JP2005065480A - 電力貯蔵システムの充電方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 多段充電方式を用いるとともに、蓄電池5の充電が行われる電力料金の安価な夜間においても、契約電力を超えない範囲で充電ができる電力貯蔵システムの充電方式を提供する。
【解決手段】 夜間には商用電源1からの電力を双方向コンバータ4を用いて蓄電池5に段階的に充電電力値を少なくしながら多段充電をし、昼間の電力需要時には蓄電池5からの電力を双方向コンバータ4を用いて負荷2に供給する設備を備える。そして、夜間の充電時には、商用電源1からの全消費電力（Ｗ）を測定する。ここで、商用電源1からの全消費電力（Ｗ）が、契約電力の範囲内で設定したしきい値を超えている場合には、充電電力値を一段下げて充電をするように双方向コンバータ4を制御をする。ここで、昼間の蓄電池5の放電量に応じて、夜間の充電時におけるしきい値を変えられるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力貯蔵システムの充電方式に関するものである。

最近、蓄電池を用いた電力貯蔵システムの開発が進められている。この電力貯蔵システムは、夜間の安価な余剰電力を蓄電池に蓄えておき、昼間の電力需要時に前記蓄電池を放電させて電力を供給する、いわゆるピークカットを行うシステムである（例えば、特許文献１参照。）。

図４は、従来から使用されている電力貯蔵システムのブロック図である。すなわち、電力計6、ブレーカ3、双方向コンバータ4、蓄電池5、コントロール回路9、電圧計10及び充電制御テーブル11などで構成されている。そして、電力貯蔵システムは商用電源1と負荷2とに接続されている。

ブレーカ3とは、短絡などによって、双方向コンバータ4に過電流が流れた場合に電流を遮断する装置である。双方向コンバータ4とは、夜間の余剰電力を蓄電池5に定電力で充電をするための充電器としての役割と、昼間の電力需要時には蓄電池5を放電させて、インバータとして交流を生成して負荷2が消費する電力の一部を供給する装置である。なお、蓄電池5には、安価な鉛蓄電池が一般的に使用されている。

コントロール回路9とは、双方向コンバータ4の動作を制御する装置である。すなわち、夜間においてコントロール回路9は、商用電源1からの電力を、双方向コンバータ4を充電器として作動させて蓄電池5を充電するように制御する。なお、鉛蓄電池などの蓄電池5の充電は、電力料金の安い、夜間に行われるのが一般的である。

一方、昼間の電力需要時においてコントロール回路9は、蓄電池5からの直流を、双方向コンバータ4を作動させて交流電力に変換して、負荷2が消費する電力の一部を供給するように制御する。

ここで、鉛蓄電池などの蓄電池5を充電するには、短時間で充電が可能なこと、制御が容易なこと、及び、装置の低コスト化などの理由から、図２に示すように、定電力で段階的に充電電力値を下げながら充電をする手法が一般的に用いられている（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、図２において充電初期には比較的大きな電力値で充電し（１段目と記載。）、充電によって蓄電池5の電圧が設定電圧（一例として、２．４２Ｖ／セルと記載。）に達すると、充電時の電力値を段階的に下げていき、必要に応じて、最後に定電圧で充電をする充電方式である（２段目〜４段目と記載。以下において、この充電方式を多段充電方式と呼ぶ。）。

特開２００２−２８１６９３号公報 特願２００２−２３７７４２号公報

しかしながら、図２に示すように、充電初期には比較的大きな電力値で充電をしているために、負荷2（図４）の消費電力が増加した場合には、全消費電力（負荷2の消費電力及び電力貯蔵システムが消費する充電電力の合計値）が、契約電力である「しきい値」を超えてしまう場合が認められた（図２で「問題点」と記載した。）。なお、契約電力を超えた電力で使用を続けるには、電力会社に基本料金を多く支払をなければならないという問題点がある。

本発明の目的は、制御が容易なこと等から多段充電方式を用いるとともに、蓄電池5の充電が行われる電力料金の安価な夜間においても、契約電力を超えない電力貯蔵システムの充電方式を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明に係わる電力貯蔵システムは、制御の容易さ、及び、装置の低コスト化等に優れた多段充電方式を用いている。そして、本発明に係わる電力貯蔵システムでは、商用電源からの全消費電力を電力計によって測定し、電力演算部で演算して数値化する。そして、電力演算部によって演算された全消費電力が、契約電力のしきい値を超えた場合には、充電電力値を１段落とすようにして、全消費電力が契約電力のしきい値を超えないように制御する方式である。

さらに、複数のしきい値を設定できるようにした。そして、昼間の放電量が多い場合には、しきい値を高く設定し、昼間の放電量が少ない場合には、しきい値を低く設定するようにしたものである。

すなわち、請求項１の発明は、昼間の電力需要時には蓄電池からの電力を双方向コンバータを用いて負荷に供給する方式を備え、夜間には商用電源からの電力を前記双方向コンバータを用いて前記蓄電池に段階的に充電電力値を少なくしながら充電をする多段充電方式を備えた電力貯蔵システムの充電方式において、契約電力量の範囲内でしきい値を設定し、夜間の充電時に前記商用電源の全消費電力を測定し、該全消費電力値が前記しきい値を超えている場合には、前記充電電力値を一段下げるように、前記双方向コンバータを制御することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記多段充電方式で充電をした後に、定電圧で前記蓄電池を充電することを特徴としている。

請求項３の発明は、昼間の電力需要時には蓄電池からの電力を双方向コンバータを用いて負荷に供給する方式を備え、夜間には商用電源からの電力を前記双方向コンバータを用いて前記蓄電池に段階的に充電電力値を少なくしながら充電をする多段充電方式を備えた電力貯蔵システムの充電方式において、契約電力量の範囲内で複数のしきい値を設定することができ、昼間の前記蓄電池の放電量を測定して、該放電量が多い場合には、前記しきい値を高く設定し、前記放電量が少ない場合には、前記しきい値を低く設定し、夜間の充電時に前記商用電源の全消費電力を測定し、該全消費電力値が前記しきい値を超えている場合には、前記充電電力値を一段下げるように、前記双方向コンバータを制御することを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記多段充電方式で充電をした後に、定電圧で前記蓄電池を充電することを特徴としている。

上述したように、本発明に係わる電力貯蔵システムを用いることにより、鉛蓄電池などの蓄電池5の充電が行われる電力料金の安い夜間において、多段充電方式を用いることができるとともに、契約電力を超えない電力貯蔵システムの充電方式を提供できる。

そして、本発明に係わる電力貯蔵システムは、夜間における負荷の消費電力の変動が大きく、契約電力に余裕がないような場合にも適用することができる。

加えて、昼間の蓄電池の放電量に応じて、夜間の充電条件を変更でき、適正な充電ができるようにしたものである。

本発明に係わる電力貯蔵システムについて図３を用いて詳細に説明する。

図３は、本発明に係わる電力貯蔵システムのブロック図である。すなわち、電力計6、ブレーカ3、双方向コンバータ4、蓄電池5、電力演算部7、しきい値判断部8及びコントロール回路9、電圧計10、充電制御テーブル11で構成されている。そして、本発明に係わる電力貯蔵システムは商用電源1、負荷2に接続されている。

ブレーカ3とは、双方向コンバータ4に過電流が流れた場合に、安全性を確保するために電流を遮断するものである。双方向コンバータ4とは、夜間の余剰電力を蓄電池5に定電力で充電をするための充電器としての役割と、昼間の電力需要時には蓄電池5を放電させてインバータとして交流を生成して負荷2が消費する電力の一部を供給する装置である。なお、蓄電池5には、安価で取り扱いが容易な制御弁式鉛蓄電池が一般的に使用されている。

コントロール回路9とは、双方向コンバータ4の動作を制御する装置である。すなわち、夜間においてコントロール回路9は、商用電源1からの電力を、双方向コンバータ4を充電器として作動させて蓄電池5を定電力で充電をするように制御する。なお、鉛蓄電池などの蓄電池5の充電は、電力料金の安い、夜間に行われるのが一般的である。

一方、昼間の電力需要時においてコントロール回路9は、蓄電池5からの直流を、双方向コンバータ4を作動させて交流電力に変換して、負荷2が消費する電力の一部を供給するように制御する。

電力演算部7では、電力計6で測定された全消費電力値を演算して数値化する。数値化された全消費電力値は、しきい値判断部8によって、契約電力の範囲内にあるか否かが判断される。そして、全消費電力値が契約電力の範囲内のしきい値を超えている場合には、その旨をコントロール回路9に出力する。コントロール回路9では、充電制御テーブル11にストアされている充電電力値や、後述する設定電圧のデータを用いて双方向コンバータ4を制御する。

以下に、本発明に係わる電力貯蔵システム及びその動作状況について、図１（実施例１）および図５（実施例２）を用いてより詳細に説明する。

（実施例１）
鉛蓄電池などの蓄電池5を充電するには、短時間で充電が可能なこと、充電制御の容易さ、及び、装置の低コスト化などの理由から、図１に示すように、定電力で段階的に充電電力値を下げながら充電をする多段充電方式が一般的に用いられている。

すなわち、通常は、充電初期には比較的大きな電力値で充電し（図１において、１段目と記載した。）、蓄電池の電圧が設定電圧（図１において、一例として、２．４２Ｖ／セルと記載した。）に達すると、充電時の電力値を段階的に下げていき、必要に応じて、最後に定電圧で充電をする多段充電方式を用いた。なお、最後に定電圧で充電をすることによって、充電不足による鉛蓄電池、特に、サルフェーションによる制御弁式鉛蓄電池の短寿命化を防止することができる。ここで、充電時の電力値や設定電圧は、上述したように、あらかじめ充電制御テーブル11（図３）にストアされているデータを用いて制御するようにした。そして、これらのデータは、充放電等の状況に応じて自由に変更ができるようにした。

電力演算部7では、電力計6で測定された負荷2及び双方向コンバータ4等が消費する全消費電力値を数値化する。数値化された全消費電力値は、しきい値判断部8によって、契約電力の範囲内であり、かつ、しきい値の範囲内にあるか否かが判断される。そして、しきい値の範囲を超えている場合には、その旨をコントロール回路9に出力する。コントロール回路9では、全消費電力値がしきい値を超えている場合には、充電制御テーブル11にストアされている充電電力値を現在よりも一段下げるように、双方向コンバータ4を制御する。

したがって、図１に示すように、充電時の電圧が設定電圧（図１では、２．４２Ｖ／セルと記載。）に達していないような場合でも、全消費電力値がしきい値に達した場合には、充電電力値を一段下げることによって、全消費電力値はしきい値以下に抑えることができる。

同様に、図１において示されてはいないが、充電電力値を一段下げた状態（２段目）でも、全消費電力値が、しきい値を超えているような場合には、さらに充電電力を下げた状態（３段目又は４段目）で充電ができるようにした。

すなわち、本発明に係わる電力貯蔵システムでは、夜間の充電方式として多段充電方式を用い、商用電源1からの全消費電力を電力計6によって測定し、その値を電力演算部7によって演算して数値化する。そして、電力演算部7によって演算された全消費電力が、負荷2の消費電力の増加等によって契約電力のしきい値を超えた場合には、充電電力値を１段下げるようにして、全消費電力が契約電力の範囲内のしきい値を超えないように制御するようにした。

（実施例２）
実施例２では、実施例１の「しきい値」を、２段階に設定できるようにしたものである（図５）。ここで、「しきい値」を「契約電力」に近い値にすると、何らかの状況によって負荷2の消費電力が急激に増加すると、コントロール回路9による双方向コンバータ4の制御が追いつかず、全消費電力（Ｗ）が「契約電力」を超えてしまう場合も起こり得る。そこで、通常は「しきい値」を「契約電力」に対して余裕のあるように低めの値に設定をする（図５では、「しきい値１」と記載した。）。すなわち、通常は「しきい値１」で充電制御がされるために、負荷2の消費電力が急激に増加しても全消費電力（Ｗ）が「契約電力」を超えることはない。

なお、昼間の電力使用料金は、夜間の電力使用料金に比べて高価である。そして、昼間に、通常よりも多くの電力量を、電力貯蔵システムから負荷2に供給したいような事態も起こる。すなわち、昼間の電力需要時の消費電力量が異常に大きくなったような場合には、電力貯蔵システムの蓄電池5の放電量を標準的な設計値よりも大きくしたい場合が生ずる。このような場合には、蓄電池5は昼間に深い放電がされることになり、その結果、夜間には、通常よりも充電量を多くする必要がある。

そこで、上記したように、電力貯蔵システムの蓄電池5の放電量が、標準的な設計値よりも大きくなったような場合には、通常使用している「しきい値１」よりも大きくして、「契約電力」に近い値に設定するようにした（図５では、「しきい値２」と記載した。）。

すなわち、昼間の蓄電池5の放電量が多い場合には、「しきい値２」で制御される。そして、夜間に負荷2の消費電力が大きくなった場合でも、全消費電力（Ｗ）が「しきい値２」を超えるような場合はめったに起こらず、大電力のままで蓄電池5の充電をすることができる。したがって、夜間の限られた時間内でも、電力貯蔵システムの蓄電池5を十分に充電をすることができる。一方、「しきい値１」のままで蓄電池5の充電をすると、（実施例１）で説明したように、全消費電力をその範囲内に制御するために、段階的に充電電力値を下げて充電がされて、夜間の限られた時間内では充電不足となるような事態も起こり得る。

すなわち、本発明に係わる電力貯蔵システムでは、上述した実施例１の内容に加えて、昼間の蓄電池5の放電量に応じ、夜間の充電時における契約電力の範囲内のしきい値を変えて、適正な充電ができるようにしたものである。

なお、実施例２では、しきい値を２段階に設定できる例を示している。しかし、昼間の蓄電池5の放電量、「契約電力」に対しての余裕度、電力貯蔵システムのしきい値判断部8の応答速度、負荷8の消費電力変動状況などから、しきい値の値を３段階または４段階に設定が可能にすることもできる。

本発明に係わる充電制御方式は、夜間の安価な余剰電力を蓄電池に蓄えておき、昼間の電力需要時に蓄電池を放電させて電力を供給する電力貯蔵システムに用いることができる。

実施例１に示す本発明に係わる電力貯蔵システムの動作状況を示す概略図である。 従来の電力貯蔵システムの動作状況を示す概略図である。 本発明に係わる電力貯蔵システムのブロック図である。 従来の電力貯蔵システムのブロック図である。 実施例２に示す本発明に係わる電力貯蔵システムの動作状況を示す概略図である。

符号の説明

１：商用電源、２：負荷、３：ブレーカ、４：双方向コンバータ、５：蓄電池、
６：電力計、７：電力演算部、８：しきい値判断部、９：コントロール回路、
１０：電圧計、１１：充電制御テーブル

Claims (4)

1. 昼間の電力需要時には蓄電池からの電力を双方向コンバータを用いて負荷に供給する方式を備え、夜間には商用電源からの電力を前記双方向コンバータを用いて前記蓄電池に段階的に充電電力値を少なくしながら充電をする多段充電方式を備えた電力貯蔵システムの充電方式において、
   契約電力量の範囲内でしきい値を設定し、
   夜間の充電時に前記商用電源の全消費電力を測定し、該全消費電力値が前記しきい値を超えている場合には、前記充電電力値を一段下げるように、前記双方向コンバータを制御することを特徴とする電力貯蔵システムの充電方式。
2. 前記多段充電方式で充電をした後に、定電圧で前記蓄電池を充電することを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システムの充電方式。
3. 昼間の電力需要時には蓄電池からの電力を双方向コンバータを用いて負荷に供給する方式を備え、夜間には商用電源からの電力を前記双方向コンバータを用いて前記蓄電池に段階的に充電電力値を少なくしながら充電をする多段充電方式を備えた電力貯蔵システムの充電方式において、
   契約電力量の範囲内で複数のしきい値を設定することができ、
   昼間の前記蓄電池の放電量を測定して、該放電量が多い場合には、前記しきい値を高く設定し、
   前記放電量が少ない場合には、前記しきい値を低く設定し、
   夜間の充電時に前記商用電源の全消費電力を測定し、該全消費電力値が前記しきい値を超えている場合には、前記充電電力値を一段下げるように、前記双方向コンバータを制御することを特徴とする電力貯蔵システムの充電方式。
4. 前記多段充電方式で充電をした後に、定電圧で前記蓄電池を充電することを特徴とする請求項３に記載の電力貯蔵システムの充電方式。

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