JP7249561B2 - storage system - Google Patents
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Description
本発明は、放電時間のタイマー設定が可能な蓄電システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electric storage system capable of setting a timer for discharge time.
近年、家庭用の蓄電システムが普及してきている。一般的に、家庭用の蓄電システムは停電時の電力バックアップを主目的に導入される（例えば、特許文献１参照）。家庭用の蓄電システムは、タイマー放電機能を保有しているものが多い。タイマー放電機能は、安価な深夜電力で充電し、電気の使用量が多くなる朝、昼間、夜などに放電することにより電気料金を節約することに利用できる。 In recent years, household power storage systems have become popular. In general, household power storage systems are introduced mainly for the purpose of backing up power during power outages (see, for example, Patent Literature 1). Many household power storage systems have a timer discharge function. The timer discharge function can be used to save electricity charges by charging with inexpensive late-night electricity and discharging in the morning, daytime, and night when electricity usage is high.
しかしながら、タイマー放電機能により、系統給電から蓄電池給電に切り替わる時に発生する瞬断が一部の家電製品との整合性が悪く、例えばテレビでは電源が落ちてしまったり、映像が不安定になったりする事例が報告されている。毎日決まった時間にテレビの映像が不安定になるとの苦情も少なくない。 However, due to the timer discharge function, the momentary interruption that occurs when switching from grid power supply to storage battery power supply is not compatible with some home appliances. Cases have been reported. There are many complaints that the TV picture becomes unstable at a certain time every day.
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、タイマー放電の開始時または終了時の瞬断が抑制された蓄電システムを提供することにある。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an electricity storage system in which an instantaneous interruption at the start or end of timer discharge is suppressed.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、蓄電部と、前記蓄電部から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力系統と負荷との間の電流経路に挿入された第１スイッチと、前記第１スイッチより前記負荷側の位置の前記電流経路上のノードと、前記インバータの交流側端子との間の電流経路に挿入される第２スイッチと、前記電力系統から前記負荷に流れている電流又は前記負荷に流れている電流全体を計測する第１電流計測部と、前記蓄電部から前記ノードに流れている電流を計測する第２電流計測部と、前記第１電流計測部により計測された第１電流値、及び前記第２電流計測部により計測された第２電流値をもとに、前記インバータ、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、通常時において、前記第１スイッチをオン状態及び前記第２スイッチをオフ状態に制御し、予め設定された前記蓄電部の放電時間帯において、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチをオン状態に制御し、前記第１電流値に対する前記第２電流値の比率が、予め設定された目標値（当該目標値は０を含まず）を維持するように前記インバータを制御する。 In order to solve the above problems, a power storage system according to one aspect of the present invention includes a power storage unit, an inverter that converts DC power supplied from the power storage unit into AC power, and a current path between a power system and a load. a first switch inserted in a current path between a node on the current path at a position closer to the load than the first switch and an AC-side terminal of the inverter; a first current measuring unit that measures the current flowing from the electric power system to the load or the entire current flowing to the load; a second current measuring unit that measures the current flowing from the power storage unit to the node; controlling the inverter, the first switch and the second switch based on the first current value measured by the first current measuring unit and the second current value measured by the second current measuring unit and a control unit. The control unit controls the first switch to be in an ON state and the second switch to be in an OFF state in a normal state, and controls the first switch and the second switch to be in a preset discharge time period of the power storage unit. is turned on, and the inverter is controlled such that the ratio of the second current value to the first current value maintains a preset target value (the target value does not include 0).
本開示によれば、タイマー放電の開始時または終了時の瞬断を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress an instantaneous interruption at the start or end of timer discharge.
図１は、実施例に係る蓄電システム１の外観の概略を示す斜視図である。図２は、図１の蓄電システム１の使用例を示す斜視図である。実施例に係る蓄電システム１は、蓄電容量が１～５ｋＷｈ程度の小型の蓄電システムである。小型の蓄電システムは、部屋のコーナーや空きスペースに設置することが容易である。またキャスターを取り付けることにより、ユーザが部屋の中を移動させることもできる。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic appearance of a
蓄電システム１は、屋内のＡＣコンセント２ｃに挿入するためのＡＣプラグ１ｐを有する。ＡＣプラグ１ｐを屋内のＡＣコンセント２ｃに挿入することにより、商用電力系統から電力を引き込むことができる。
The
蓄電システム１は、蓄電システム１に接続された特定負荷３に電力を供給することができる。蓄電システム１の筐体の前面にはＡＣコンセント１ｃが設けられる。ユーザは、特定負荷３（図２に示す例では、テレビ３ｔ）のＡＣプラグ３ｐを、蓄電システム１のＡＣコンセント１ｃに挿入することにより、特定負荷３の電力を賄うことができる。例えば、停電時において、使用したい電気機器のＡＣプラグをＡＣコンセント１ｃに挿入することにより、当該電気機器を一定時間、使用することができる。
The
なお図示していないが、電気配線工事により予め特定負荷３を、蓄電システム１のＡＣ出力端子台に接続しておくこともできる。特定負荷３はユーザにより選定された負荷であり、停電時において蓄電システム１から一定時間のバックアップ電力の供給を受けることができる。例えば、照明器具などが選定される。また特定負荷３は、タイマー充電とタイマー放電を活用して電気料金の削減を行うために利用される負荷となる。
Although not shown, it is also possible to connect the
蓄電システム１の筐体の前面には操作部１ｏが設けられる。図１に示す操作部１ｏは、タッチパネルディスプレイと物理ボタンを含む。タッチパネルディスプレイには、残容量、充電量、放電量などの蓄電システム１の状態を示す情報が表示される。ユーザは、操作部１ｏを操作して、動作モードの設定やタイマー設定を行うことができる。
An operation unit 1 o is provided on the front surface of the housing of the
図３は、実施例に係る蓄電システム１の回路構成を示す図である。蓄電システム１は、蓄電部１０、制御部１１、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、第１電圧計測部１４、第１電流計測部１５、第２電圧計測部１６、第２電流計測部１７、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び第３スイッチＳＷ３を備える。
FIG. 3 is a diagram showing the circuit configuration of the
蓄電部１０は、蓄電池および監視部を含む。当該蓄電池は、直列または直並列接続された複数の蓄電池セルにより構成される。蓄電池セルにはリチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池などを使用できる。なお蓄電池の代わりに、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを使用してもよい。本明細書では、複数のリチウムイオン蓄電池セルを接続して、蓄電容量が１～５ｋＷｈの蓄電池を構成する例を想定する。当該監視部は当該複数の蓄電池セルの状態（例えば、電圧、電流、温度）を監視し、当該複数の蓄電池セルの監視データを通信線を介して制御部１１に送信する。
商用電力系統（以下、単に系統２という）と特定負荷３は、蓄電システム１内の第１電流経路Ｐ１を介して電気的に接続される。第１電流経路Ｐ１に第１スイッチＳＷが挿入される。
A commercial power system (hereinafter simply referred to as system 2 ) and
第１スイッチＳＷ１より特定負荷３側の位置の第１電流経路Ｐ１上の第１ノードＮ１と、蓄電部１０との間に放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２が接続される。第１電流経路Ｐ１上の第１ノードＮ１と、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２の交流側端子との間の第２電流経路Ｐ２に第２スイッチＳＷ２が挿入される。
A discharge DC/
放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、蓄電部１０から供給される直流電力を交流電力に変換して、第１電流経路Ｐ１に出力する。放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、４個又は６個のスイッチング素子をブリッジ接続したブリッジ回路を含む。単相交流の場合は４個で構成され、三相交流の場合は６個で構成される。スイッチング素子には例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用することができる。制御部１１は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２の出力電流または出力電圧を調整することができる。
DC/
第１スイッチＳＷ１より系統２側の位置の第１電流経路Ｐ１上の第２ノードＮ２と、蓄電部１０との間に充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３が接続される。第１電流経路Ｐ１上の第２ノードＮ２と、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の交流側端子との間の第３電流経路Ｐ３に第３スイッチＳＷ３が挿入される。
Charging AC/
充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、系統２から供給される交流電力を直流電力に変換して、蓄電部１０に出力する。充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３は、４個または６個のスイッチング素子をブリッジ接続したブリッジ回路を含む。制御部１１は、当該ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電流または出力電圧を調整することができる。例えば、ＣＣ－ＣＶ充電を行うことができる。
Charging AC/
上述した第１スイッチＳＷ１－第３スイッチＳＷ３には、リレー又は半導体スイッチを使用することができる。 A relay or a semiconductor switch can be used for the first switch SW1 to the third switch SW3 described above.
第１電圧計測部１４は、第１電流経路Ｐ１の電圧（系統電圧）を計測して制御部１１に出力する。第１電圧計測部１４は、例えば抵抗分圧回路と差動アンプで構成することができる。第１電流計測部１５は、第１電流経路Ｐ１上の第１ノードＮ１より特定負荷３側の位置に設置される。第１電流計測部１５は、特定負荷３に流れている電流全体を計測して制御部１１に出力する。第１電流計測部１５は、例えばＣＴセンサで構成することができる。
The first
第２電圧計測部１６は、第２電流経路Ｐ２の電圧を計測して制御部１１に出力する。第２電圧計測部１６は、例えば抵抗分圧回路と差動アンプで構成することができる。第２電流計測部１７は、第２電流経路Ｐ２上に設置される。第２電流計測部１７は、蓄電部１０から第１ノードＮ１に流れている電流を計測して制御部１１に出力する。第２電流計測部１７は、例えばＣＴセンサで構成することができる。
The second
制御部１１は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
The
制御部１１は、蓄電部１０の監視部から蓄電池の監視データを受信する。制御部１１は、第１電圧計測部１４から第１電流経路Ｐ１の電圧値を取得し、第１電流計測部１５から特定負荷３に流れる電流の値（以下、第１電流値という）を取得する。制御部１１は、第２電圧計測部１６から第２電流経路Ｐ２の電圧値を取得し、第２電流計測部１７から放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２の出力電流値（以下、第２電流値という）を取得する。
The
制御部１１は、操作部１ｏからユーザに入力された情報を取得する。ユーザは、操作部１ｏから蓄電システム１の運転モードを設定することができる。ユーザは、経済モードと蓄電モードのどちらかを選択することができる。
The
経済モードは、設定した充放電時間に従って運転するモードである。電気料金が割引される時間帯（日本の主な電力会社では、２３：００～翌７：００）に充電し、電気料金が割引されない時間帯に放電するモードである。充電時間帯および放電時間帯は、ユーザが設定することができる。経済モードは、電気料金の従量制部分を削減することを主な目的としたモードである。 Economic mode is a mode in which the battery is operated according to the set charge/discharge time. In this mode, the battery is charged during the time period when electricity charges are discounted (from 23:00 to 7:00 the next day at major electric power companies in Japan) and discharged during the time periods when the electricity charges are not discounted. The user can set the charging time period and the discharging time period. The economy mode is a mode whose main purpose is to reduce the metered portion of the electricity bill.
蓄電モードは、蓄電システム１の蓄電容量を常に充電目標値に維持するモードである。充電完了後は停電に備えて待機する。蓄電モードは、停電時のバックアップを主な目的としたモードである。以下、本明細書では経済モードが選択されていることを想定する。
The power storage mode is a mode in which the power storage capacity of the
制御部１１は、ルータ装置４を介してインターネット５上の各種サーバと接続することができる。制御部１１とルータ装置４間は無線通信で接続される。例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に準拠した通信が実行される。なお、両者の間を有線で接続してもよい。
The
制御部１１は、インターネット５に接続された送配電事業者サーバ、ＤＲ（Demand Response)サーバ、ＶＰＰ（Virtual Power Plant）事業者サーバ、蓄電システム１のメーカのサーバ、気象事業者サーバ等から情報を受信することができる。例えば、送配電事業者サーバ、ＤＲサーバ又はＶＰＰサーバから充電指令や放電指令を受信する。なお、制御部１１がルータ装置４を介して外部通信する構成は必須ではなく、スタンドアロン型のシステムでもよい。
The
制御部１１は取得した情報をもとに、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、第１スイッチＳＷ１－第３スイッチＳＷ３を制御する。
Based on the acquired information, the
図４（ａ）－（ｂ）は、比較例と実施例に係る蓄電システム１のスイッチ状態をまとめた図である。図４（ａ）は比較例に係るスイッチ状態を、図４（ｂ）は実施例に係るスイッチ状態をそれぞれ示している。
FIGS. 4A and 4B are diagrams summarizing switch states of the
通常時、制御部１１は、第１スイッチＳＷ１をオン状態、第２スイッチＳＷ２をオフ状態、第３スイッチＳＷ３をオフ状態にそれぞれ制御する。この状態では、系統２のみから特定負荷３に電力が供給される。通常時のスイッチ制御は、比較例と実施例で同じである。
Normally, the
タイマー充電時、制御部１１は、第１スイッチＳＷ１をオン状態、第２スイッチＳＷ２をオフ状態、第３スイッチＳＷ３をオン状態にそれぞれ制御する。この状態では、系統２のみから特定負荷３に電力が供給される。また系統２から供給される電力で蓄電部１０が充電される。タイマー充電時のスイッチ制御も、比較例と実施例で同じである。
During timer charging, the
タイマー放電時は、比較例と実施例でスイッチ制御が異なる。比較例では、制御部１１は、第１スイッチＳＷ１をオフ状態、第２スイッチＳＷ２をオン状態、第３スイッチＳＷ３をオフ状態にそれぞれ制御する。この状態では、蓄電システム１のみから特定負荷３に電力が供給される。実施例では、制御部１１は、第１スイッチＳＷ１をオン状態、第２スイッチＳＷ２をオン状態、第３スイッチＳＷ３をオフ状態にそれぞれ制御する。この状態では、系統２と蓄電システム１の両方から特定負荷３に電力が供給される。
At the time of timer discharge, switch control differs between the comparative example and the embodiment. In the comparative example, the
実施例ではタイマー放電時、制御部１１は放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に、系統電圧の位相と周波数に同期した電圧の交流電力を出力させる（同期モード）。系統電圧の位相と周波数は、第１電圧計測部１４から取得される系統電圧のゼロクロスタイミングをもとに検出することができる。
In the embodiment, during timer discharge, the
また実施例ではタイマー放電時、制御部１１は、第１電流計測部１５から取得される第１電流値に対する第２電流計測部１７から取得される第２電流値の電流比率Ｒが、予め設定された目標値Ｔ（０＜Ｔ＜１）を維持するように、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する。具体的には電流比率Ｒが目標値Ｔより低いとき、制御部１１は、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に含まれる複数のスイッチング素子のデューティ比を上げる。反対に電流比率Ｒが目標値Ｔより高いとき、制御部１１は、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に含まれる複数のスイッチング素子のデューティ比を下げる。
In the embodiment, during timer discharge, the
目標値Ｔが高く設定されるほど、特定負荷３に供給される電流全体に対する蓄電システム１から放電される電流の寄与が大きくなり、系統２から供給される電流の寄与が小さくなる。蓄電システム１から放電される電流の寄与が大きくなるほど、電気料金の節約の効果は大きくなる。しかしながら、特定負荷３から見える容量が小さくなるため電圧や周波数が変動しやすくなる。設計者は、蓄電部１０の蓄電容量、蓄電システム１に使用されている電子部品の仕様などを考慮して目標値Ｔを設定する。
As the target value T is set higher, the contribution of the current discharged from the
系統２の停電時、制御部１１は第１スイッチＳＷ１をオフ状態、第２スイッチＳＷ２をオン状態、第３スイッチＳＷ３をオフ状態にそれぞれ制御する。この状態では、蓄電システム１のみから特定負荷３に電力が供給される。停電時のスイッチ制御は、比較例と実施例で同じである。系統２の停電時、制御部１１は放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に、自立的に生成した位相と周波数を持つ電圧の交流電力を出力させる（非同期モード）。
When the
図５（ａ）－（ｂ）は、比較例と実施例に係る、通常状態からタイマー放電状態に切り替わる際の、特定負荷３に流れる電流波形を模式的に示した図である。図５（ａ）は比較例に係る電流波形を、図５（ｂ）は実施例に係る電流波形をそれぞれ示している。比較例では、通常状態からタイマー放電状態に切り替わるタイミングで瞬断が発生している。一方、実施例では、通常状態からタイマー放電状態に切り替わるタイミングで瞬断が発生せず、滑らかに切り替わる。
FIGS. 5A and 5B are diagrams schematically showing current waveforms flowing through the
図６は、実施例に係るタイマー放電時の動作の流れを示すフローチャートである。タイマー放電の開始時刻の所定時間前（例えば、０．５～１０分前）になると（Ｓ１０のＹ）、制御部１１は第２スイッチＳＷ２をターンオンする（Ｓ１１）。その後、タイマー放電の開始時刻が到来すると（Ｓ１２のＹ）、制御部１１は放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に、電流出力を開始させる（Ｓ１３）。その際、制御部１１は電流比率Ｒが、目標値Ｔより低い初期値から目標値Ｔに漸次的に上昇するように、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する。初期値は零であってもよいし、零と目標値Ｔの間の値であってもよい。初期値の値、及び初期値から目標値Ｔまでの上昇速度は、設計者により設定される。電流比率Ｒが目標値Ｔに到達後、制御部１１は電流比率Ｒが目標値Ｔを維持するように、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する（Ｓ１４）。
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of operations during timer discharge according to the embodiment. When a predetermined time (for example, 0.5 to 10 minutes) before the timer discharge start time (Y in S10), the
タイマー放電の終了時刻が到来すると（Ｓ１５のＹ）、制御部１１は放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に、電流出力を終了させる（Ｓ１６）。その際、制御部１１は電流比率Ｒが、目標値Ｔから零に漸次的に低下するように、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２を制御する。目標値Ｔから零までの低下速度は、設計者により設定される。タイマー放電の終了時刻の所定時間後（例えば、５～３０秒後）になると（Ｓ１７のＹ）、制御部１１は第２スイッチＳＷ２をターンオフする（Ｓ１８）。
When the end time of the timer discharge comes (Y of S15), the
図７は、実施例に係るタイマー放電時の追加制御を示すフローチャートである。タイマー放電の開始時刻の所定時間前になると（Ｓ２０のＹ）、制御部１１は第１電流計測部１５からの第１電流値の取得を開始する（Ｓ２１）。制御部１１は取得した第１電流値の変動率を算出する（Ｓ２２）。例えば、第１電流値の所定時間におけるピークピーク値の標準偏差を算出してもよい。
FIG. 7 is a flowchart showing additional control during timer discharge according to the embodiment. At a predetermined time before the timer discharge start time (Y of S20), the
制御部１１は、算出した第１電流値の変動率が設定値を超えるとき（Ｓ２３のＹ）、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２に、電流出力を一時停止させる（Ｓ２４）。ステップＳ２１に遷移する。第１電流値の変動率が設定値を超えていないとき（Ｓ２３のＮ）、制御部１１は、第１電流値の変動率に応じて目標値Ｔを補正する（Ｓ２５）。具体的には、第１電流値の変動率が大きいほど、目標値Ｔを下げる補正を加える。設定値の値、及び変動率と目標値Ｔの補正係数を対応させたマップ又は関数は、設計者により設定される。タイマー放電の終了時刻が到達すると（Ｓ２６のＹ）、当該追加制御を終了する。タイマー放電の実行中（Ｓ２６のＮ）、ステップＳ２１－ステップＳ２５の処理が繰り返し実行される。
When the calculated variation rate of the first current value exceeds the set value (Y in S23), the
なお、図７に示した追加制御はオプションであり必須ではない。図６に示した基本制御のみが実行される場合、目標値Ｔは固定となり、タイマー放電の期間中、蓄電システム１からの放電が中断することはない。
Note that the additional control shown in FIG. 7 is optional and not essential. When only the basic control shown in FIG. 6 is executed, the target value T is fixed, and discharge from the
図８は、実施例に係るタイマー充電時の動作の流れを示すフローチャートである。タイマー充電の開始時刻が到来すると（Ｓ３０のＹ）、制御部１１は第３スイッチＳＷ３をターンオンする（Ｓ３１）。制御部１１は充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３に、設定された充電終了時刻に充電が終了する電流レートで、充電動作を開始させる（Ｓ３２）。
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of operations during timer charging according to the embodiment. When the timer charging start time arrives (Y of S30), the
制御部１１は、蓄電部１０内の蓄電池のＳＯＣ（State Of Charge）が充電目標値に到達すると（Ｓ３３のＹ）、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の動作を終了させ（Ｓ３４）、第３スイッチＳＷ３をターンオフする（Ｓ３５）。制御部１１は、蓄電部１０内の監視部から通知される蓄電池セルの電圧および電流をもとに、蓄電池のＳＯＣを推定する。ＳＯＣは例えば、電流積算法またはＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法により推定できる。
When the SOC (State Of Charge) of the storage battery in
一般的に蓄電池には、保存劣化とサイクル劣化による寿命がある。保存劣化は、蓄電池の各時点における温度、各時点におけるＳＯＣに応じて経時的に進行する劣化である。充放電中であるか否かを問わず時間経過とともに進行する。保存劣化は主に、負極に被膜（ＳＥＩ（Solid Electrolyte Interphase）膜）が形成されることに起因して発生する。保存劣化は、各時点におけるＳＯＣと温度に依存する。一般的に、各時点におけるＳＯＣが高いほど、また各時点における温度が高いほど、保存劣化速度は増加する。 In general, storage batteries have a lifespan due to storage deterioration and cycle deterioration. Storage deterioration is deterioration that progresses over time according to the temperature of the storage battery at each point in time and the SOC at each point in time. It progresses over time regardless of whether charging/discharging is in progress. Storage deterioration occurs mainly due to the formation of a film (SEI (Solid Electrolyte Interphase) film) on the negative electrode. Storage deterioration depends on the SOC and temperature at each time point. Generally, the higher the SOC at each time point and the higher the temperature at each time point, the higher the storage deterioration rate.
サイクル劣化は、充放電の回数が増えるにつれ進行する劣化である。サイクル劣化は主に、活物質の膨張または収縮による割れや剥離などに起因して発生する。サイクル劣化は、電流レート、使用するＳＯＣ範囲、温度に依存する。一般的に、電流レートが高いほど、また使用するＳＯＣ範囲が広いほど、また温度が高いほど、サイクル劣化速度は増加する。 Cycle deterioration is deterioration that progresses as the number of times of charging and discharging increases. Cycle deterioration is mainly caused by cracking or peeling due to expansion or contraction of the active material. Cycle degradation depends on current rate, SOC range used, and temperature. Generally, the higher the current rate, the wider the SOC range used, and the higher the temperature, the higher the cycling degradation rate.
蓄電モードでも経済モードでも、蓄電池を満充電容量（ＳＯＣ＝１００％）まで充電したほうが、停電時のバックアップ容量を多く確保することができる。しかしながら、蓄電池の劣化抑制の観点では、蓄電池のＳＯＣは低いほうが望ましい。設計者は、両者の要請を考慮して充電目標値のデフォルト値を設定する。例えば、ＳＯＣが７０－９０％の範囲内において、保存劣化速度曲線の傾きを考慮して、できるだけコストパフォーマンスがよい位置に充電目標値のデフォルト値を設定する。 In both the power storage mode and the economy mode, charging the storage battery to the full charge capacity (SOC=100%) makes it possible to secure a large amount of backup capacity in the event of a power failure. However, from the viewpoint of suppressing deterioration of the storage battery, it is desirable that the SOC of the storage battery is low. The designer sets the default charging target value in consideration of both requests. For example, in the SOC range of 70% to 90%, the default charging target value is set at a position where cost performance is as good as possible in consideration of the slope of the storage deterioration rate curve.
図９は、充電目標値の自動変更処理を示すフローチャートである。充電目標値に対するユーザの指定がある場合（Ｓ４０のＹ）、制御部１１は、充電目標値にユーザにより指定された値を設定する（Ｓ４１）。充電目標値に対するユーザの指定がない場合（Ｓ４０のＮ）、制御部１１は、充電目標値にデフォルト値（例えば、８０％）を設定する（Ｓ４２）。
FIG. 9 is a flowchart showing automatic change processing of the charging target value. If the target charging value is specified by the user (Y of S40), the
制御部１１は、インターネット５に接続された気象事業者サーバから気象警戒情報を受信すると（Ｓ４３のＹ）、制御部１１は、充電目標値を１００％に変更する（Ｓ４４）。気象警戒情報は例えば、大雨、洪水、土砂災害、高潮、暴風に関する注意報または警報に基づく情報である。気象条件の悪化により停電が発生するリスクが上昇するため、制御部１１は、蓄電池を満充電容量まで充電するモードに切り替える。
When the
制御部１１は、気象事業者サーバから気象警戒情報の解除情報を受信すると（Ｓ４５のＹ）、ステップＳ４０に遷移し、元の値に復帰する。なお、ステップＳ４３において、送配電事業者サーバから計画停電情報を受信した場合も、制御部１１は、充電目標値を１００％に変更する。計画停電が終了すると充電目標値を元の値に復帰させる。
When the
以上説明したように本実施例によれば、タイマー放電時において、系統２から特定負荷３への電力供給を遮断せずに、系統２からの電力供給を一定の割合で維持する。これにより、タイマー放電の開始時または終了時に、瞬断が発生することを防止することができる。また、タイマー放電の開始時または終了時において、電流比率Ｒを初期値から目標値Ｔまで、または電流比率Ｒを目標値Ｔから零まで、徐々に変化させることにより、タイマー放電の開始時または終了時の電流変化を滑らかにすることができる。また、特定負荷３に流れる電流の変動率をもとに、電流比率Ｒを適応的に変化させることにより、負荷変動に伴う電圧や周波数の変動を緩やかにすることができる。
As described above, according to this embodiment, the power supply from the
また、充電目標率を停電の発生リスクに応じて切り替えることにより、蓄電池の劣化抑制の要請と、バックアップ容量の確保の要請を両立させることができる。 Also, by switching the charging target rate according to the risk of occurrence of a power outage, it is possible to satisfy both the request for suppressing the deterioration of the storage battery and the request for securing the backup capacity.
以上、本開示を実施例をもとに説明した。実施例は例示であり、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開示の範囲にあることは当業者に容易に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. Those skilled in the art will easily understand that the embodiments are illustrative, and that various modifications can be made to the combination of each component and each treatment process, and that such modifications are within the scope of the present disclosure. be.
図１０は、変形例１に係る蓄電システム１の回路構成を示す図である。図３に示した回路構成では、第１電流計測部１５を、第１電流経路Ｐ１上の第１ノードＮ１より特定負荷３側の位置に設置した。変形例１では、第１電流計測部１５を、第１電流経路Ｐ１上の、第１スイッチＳＷ１と第１ノードＮ１との間の位置に設置する。この場合、第１電流計測部１５により計測される第１電流値は、系統２から特定負荷３に流れている電流を示す値となる。この場合、目標値Ｔ（０＜Ｔ）は（第２電流値／第１電流値）で定義されてもよいし、目標値Ｔ（０＜Ｔ＜１）は（第２電流値／（第１電流値＋第２電流値））で定義されてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a
図１１は、変形例２に係る蓄電システム１の回路構成を示す図である。上記実施例では、蓄電システム１から、ユーザにより選定された特定負荷３に電力を供給する例を説明した。変形例２では、特定負荷３ではなく、一般負荷３ａに電力を供給する例を説明する。一般負荷３ａは、系統２から電力が供給される屋内の全ての負荷を含む概念である。
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a
この構成では、幹線となる第１電流経路Ｐ１は、蓄電システム１の筐体の外に存在することになる。そのため第１電圧計測部１４と第１電流計測部１５を、蓄電システム１の筐体の外に設置する必要がある。第１電圧計測部１４と制御部１１間、及び第１電流計測部１５と制御部１１間をそれぞれ有線で接続すると配線が煩雑となる。ユーザが蓄電システム１を移動させる場合、それらの配線が邪魔になる。
In this configuration, the first current path P<b>1 that is the main line exists outside the housing of the
変形例２では、制御部１１は、系統２から屋内への引き込み口に設置されたスマートメーター６から無線通信で、第１電流経路Ｐ１の電圧値（系統電圧値）と電流値（第１電流値）を取得する。例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は９２０ＭＨｚ帯を使用した特定小電力無線を使用して取得する。なお、第１電流経路Ｐ１を利用した電力線通信(ＰＬＣ：Power Line Communication)を使用して取得してもよい。以上により、変形例２においても信号線を排したシステムを構築することができる。なお、スマートメーター６の代わりに、スマート分電盤から第１電流経路Ｐ１の電圧値と電流値を取得してもよい。
In Modified Example 2, the
図３に示した回路構成では、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２と充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３を別々に設けたが、一体化してもよい。例えば、放電用ＤＣ／ＡＣインバータ１２を双方向インバータに変更して、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ１３及び第３スイッチＳＷ３を省略してもよい。
In the circuit configuration shown in FIG. 3, the discharging DC/
なお、実施例は、以下の項目によって特定されてもよい。 In addition, the embodiment may be specified by the following items.
［項目１］
蓄電部（１０）と、
前記蓄電部（１０）から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ（１２）と、
電力系統（２）と負荷（３）との間の電流経路（Ｐ１）に挿入された第１スイッチ（ＳＷ１）と、
前記第１スイッチ（ＳＷ１）より前記負荷（３）側の位置の前記電流経路（Ｐ１）上のノード（Ｎ１）と、前記インバータ（１２）の交流側端子との間の電流経路（Ｐ２）に挿入される第２スイッチ（ＳＷ２）と、
前記電力系統（２）から前記負荷（３）に流れている電流又は前記負荷（３）に流れている電流全体を計測する第１電流計測部（１５）と、
前記蓄電部（１０）から前記ノード（Ｎ１）に流れている電流を計測する第２電流計測部（１７）と、
前記第１電流計測部（１５）により計測された第１電流値、及び前記第２電流計測部（１７）により計測された第２電流値をもとに、前記インバータ（１２）、前記第１スイッチ（ＳＷ１）及び前記第２スイッチ（ＳＷ２）を制御する制御部（１１）と、を備え、
前記制御部（１１）は、
通常時において、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオン状態及び前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオフ状態に制御し、
予め設定された前記蓄電部（１０）の放電時間帯において、前記第１スイッチ（ＳＷ１）及び前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオン状態に制御し、前記第１電流値に対する前記第２電流値の比率が、予め設定された目標値（当該目標値は０を含まず）を維持するように前記インバータ（１２）を制御することを特徴とする蓄電システム（１）。
これによれば、タイマー放電の開始時または終了時の瞬断を抑制することができる。
［項目２］
前記制御部（１１）は、
前記放電時間帯の開始時刻の所定時間前に、前記第２スイッチ（ＳＷ２）をターンオンすることを特徴とする項目１に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、タイマー放電開始時の電流変動の抑制に寄与することができる。
［項目３］
前記制御部（１１）は、
前記放電時間帯の開始時において、前記比率が、前記目標値より低い値から前記目標値に漸次的に上昇するように、前記インバータ（１２）を制御することを特徴とする項目１または２に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、タイマー放電開始時の電流変動の抑制に寄与することができる。
［項目４］
前記制御部（１１）は、
前記放電時間帯の終了時刻の所定時間後に、前記第２スイッチ（ＳＷ２）をターンオフすることを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、タイマー放電終了時の電流変動の抑制に寄与することができる。
［項目５］
前記制御部は、
前記放電時間帯の終了時において、前記比率が、前記目標値から零に漸次的に低下するように、前記インバータ（１２）を制御することを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、タイマー放電終了時の電流変動の抑制に寄与することができる。
［項目６］
前記制御部は、
前記放電時間帯において、前記第１電流値の変動率が大きいほど、前記目標値を下げることを特徴とする項目１から５のいずれか１項に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、負荷（３）に供給される電力の電圧または周波数の変動を抑制することができる。
［項目７］
前記制御部は、
前記放電時間帯において、前記第１電流値の変動率が設定値を超えているとき、前記インバータ（１２）からの電流出力を保留させることを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、負荷（３）に供給される電力の電圧または周波数の変動を抑制することができる。
［項目８］
前記制御部は、
前記電力系統（２）の停電時において、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオフ状態及び前記第２スイッチ（ＳＷ２）をオン状態に制御することを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、停電時に、負荷（３）の電力をバックアップすることができる。
［項目９］
前記制御部は、
前記放電時間帯において、前記インバータ（１２）に、系統電圧の位相と周波数に同期した電圧の交流電力を出力させ、
前記電力系統（２）の停電時において、前記インバータ（１２）に、自立的に生成された位相と周波数を持つ電圧の交流電力を出力させることを特徴とする項目８に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、停電時の電力バックアップ機能と、タイマー放電機能を適切に運用することができる。
［項目１０］
前記負荷（３）は、ユーザにより選択された特定負荷（３）であることを特徴とする項目１から９のいずれか１項に記載の蓄電システム（１）。
これによれば、特定負荷（３）のバックアップが可能な、小型で配線レスの蓄電システム（１）を構築することができる。
[Item 1]
a power storage unit (10);
an inverter (12) for converting DC power supplied from the power storage unit (10) into AC power;
a first switch (SW1) inserted in a current path (P1) between the power system (2) and the load (3);
on the current path (P2) between the node (N1) on the current path (P1) at the position closer to the load (3) than the first switch (SW1) and the AC side terminal of the inverter (12). a second switch (SW2) to be inserted;
a first current measuring unit (15) for measuring the current flowing from the electric power system (2) to the load (3) or the entire current flowing to the load (3);
a second current measuring unit (17) for measuring the current flowing from the power storage unit (10) to the node (N1);
Based on the first current value measured by the first current measuring unit (15) and the second current value measured by the second current measuring unit (17), the inverter (12), the first A control unit (11) that controls the switch (SW1) and the second switch (SW2),
The control unit (11)
In a normal state, the first switch (SW1) is controlled to be ON and the second switch (SW2) is controlled to be OFF;
The first switch (SW1) and the second switch (SW2) are controlled to be on in a predetermined discharge time period of the storage unit (10), and the ratio of the second current value to the first current value is adjusted. A power storage system (1) characterized by controlling the inverter (12) such that the ratio maintains a preset target value (the target value does not include 0).
According to this, it is possible to suppress an instantaneous interruption at the start or end of the timer discharge.
[Item 2]
The control unit (11)
The power storage system (1) according to
According to this, it is possible to contribute to suppression of current fluctuation at the start of timer discharge.
[Item 3]
The control unit (11)
According to this, it is possible to contribute to suppression of current fluctuation at the start of timer discharge.
[Item 4]
The control unit (11)
4. The power storage system (1) according to any one of
According to this, it is possible to contribute to suppression of current fluctuation at the end of timer discharge.
[Item 5]
The control unit
5. The method according to any one of
According to this, it is possible to contribute to suppression of current fluctuation at the end of timer discharge.
[Item 6]
The control unit
6. The power storage system (1) according to any one of
According to this, fluctuations in the voltage or frequency of the power supplied to the load (3) can be suppressed.
[Item 7]
The control unit
7. The method according to any one of
According to this, fluctuations in the voltage or frequency of the power supplied to the load (3) can be suppressed.
[Item 8]
The control unit
5. The method according to any one of
According to this, the electric power of load (3) can be backed up at the time of a power failure.
[Item 9]
The control unit
causing the inverter (12) to output AC power having a voltage synchronized with the phase and frequency of the system voltage during the discharge time period;
The power storage system (1) according to item 8, wherein the inverter (12) is caused to output AC power having a voltage having a phase and frequency generated independently during a power failure in the power system (2). ).
According to this, the power backup function at the time of power failure and the timer discharge function can be operated appropriately.
[Item 10]
10. The power storage system (1) according to any one of
According to this, it is possible to construct a compact, wiring-less power storage system (1) capable of backing up the specific load (3).
１ 蓄電システム、 １ｏ 操作部、 １ｃ ＡＣコンセント、 １ｐ ＡＣプラグ、 ２ 系統、 ２ｃ ＡＣコンセント、 ３ 特定負荷、 ３ｔ テレビ、 ３ｐ ＡＣプラグ、 ３ａ 一般負荷、 ４ ルータ装置、 ５ インターネット、 ６ スマートメーター、 １０ 蓄電部、 １１ 制御部、 １２ 放電用ＤＣ／ＡＣインバータ、 １３ 充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ、 １４ 第１電圧計測部、 １５ 第１電流計測部、 １６ 第２電圧計測部、 １７ 第２電流計測部、 ＳＷ１ 第１スイッチ、 ＳＷ２ 第２スイッチ、 ＳＷ３ 第３スイッチ、 Ｐ１ 第１電流経路、 Ｐ２ 第２電流経路、 Ｐ３ 第３電流経路。
1 power storage system 1o operation unit
Claims (10)
前記蓄電部から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
電力系統と負荷との間の電流経路に挿入された第１スイッチと、
前記第１スイッチより前記負荷側の位置の前記電流経路上のノードと、前記インバータの交流側端子との間の電流経路に挿入される第２スイッチと、
前記電力系統から前記負荷に流れている電流又は前記負荷に流れている電流全体を計測する第１電流計測部と、
前記蓄電部から前記ノードに流れている電流を計測する第２電流計測部と、
前記第１電流計測部により計測された第１電流値、及び前記第２電流計測部により計測された第２電流値をもとに、前記インバータ、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
通常時において、前記第１スイッチをオン状態及び前記第２スイッチをオフ状態に制御し、
予め設定された前記蓄電部の放電時間帯において、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチをオン状態に制御し、前記第１電流値に対する前記第２電流値の比率が、予め設定された目標値（当該目標値は０を含まず）を維持するように前記インバータを制御することを特徴とする蓄電システム。 a power storage unit;
an inverter that converts the DC power supplied from the power storage unit into AC power;
a first switch inserted in a current path between the power system and the load;
a second switch inserted in a current path between a node on the current path located closer to the load than the first switch and an AC-side terminal of the inverter;
a first current measuring unit that measures the current flowing from the power system to the load or the entire current flowing to the load;
a second current measurement unit that measures the current flowing from the power storage unit to the node;
controlling the inverter, the first switch and the second switch based on the first current value measured by the first current measuring unit and the second current value measured by the second current measuring unit a control unit;
The control unit
controlling the first switch to be on and the second switch to be off under normal conditions;
The first switch and the second switch are controlled to be on during a preset discharge time period of the power storage unit, and the ratio of the second current value to the first current value is set to a preset target value. (the target value does not include 0).
前記放電時間帯の開始時刻の所定時間前に、前記第２スイッチをターンオンすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。 The control unit
2. The power storage system according to claim 1, wherein said second switch is turned on a predetermined time before the start time of said discharge period.
前記放電時間帯の開始時において、前記比率が、前記目標値より低い値から前記目標値に漸次的に上昇するように、前記インバータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。 The control unit
3. The inverter according to claim 1, wherein the inverter is controlled such that the ratio gradually increases from a value lower than the target value to the target value at the start of the discharge period. storage system.
前記放電時間帯の終了時刻の所定時間後に、前記第２スイッチをターンオフすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電システム。 The control unit
4. The power storage system according to any one of claims 1 to 3, wherein the second switch is turned off after a predetermined time from the end time of the discharge period.
前記放電時間帯の終了時において、前記比率が、前記目標値から零に漸次的に低下するように、前記インバータを制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電システム。 The control unit
5. The inverter according to any one of claims 1 to 4, wherein the inverter is controlled such that the ratio gradually decreases from the target value to zero at the end of the discharge period. storage system.
前記放電時間帯において、前記第１電流値の変動率が大きいほど、前記目標値を下げることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電システム。 The control unit
The power storage system according to any one of claims 1 to 5, wherein the target value is lowered as the variation rate of the first current value increases in the discharge time period.
前記放電時間帯において、前記第１電流値の変動率が設定値を超えているとき、前記インバータからの電流出力を保留させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄電システム。 The control unit
7. The current output from the inverter is suspended when the variation rate of the first current value exceeds a set value in the discharge time period. storage system.
前記電力系統の停電時において、前記第１スイッチをオフ状態及び前記第２スイッチをオン状態に制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電システム。 The control unit
5. The power storage system according to any one of claims 1 to 4, wherein the first switch is turned off and the second switch is turned on when the power system fails.
前記放電時間帯において、前記インバータに、系統電圧の位相と周波数に同期した電圧の交流電力を出力させ、
前記電力系統の停電時において、前記インバータに、自立的に生成された位相と周波数を持つ電圧の交流電力を出力させることを特徴とする請求項８に記載の蓄電システム。 The control unit
causing the inverter to output AC power having a voltage synchronized with the phase and frequency of the system voltage during the discharge time period;
9. The power storage system according to claim 8, wherein, in the event of a power failure in the electric power system, the inverter is caused to output alternating current power of a voltage having a phase and a frequency generated independently.
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