JP6430775B2

JP6430775B2 - 蓄電池装置

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Publication number: JP6430775B2
Application number: JP2014208778A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　章; 章伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2018-11-28
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Description

本発明は、蓄電池に蓄えられた電力を建物に供給する蓄電池装置に関する。

電力系統から建物に供給される電力は、電力使用機器（負荷）の稼働状況により大きく変動する。そこで、例えば工場のように大きな電力が消費される建物には、電力系統から供給される電力を平準化（ピークカット）することを目的として、蓄電池装置が備えられることが多い（例えば下記特許文献１を参照）。

このような蓄電池装置は、電力使用量が比較的少ない時間帯（例えば夜間）において蓄電池に電力を蓄えておき、電力使用量が比較的多い時間帯に蓄電池から電力を供給するものである。蓄電池装置を備えることにより、電力系統から供給される電力の最大値が低く抑えられるため、電力事業者に支払う電気料金を抑制することができる。

蓄電池装置からの電力供給と電力系統からの電力供給とを連系させるために、蓄電池装置には、蓄電池から取り出された直流電力を交流電力に変換するインバータが備えられる。また、蓄電池とインバータとの間には、蓄電池から直流電力を取り出してその電圧を変換するコンバータが備えられる。

蓄電池装置は、その全体の動作を制御するための制御部を有している。制御部は、電力系統から供給される電力の平準化が効率的に行われるように、蓄電池装置から建物に供給すべき電力の目標値（電力量）を一定期間ごとに設定する。尚、このような制御部は、蓄電池装置とは別体の上位コントローラとして備えられる場合もある。

従来の蓄電池装置において、制御部は、実際に蓄電池から取り出される電力量（蓄電池を複数有する場合には、それぞれの蓄電池から取り出される電力量の合計値）が上記目標値に一致するようにコンバータの制御を行っていた。

特開２０１４−１２８０６３号公報

コンバータやインバータのような電力変換器においては、入力電力と出力電力とは完全には一致せず、電力変換に伴って変換ロスが生じることが知られている。つまり、出力電力を入力電力で除したものを「変換効率」と定義した場合に、電力変換器の変換効率は１よりも小さな値となってしまうことが知られている。

このため、コンバータによって蓄電池から取り出される電力量を目標値に一致させるような制御が行われても、実際に建物に供給される電力量は、目標値よりも小さくなってしまう。具体的には、目標値に対してコンバータの変換効率（＜１）を掛け、更にインバータの変換効率（＜１）を掛けることによって得られる電力量が、実際に建物に供給される電力量となってしまうのである。

これに対する対策としては、電力の平準化に必要な電力量（従来の目標値）をそれぞれの変換効率で除して得られた値、つまり、従来の目標値よりも大きな値を、蓄電池から取り出される電力量の目標値として改めて設定することが考えられる。

しかしながら、電力変換器の変換効率は一定の値ではなく、電力変換器から出力される電力の大きさ（負荷率）や、電力変換器が設置された環境（温度）等によって変化してしまう。このため、変換効率を予め予測し、これに基づいて蓄電池から取り出される電力量の目標値を適切に設定しておくことは困難である。予測された変換効率と実際の変換効率が乖離した場合には、過放電によって蓄電池が劣化してしまう恐れもある。

また、蓄電池に充電を行う際においても同様の問題が生じうる。建物の余剰電力を蓄電池に充電するため、充電すべき電力量の目標値が設定されるのであるが、この場合には余剰電力を越えた電力が建物から蓄電池装置に引き込まれてしまうこととなる。つまり、蓄電池に実際に充電される電力量の値は目標値に一致するのであるが、インバータを介して建物から蓄電池装置に引き込まれる電力量の値は、目標値をインバータの変換効率（＜１）で除し、更にコンバータの変換効率（＜１）でも除した値、つまり、設定された目標値よりも大きな値となってしまうのである。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力の平準化に必要な電力を、建物に対して正確に供給することのできる蓄電池装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電池装置は、複数の蓄電池（２１）に蓄えられた電力を建物（ＦＣ）に供給する蓄電池装置（ＢＳ）であって、蓄電池から直流電力を取り出し、電圧を変換して出力する複数のコンバータ（２２）と、コンバータから出力された直流電力を、交流電力に変換して建物に供給するインバータ（３００）と、蓄電池装置全体の動作を制御する制御部（１００）と、を備える。制御部は、インバータから建物側に出力される電力量が、予め設定された目標放電量に一致するよう、インバータの動作を制御する上位制御部（１１０）と、それぞれの蓄電池に対応して設けられており、コンバータの動作を制御する複数の下位制御部（１２０）と、を有しており、下位制御部は、コンバータを通過する電力の方向性を管理する制御を行う一方で、コンバータを通過する電力の大きさを所定の目標値に一致させるような制御は行わないものであり、複数の下位制御部のうちの１つであるマスター制御部のみが上位制御部との通信を行い、マスター制御部は、マスター制御部を除く下位制御部のそれぞれと通信を行うことによってそれらの動作を制御するように構成されている。

つまり、本発明に係る蓄電池装置の制御部は、コンバータによって蓄電池から取り出される電力量を目標放電量に一致させるような制御を行うのではなく、インバータから建物側に出力される電力量を目標放電量に一致させるような制御を行う。このように、インバータから建物側に出力される電力を制御量とすることで、目標放電量（平準化に必要な電力量）に略一致した電力量の電力を、建物に供給することが可能となる。

本発明によれば、電力の平準化に必要な電力を、建物に対して正確に供給することのできる蓄電池装置が提供される。

本発明の実施形態に係る蓄電池装置を含む、電力供給システム全体の構成を示す電力系統図である。図１に示された制御装置の機能的なブロックを説明するための制御ブロック図である。蓄電池装置から出力される電力量の目標値を更新する方法を説明するための図である。放電時において、蓄電池装置の各構成機器から出力される電力の大きさを示すブロック図である。充電時において、蓄電池装置の各構成機器から出力される電力の大きさを示すブロック図である。比較例に係る蓄電池装置の放電時において、蓄電池装置の各構成機器から出力される電力の大きさを示すブロック図である。比較例に係る蓄電池装置の充電時において、蓄電池装置の各構成機器から出力される電力の大きさを示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る蓄電池装置ＢＳについて説明する。蓄電池装置ＢＳは、工場ＦＣに電力を供給するための電力供給システムＰＳの一部として構成されている。

尚、工場ＦＣは、商用電源である電力系統ＣＰからも電力の供給を受けている。電力系統ＣＰと工場ＦＣとは、交流バスラインである電力供給ラインＳＬ０によって接続されている。工場ＦＣには、電力供給ラインＳＬ０を通じて３相２００Ｖの交流電力が電力系統ＣＰから供給されている。工場ＦＣ内に設置された電力使用機器（負荷）は、主に電力系統ＣＰからの電力の供給を受けて稼働される。尚、以降の説明においては、工場ＦＣ内に設置された電力使用機器の全体のことを「負荷ＬＤ」とも表記する。

電力供給システムＰＳは、電力系統ＣＰと工場ＦＣとを繋ぐ電力供給ラインＳＬ０の途中に接続されている。電力供給システムＰＳは、電力供給ラインＳＬ０を通じて補助的な電力を負荷ＬＤに供給し、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力を抑制するためのものである。電力供給システムＰＳは、太陽光発電システムＳＳと、蓄電池装置ＢＳとを備えている。

太陽光発電システムＳＳは、太陽光のエネルギーを電力に変換し、当該電力を負荷ＬＤに供給するための装置である。太陽光発電システムＳＳからの電力は、電力供給ラインＳＬ１及び電力供給ラインＳＬ０を通じて負荷ＬＤに供給される。電力供給ラインＳＬ１は、一端が電力供給ラインＳＬ０に接続された交流バスラインである。

太陽光発電システムＳＳは、太陽光パネル４１と、インバータ４２とを備えている。太陽光パネル４１は、太陽光のエネルギーを直接電力に変換することにより発電するものであり、工場ＦＣの屋根に複数設置されている。

インバータ４２は、太陽光パネル４１で生じた直流電力を３相２００Ｖの交流電力に変換して、当該電力を電力供給ラインＳＬ１に供給するための電力変換器である。インバータ４２は、それぞれの太陽光パネル４１に１台ずつ設けられている。図１に示されるように、本実施形態では４組の太陽光パネル４１及びインバータ４２が、電力供給ラインＳＬ１に対して並列に接続されている。尚、太陽光パネル４１及びインバータ４２のそれぞれの台数は４台に限られず、工場ＦＣの規模や太陽光パネル４１の性能に応じて増減させてもよい。

晴天時の昼間においては、太陽光発電システムＳＳから負荷ＬＤへと電力が供給される。これにより、電力系統ＣＰから負荷ＬＤへの電力供給が抑制され、電力事業者に支払う電気料金を低減することができる。

蓄電池装置ＢＳは、太陽光発電システムＳＳ又は電力系統ＣＰから供給された電力のうち、負荷ＬＤで消費されなかった電力を一時的に蓄えておくための装置である。負荷ＬＤによる電力消費が大きな時間帯には、蓄えられた電力を負荷ＬＤに供給することで、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力を抑制することが可能となっている。

蓄電池装置ＢＳからの電力は、電力供給ラインＳＬ２及び電力供給ラインＳＬ０を通じて負荷ＬＤに供給される。電力供給ラインＳＬ２は直流バスラインである。電力供給ラインＳＬ２は、後述の系統連系インバータ３００を介して電力供給ラインＳＬ０及び電力供給ラインＳＬ１に接続されている。

蓄電池装置ＢＳは、制御装置１００と、蓄電池ユニット２００と、系統連系インバータ３００とを備えている。

制御装置１００は、蓄電池装置ＢＳ全体の動作を制御するコンピュータシステムである。制御装置１００は、１台の上位制御部１１０と、５台の下位制御部１２０とにより構成されている。後に詳しく説明するように、上位制御部１１０は、それぞれの下位制御部１２０と通信しこれらの制御を行いながら、系統連系インバータ３００の動作を制御する。

５台の下位制御部１２０（１２１，１２２、１２３、１２４、１２５）は、それぞれがＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えたシステムとなっている。下位制御部１２０（１２１，１２２、１２３、１２４、１２５）は、それぞれの蓄電池ユニット２００の筐体内に収納されており、当該蓄電池ユニット２００の動作を上位制御部１１０からの指令に基づいて制御する。

蓄電池ユニット２００は、蓄電池装置ＢＳに５台（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５）備えられており、これらが電力供給ラインＳＬ２に対して並列に接続されている。それぞれの蓄電池ユニット２００は、１台の蓄電池２１と１台のＤＣ／ＤＣコンバータ２２とを備えており、これらが単一の筐体内に収納されユニット化された構成となっている。尚、蓄電池ユニット２００の台数（及び下位制御部１２０の数）は５台に限られる必要はなく、工場ＦＣの規模や蓄電池２１の容量等に応じて増減させてもよい。

蓄電池２１は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池からなる二次電池である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、蓄電池２１で生じた直流電力を昇圧して電力供給ラインＳＬ２に供給（放電）するための電力変換器である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力供給ラインＳＬ２の直流電力を降圧して蓄電池２１に供給（充電）する機能も有する。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力供給ラインＳＬ２と蓄電池２１との間で電圧を調整して両者を繋ぐものということができる。

系統連系インバータ３００は、電力供給ラインＳＬ２からの直流電力を交流電力に変換して電力供給ラインＳＬ０に供給する電力変換器である。また、電力供給ラインＳＬ０及び電力供給ラインＳＬ１からの交流電力を直流電力に変換して、電力供給ラインＳＬ２に供給する電力変換器でもある。つまり、系統連系インバータ３００により、電力供給ラインＳＬ０及び電力供給ラインＳＬ１と電力供給ラインＳＬ２との間で双方向に電力の供給を行うことが可能となっている。系統連系インバータ３００の動作は上位制御部１１０によって制御される。

制御装置１００の具体的な構成について、図２を参照しながら説明する。５台の下位制御部１２０のうち下位制御部１２１は、自らが搭載された蓄電池ユニット２００が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を制御することに加えて、他の下位制御部（１２２，１２３，１２４，１２５）の動作をも制御する。また、上位制御部１１０との通信は、上位制御部１１０と下位制御部１２１との間でのみ行われる。このように、下位制御部１２１はマスター制御部として動作するものであり、他の下位制御部（１２２，１２３，１２４，１２５）はスレイブ制御部として動作するものということができる。

以降の説明においては、下位制御部１２１（マスター制御部）を筐体内に収容した蓄電池ユニット２００のことを「蓄電池ユニット２０１」とも表記する。また蓄電池ユニット２０１が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２２のことを「ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１」とも表記し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１に接続された蓄電池２１のことを「蓄電池２１１」とも表記する。

同様に、下位制御部１２２（スレイブ制御部）を筐体内に収容した蓄電池ユニット２００のことを「蓄電池ユニット２０２」とも表記する。また、蓄電池ユニット２０２が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２２のことを「ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２」とも表記し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２に接続された蓄電池２１のことを「蓄電池２１２」とも表記する。他の下位制御部１２０（１２３、１２４、１２５）を筐体内に収容した蓄電池ユニット２００、及び当該蓄電池ユニット２００が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２２と蓄電池２１についても、上記と同様に表記する。

図２に示されるように、上位制御部１１０は、機能的な制御ブロックとして目標設定部１１１を有している。目標設定部１１１は、蓄電池装置ＢＳから負荷ＬＤに供給される電力量の目標値、又は蓄電池装置ＢＳに充電される電力量の目標値を設定するものである。

目標設定部１１１は、所定の算定期間が経過する毎（例えば１時間毎）に、次の算定期間において蓄電池装置ＢＳから電力を出力するか、それとも蓄電池装置ＢＳに充電するかを決定する。当該決定と共に、次の算定期間において蓄電池装置ＢＳから負荷ＬＤに出力すべき電力量の目標値（以下、「目標放電量」とも称する）、又は、次の期間において負荷ＬＤ側から蓄電池装置ＢＳに引き込むべき電力量の目標値（以下、「目標充電量」とも称する）のいずれかを設定する。このように、目標設定部１１１は、蓄電池装置ＢＳがこれから行う動作（放電又は充電）の計画立案を行うもの、ということができる。

目標設定部１１１によって目標放電量又は目標充電量が設定されると、上位制御部１１０では、系統連系インバータ３００から（現時点において）入出力されるべき電力の目標値（以下、「充放電電力指示値」とも称する）が目標放電量等に基づいて設定される。設定された充放電電力指示値は、系統連系インバータ３００に送信される。

系統連系インバータ３００は、機能的な制御ブロックとして、電力計測部３０１と、電力制御部３０２とを有している。電力計測部３０１は、系統連系インバータ３００から負荷側に出力されている電力（以下、「放電電力」とも称する）の値、又は負荷ＬＤ側から（電力系統ＣＰや太陽光発電システムＳＳから）系統連系インバータ３００に供給されている電力（以下、「充電電力」とも称する）の値を、常時測定するものである。電力測定部３０１は、例えば電力センサである。電力測定部３０１によって測定された放電電力又は充電電力は、通信により上位制御部１１０に伝達される。

電力制御部３０２は、現時点において負荷ＬＤに供給（放電）される電力が、上位制御部１１０から送信されている充放電電力指示値に一致するように、放電時における系統連系インバータ３００の動作を制御する。また、現時点において蓄電池装置ＢＳに供給（充電）される電力が、上位制御部１１０から送信されている充放電電力指示値に一致するように、充電時における系統連系インバータ３００の動作を制御する。

下位制御部１２１は、機能的な制御ブロックとして、統括部１３０と、マネジメント部１４０とを有している。下位制御部１２１のマネジメント部１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１の動作を制御するための制御ブロックであり、蓄電池２１１における電力の入出力を管理するものである。このマネジメント部１４０は、蓄電池２１１の出力端子間の電圧、及び蓄電池２１１により充放電された積算電力量（クーロンカウント）の両方に基づいて、蓄電池２１１に現在充電されている電力量（ＳＯＣ）を常に算出し保持している。また、蓄電池２１１が正常に動作しているか（例えば、一部のセルにおいて劣化が生じていないかどうか等）を常に監視している。

下位制御部１２１のマネジメント部１４０は、上限設定部１４１を有している。上限設定部１４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１を通じて放電又は充電される電力の上限値を記憶するための制御ブロックである。通常は、蓄電池２１１から出力し得る電力の最大値（定格値）が上限値として設定され、上限設定部１４１に記憶される。

一方、蓄電池２１１のＳＯＣが０％に近い状態となっている場合で且つ放電時においては、上限値が０に設定されて上限設定部１４１に記憶される。また、蓄電池２１１のＳＯＣが１００％に近い状態（満充電状態）となっている場合で且つ充電時においても、上限値が０に設定されて上限設定部１４１に記憶される。

マネジメント部１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１を通過する電力の値が上限設定部１４１に記憶された上限値以下の範囲内に収まるよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１の動作を制御する。ただし、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１を通過する電力の大きさを所定の目標値に一致させるような制御は行われない。後に説明するように、マネジメント部１４０が行う制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２１を通過する電力の方向性（放電か充電か）のみを管理するような制御となっている。

統括部１３０は、下位制御部１２１のマネジメント部１４０、及び他の下位制御部（１２２，１２３，１２４，１２５）が有するそれぞれのマネジメント部１４０と通信し、これらの動作を制御するための制御ブロックである。統括部１３０は、方向指示部１３１とＳＯＣ記憶部１３２とを有している。これらの機能については後に説明する。

下位制御部１２２は、上記のような統括部１３０を有しておらず、機能的な制御ブロックとしてマネジメント部１４０（及び上限設定部１４１）のみを有している。下位制御部１２２のマネジメント部１４０は、下位制御部１２１のマネジメント部１４０と同様の機能を有する制御ブロックであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の動作を制御して蓄電池２１２における電力の入出力を管理するものである。他の下位制御部（１２３、１２４、１２５）もこれと同様の構成となっており、機能的な制御ブロックとしてそれぞれがマネジメント部１４０及び上限設定部１４１を有している。

図１乃至３を参照しながら、制御装置１００によって行われる制御について説明する。既に説明したように、制御装置１００は、１時間の期間である算定期間が経過する毎に、次の算定期間において放電又は充電のどちらを行うかを決定する。これと共に、次の算定期間における目標放電量又は目標充電量を設定する。

図３のように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間（１時間）を算定期間ＴＭ１とし、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（１時間）を算定期間ＴＭ２とし、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間（１時間）を算定期間ＴＭ３とした場合について説明する。算定期間ＴＭ１の終了時刻である時刻ｔ１において、上位制御部１１０の目標設定部１１１は、次の算定期間ＴＭ２において放電を行うか、それとも充電を行うかを決定する。

かかる決定は、時刻ｔ１までの期間において負荷ＬＤで消費された電力の推移、１日における算定期間ＴＭ２の時間帯（夜間か昼間か等）、算定期間ＴＭ２において負荷ＬＤで消費されると予測される電力量等に基づいて、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力が可能な限り平準化されるように行われる。

次の算定期間ＴＭ２において放電を行うか、それとも充電を行うかは、上記のように目標設定部１１１によって決定された後、下位制御部１２１の統括部１３０に伝達される。下位制御部１２１は、上記決定事項を方向指示部１３１に記憶する。例えば、算定期間ＴＭ２において放電が行われる場合には、放電を示す値として「０」が方向指示部１３１に記憶される。算定期間ＴＭ２において充電が行われる場合には、充電を示す値として「１」が方向指示部１３１に記憶される。

また、時刻ｔ１において、上位制御部１１０の目標設定部１１１は、次の算定期間ＴＭ２における目標放電量又は目標充電量を決定する。かかる決定は、それぞれの蓄電池２１に蓄えられている電力量の合計値や、それぞれの蓄電池２１に追加充電可能な電力量の合計値等に基づいて設定される。

尚、統括部１３０は、それぞれのマネジメント部１４０との間で常に通信を行うことにより、それぞれの蓄電池２１の状態を把握している。それぞれの蓄電池２１に蓄えられている電力量は統括部１３０に伝達され、その合計値がＳＯＣ記憶部１３２に記憶されている。同様に、それぞれの蓄電池２１に追加充電可能な電力量も、統括部１３０に伝達され、その合計値がＳＯＣ記憶部１３２に記憶されている。ＳＯＣ記憶部１３２に記憶されているこれらの情報は、通信によって上位制御部１１０に伝達され、上記のような目標放電量又は目標充電量の決定のために必要な情報として用いられる。

算定期間ＴＭ２において放電が行われる場合、上位制御部１１０は、系統連系インバータ３００から負荷ＬＤに供給される電力量が、目標設定部１１１で設定された目標放電量に一致するように、系統連系インバータ３００に充放電電力指示値を送信する。具体的には、例えば、目標放電量を算定期間ＴＭ２の長さで除して得られる値（電力：Ｗ）が、充放電電力指示値として上位制御部１１０から系統連系インバータ３００に送信される。系統連系インバータ３００は、電力測定部３０１で測定された放電電力の値が充放電電力指示値に一致するように、系統連系インバータ３００の動作を制御する。この場合、系統連系インバータ３００は、充放電電力指示値に等しい電力が負荷ＬＤ側に出力されるように、電力供給ラインＳＬ２から電力を引き込むこととなる。

系統連系インバータ３００からの電力の引き込みにより、電力供給ラインＳＬ２の電圧は低下する。これに伴い、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２から電力供給ラインＳＬ２に出力される電力は増加することとなる。既に述べたように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力される電力の大きさ自体は、マネジメント部１４０による制御量とはなっていない。

マネジメント部１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通過する電力の方向性を方向指示部１３１に記憶されているものに一致させることと、当該電力の大きさを上限値以下に収めることのみを行う。実際にＤＣ／ＤＣコンバータ２２から電力供給ラインＳＬ２に出力される電力の大きさは、電力供給ラインＳＬ２の電圧、すなわち系統連系インバータ３００の動作によって成り行きで決まることとなる。

算定期間ＴＭ２において充電が行われる場合についても同様である。この場合、上位制御部１１０は、負荷ＬＤ側から（電力系統ＣＰや太陽光発電システムＳＳから）系統連系インバータ３００に供給される電力量が、目標設定部１１１で設定された目標充電量に一致するように、系統連系インバータ３００の動作を制御する。具体的には、例えば、目標充電量を算定期間ＴＭ２の長さで除して得られる値（電力：Ｗ）が、充放電電力指示値として上位制御部１１０から系統連系インバータ３００に送信される。系統連系インバータ３００は、電力測定部３０１で測定された充電電力の値が充放電電力指示値に一致するように、系統連系インバータ３００の動作を制御する。この場合、系統連系インバータ３００は、充放電電力指示値に等しい電力が負荷ＬＤ側から引き込まれるように、電力供給ラインＳＬ２に向けて電力を供給することとなる。

系統連系インバータ３００からの電力の供給により、電力供給ラインＳＬ２の電圧は上昇する。これに伴い、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２から蓄電池２１に出力される電力は増加することとなる。この場合も、マネジメント部１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通過する電力の方向性を方向指示部１３１に記憶されているものに一致させることと、当該電力の大きさを上限値以下に収めることのみを行う。実際に電力供給ラインＳＬ２からＤＣ／ＤＣコンバータ２２に引き込まれる電力の大きさは、電力供給ラインＳＬ２の電圧、すなわち系統連系インバータ３００の動作によって成り行きで決まることとなる。

図４を参照しながら、放電時において、蓄電池装置ＢＳの各種構成機器（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２等）から出力される電力の大きさについて説明する。以下の説明においては、目標放電量を算定期間の長さで除して得られる目標値を、「目標電力Ｐ_T1」と表記する。上位制御部１１０は、充放電電力指示値である目標電力Ｐ_T1を、系統連系インバータ３００に送信する。系統連系インバータ３００の電力制御部３０２は、系統連系インバータ３００から負荷ＬＤに供給される電力を目標電力Ｐ_T1に一致させるよう、系統連系インバータ３００の動作を制御する。

この場合、電力供給ラインＳＬ２から系統連系インバータ３００に引き込まれる電力（それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２から系統連系インバータ３００に供給される電力の合計値）は、目標電力Ｐ_T1に一致しない。系統連系インバータ３００における変換効率η_aは１よりも小さい値となるので、電力供給ラインＳＬ２から系統連系インバータ３００に引き込まれる電力の合計値は、Ｐ_T1よりも大きな値（Ｐ_T1／η_a）となるのである。

更に、それぞれの蓄電池２１からＤＣ／ＤＣコンバータ２２に向けて出力される電力の合計値は、Ｐ_T1／η_aに一致しない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２における変換効率η_bは１よりも小さい値となるので、それぞれの蓄電池２１からＤＣ／ＤＣコンバータ２２に向けて出力される電力の合計値は、Ｐ_T1／η_aよりも更に大きな値（Ｐ_T1／η_aη_b）となるのである。

このように、算定期間の間に蓄電池２１から取り出される電力量は、目標電力量よりも大きくなってしまう。このため、蓄電池２１に蓄えられている電力よりも多くの電力を取り出そうとしてしまい、所謂「過放電」が起きてしまうようにも思われる。

しかしながら、算定期間（ＴＭ２）の開始時（ｔ１）において設定される目標電力量は、当該時刻における実際の蓄電量（ＳＯＣ記憶部１３２に記憶されている値）に基づいて、過放電が起きることのないよう余裕を見た値として設定されている。このため、過放電の発生は確実に防止される。

図５を参照しながら、充電時において、蓄電池装置ＢＳの各種構成機器（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２等）から出力される電力の大きさについて説明する。以下の説明においては、目標充電量を算定期間の長さで除して得られる目標値を、「目標電力Ｐ_T2」と表記する。上位制御部１１０は、充放電電力指示値である目標電力Ｐ_T2を、系統連系インバータ３００に送信する。系統連系インバータ３００の電力制御部３０２は、負荷ＬＤ側から（電力系統ＣＰや太陽光発電システムＳＳから）系統連系インバータ３００に供給される電力を目標電力Ｐ_T2に一致させるよう、系統連系インバータ３００の動作を制御する。

この場合、系統連系インバータ３００から電力供給ラインＳＬ２に出力される電力（系統連系インバータ３００からそれぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給される電力の合計値）は、目標電力Ｐ_T2に一致しない。系統連系インバータ３００における変換効率η_aは１よりも小さい値となるので、系統連系インバータ３００から電力供給ラインＳＬ２に出力される電力の値は、Ｐ_T2よりも小さな値（Ｐ_T2・η_a）となるのである。

更に、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２から蓄電池２１に向けて出力される電力の合計値は、Ｐ_T2・η_aに一致しない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２における変換効率η_bは１よりも小さい値となるので、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２から蓄電池２１に向けて出力される電力の合計値は、Ｐ_T2・η_aよりも更に小さな値（Ｐ_T1・η_aη_b）となるのである。

以上のように、本実施形態に係る蓄電池装置ＢＳでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって蓄電池２１から取り出される電力量の合計値を目標放電量に一致させるような制御を行うのではなく、系統連系インバータ３００から負荷ＬＤ側に出力される電力量を目標放電量に一致させるような制御を行う。系統連系インバータ３００から負荷ＬＤ側に出力される電力を制御量とすることで、変換効率η_a、η_bの影響を受けることなく、目標放電量（平準化に必要な電力量）に略一致した電力量の電力を、負荷ＬＤに供給することが可能となっている。

充電時においても同様である。蓄電池装置ＢＳでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって蓄電池２１に供給される電力量の合計値を目標充電量に一致させるような制御を行うのではなく、負荷ＬＤ側から系統連系インバータ３００に供給される電力量を目標充電量に一致させるような制御を行う。負荷ＬＤ側から系統連系インバータ３００に供給される電力を制御量とすることで、変換効率η_a、η_bの影響を受けることなく、目標充電量（平準化に必要な電力量）に略一致した電力量の電力を、負荷ＬＤから蓄電池装置ＢＳに引き込むことが可能となっている。

本発明の比較例として、従来の蓄電池装置において、放電時に各種構成機器から出力される電力の大きさを、図６を参照しながら説明する。従来の蓄電池装置では、制御装置１００は、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって蓄電池２１から取り出される電力の合計値を制御量としている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって蓄電池２１から取り出される電力の合計値が目標電力Ｐ_T1に一致するように、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作が制御される。

この場合、電力供給ラインＳＬ２から系統連系インバータ３００に引き込まれる電力（それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２から系統連系インバータ３００に供給される電力の合計値）は、目標電力Ｐ_T1に一致しない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２における変換効率η_bは１よりも小さい値となるので、電力供給ラインＳＬ２から系統連系インバータ３００に引き込まれる電力の合計値は、Ｐ_T1よりも小さな値（Ｐ_T1・η_b）となるのである。

更に、系統連系インバータ３００から負荷ＬＤに向けて出力される電力の値は、Ｐ_T1・η_bに一致しない。系統連系インバータ３００における変換効率η_aは１よりも小さい値となるので、系統連系インバータ３００から負荷ＬＤに向けて出力される電力の値は、Ｐ_T1・η_bよりも更に大きな値（Ｐ_T1・η_aη_b）となるのである。

このため、算定期間の間に蓄電池装置から負荷ＬＤに供給される電力量は、目標放電量よりも小さくなってしまう。その結果、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力は十分に平準化されないこととなる。これに対し、本実施形態に係る蓄電池装置ＢＳでは、上記のように目標放電量に略一致した電力量が負荷ＬＤに供給されるので、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力は、当初の計画通り十分に平準化されることとなる。

放電時のみならず充電時においても同様である。従来の蓄電池装置において、充電時に各種構成機器から出力される電力の大きさを、図７を参照しながら説明する。従来の蓄電池装置では、制御装置１００は、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって蓄電池２１に供給される電力の合計値を制御量としている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって蓄電池２１に供給される電力の合計値が目標電力Ｐ_T2に一致するように、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作が制御される。

この場合、系統連系インバータ３００から電力供給ラインＳＬ２に供給される電力（系統連系インバータ３００からそれぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ２２に供給される電力の合計値）は、目標電力Ｐ_T2に一致しない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２における変換効率η_bは１よりも小さい値となるので、系統連系インバータ３００から電力供給ラインＳＬ２に供給される電力の合計値は、Ｐ_T2よりも大きな値（Ｐ_T2／η_b）となるのである。

更に、負荷ＬＤ側から（電力系統ＣＰや太陽光発電システムＳＳから）系統連系インバータ３００に供給される電力の値は、Ｐ_T2／η_bに一致しない。系統連系インバータ３００における変換効率η_aは１よりも小さい値となるので、負荷ＬＤ側から系統連系インバータ３００に向けて供給される電力の値は、Ｐ_T2／η_bよりも更に小さな値（Ｐ_T2／η_aη_b）となるのである。

このため、算定期間の間に負荷ＬＤ側から蓄電池装置に引き込まれる電力量は、目標充電量よりも小さくなってしまう。その結果、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力は十分に平準化されないこととなる。これに対し、本実施形態に係る蓄電池装置ＢＳでは、上記のように目標充電量に略一致した電力量が負荷ＬＤから蓄電池装置ＢＳに引き込まれるので、電力系統ＣＰから負荷ＬＤに供給される電力は、当初の計画通り十分に平準化されることとなる。

尚、本実施形態では、複数の蓄電池ユニット２００を備えた構成、換言すれば、蓄電池２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２２とを複数組備えた構成の例としたが、本発明の実施の態様としてはこのようなものに限られない。蓄電池ユニット２００を一つだけ備えた構成とした場合であっても、本発明を適用することは可能である。

ただし、本実施形態のように複数の蓄電池ユニット２００を備えた構成とすれば、工場ＦＣの規模（負荷ＬＤの電力使用量）に応じて蓄電池ユニット２００を増減させることができる。つまり、容量の異なる複数の蓄電池を予め用意しておかなくても、様々な規模の建物に対して適切に対応し得る拡張性の高い蓄電池装置とすることができる。

また、本実施形態では、制御装置１００が上位制御部１１０と下位制御部１２０とに分かれており、蓄電池２１やＤＣ／ＤＣコンバータ２２の制御は下位制御部１２０のみが行うような構成となっている。

つまり、負荷ＬＤに出力又は負荷ＬＤから引き込まれる電力の制御は上位制御部１１０が専ら行い、それぞれの蓄電池２１の状況に応じたきめ細やかな制御（蓄電量や、劣化セルを考慮した制御）は下位制御部１２０が専ら行う構成となっている。このような構成により、それぞれの制御が複雑に絡み合い困難なものとなってしまうことはなく、容易に両立させながら行うことが可能となっている。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

ＢＳ：蓄電池装置
２００（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５）：蓄電池ユニット
２１（２１１，２１２，２１３，２１４，２１５）：蓄電池
２２（２２１，２２２，２２３，２２４，２２５）：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００：制御装置
１１０：上位制御部
１２０（１２１，１２２，１２３，１２４，１２５）：下位制御部
３００：系統連系インバータ
３０２：電力制御部
ＦＣ：工場
ＬＤ：負荷

Claims

複数の蓄電池（２１）に蓄えられた電力を建物（ＦＣ）に供給する蓄電池装置（ＢＳ）であって、
前記蓄電池から直流電力を取り出し、電圧を変換して出力する複数のコンバータ（２２）と、
前記コンバータから出力された直流電力を、交流電力に変換して建物に供給するインバータ（３００）と、
蓄電池装置全体の動作を制御する制御部（１００）と、を備え、
前記制御部は、
前記インバータから建物側に出力される電力量が、予め設定された目標放電量に一致するよう、前記インバータの動作を制御する上位制御部（１１０）と、
それぞれの前記蓄電池に対応して設けられており、前記コンバータの動作を制御する複数の下位制御部（１２０）と、を有しており、
前記下位制御部は、前記コンバータを通過する電力の方向性を管理する制御を行う一方で、前記コンバータを通過する電力の大きさを所定の目標値に一致させるような制御は行わないものであり、
複数の前記下位制御部のうちの１つであるマスター制御部のみが前記上位制御部との通信を行い、
前記マスター制御部は、前記マスター制御部を除く前記下位制御部のそれぞれと通信を行うことによってそれらの動作を制御することを特徴とする蓄電池装置。
前記目標放電量は、一定の算定期間が経過する毎に、前記制御部によって繰り返し設定されるものであって、
前記制御部は、
前記算定期間の終了時における前記蓄電池の蓄電量に基づいて、次の前記目標放電量を設定することを特徴とする、請求項１に記載の蓄電池装置。
前記インバータを介して外部から電力の供給を受け、当該電力を前記蓄電池に充電する充電動作を行うことも可能となっており、
前記充電動作を行う際において、前記制御部は、
外部から前記インバータに引き込まれる電力量が、予め設定された目標充電量に一致するよう、前記インバータの動作を制御することを特徴とする、請求項１に記載の蓄電池装置。
前記目標充電量は、一定の算定期間が経過する毎に、前記制御部によって繰り返し設定されるものであって、
前記制御部は、
前記算定期間の終了時における前記蓄電池の蓄電量に基づいて、次の前記目標充電量を設定することを特徴とする、請求項３に記載の蓄電池装置。