電路に送り込むパワーコンディショナと、
   前記交流電路に接続され系統連系する蓄電装置と、を備える電源システムであって、
   前記蓄電装置は、
   蓄電池と、
   前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、
   交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、
   前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に、所望の残量までの充電が完了するペースで前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備え、
   １日における前記充電動作には、前記商用電力系統に基づく充電上限値に満たない第１の充電動作と、前記発電電力に基づく前記充電上限値までの第２の充電動作とが含まれる、電源システム。
8. 太陽光発電の発電電力が供給され、かつ、需要家における負荷及び商用電力系統が接続される交流電路、に接続され系統連系する蓄電装置であって、
   蓄電池と、
   前記蓄電池の充電状態を管理する蓄電池管理部と、
   交流を直流に変換して前記蓄電池を充電する機能、及び、前記蓄電池を放電させ直流を交流に変換して前記交流電路に給電する機能を有する電力変換部と、
   前記電力変換部を制御して前記蓄電池を充放電させ、前記蓄電池を充電する際には、予め設定した充電終了時刻に所望の残量までの充電が完了するよう抑制した電力で前記電力変換部による充電動作を行わせる制御部と、を備え、
   １日における前記充電動作には、前記商用電力系統に基づく充電上限値に満たない第１の充電動作と、前記発電電力に基づく前記充電上限値までの第２の充電動作とが含まれる、蓄電装置。