(57)【要約】      （修正有）【課題】電池システムおいて、電池の寿命を長くさせることができる電池運用システムを提供する。【解決手段】クリーンエネルギー発電（例えば太陽光発電１０２）と、第１の電池１０６と第２の電池１０４を用いた電池運用システム１００のＰＣＳ（パワーコンディショナ）用コントローラ１０１は、施設での消費電力を推定する施設電力需要推定部１１１とクリーンエネルギー発電の発電量推定部１１２の出力から、２種類の電池に対する充電率を算出する電池充電率設定部１１３を有する。電池充電率設定部は、施設電力需要推定部と発電量推定部の出力から系統への要求電力値を求め、要求電力値の所定の時間積分値が、第１の電池容量よりも小さい場合、第１の電池に積分値相当のエネルギーを充電するよう充電率上限値を設定し、積分値が第１の電池容量より大きい場合、第１の電池容量を差し引いた値のエネルギーを第２の電池に充電するよう充電率上限値を設定する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリーンエネルギー発電と、第１の電池と、前記第１の電池より容量の大きい第２の電池の２種類の電池を用いた電池運用システムのＰＣＳ用コントローラにおいて、
施設で消費される電力を施設電力需要値として推定する施設電力需要推定部と、
自然条件に基づき発電値を推定する発電推定部と、
前記施設電力需要推定部と前記発電推定部の出力から、系統に電力供給を要求する系統要求電力値を求め、前記系統要求電力値の所定の時間、積分した積分値が、前記第1の電池の容量よりも小さい場合には、前記第１の電池に前記積分値に相当するエネルギーを充電するように前記第１の電池の充電率上限値を設定し、前記積分値が前記第１の電池の容量よりも大きい場合には、前記第１の電池の容量を差し引いた値のエネルギーを前記第２の電池に充電するように前記第２の電池の充電率上限値を設定する充電率設定部を有することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記ＰＣＳ用コントローラによって充電率が設定される前記第1の電池は、パワー型電池であり
前記ＰＣＳ用コントローラによって充電率が設定される前記第２の電池は、容量型電池であり、
前記ＰＣＳ用コントローラは、前記パワー型電池の充電を前記容量型電池の充電より優先して行わせることを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項３】
請求項１に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記施設電力需要推定部は、営業日か休日かを示すカレンダー情報、気温予想情報と、過去の気温情報と過去の実績施設負荷との関係情報の何れか少なくとも一つに基づき、施設で消費される電力を推定し、
前記発電推定部は、日射量時系列に基づき、発電値を推定することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項４】
請求項２に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記施設電力需要推定部は、営業日か休日かを示すカレンダー情報、気温予想情報と、過去の気温情報と過去の実績施設負荷との関係情報の何れか少なくとも一つに基づき、施設で消費される電力を推定し、
前記発電推定部は、日射量時系列に基づき、発電値を推定することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項５】
請求項３に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記系統要求電力値が契約電力を上回らないように、前記第１の電池に接続される第１の電池用ＰＣＳおよび前記第２の電池に接続される第２の電池用ＰＣＳに放電要求を行う充放電指令部を、さらに有することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項６】
請求項４に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記系統要求電力値が契約電力を上回らないように、前記パワー型電池に接続されるパワー型電池用ＰＣＳおよび前記容量型電池に接続される容量型電池用ＰＣＳに放電要求を行う充放電指令部を、さらに有することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項７】
請求項２に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記発電推定部によって推定される発電は、太陽光発電または風力発電であることを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項８】
請求項５に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記第１の電池用ＰＣＳと前記第２の電池用ＰＣＳを一つのＰＣＳで構成した電池用ＰＣＳと、
前記電池用ＰＣＳと、前記第１の電池と前記第２の電池とに接続されるスイッチとを有し、
前記充放電指令部は、前記スイッチに対し前記第１の電池の充放電か前記第２の電池の充放電かを切り替える切換信号を出力することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項９】
請求項６に記載のＰＣＳ用コントローラにおいて、
前記パワー型電池用ＰＣＳと前記容量型電池用ＰＣＳを一つのＰＣＳで構成した電池用ＰＣＳと、
前記電池用ＰＣＳと、前記パワー型電池と前記容量型電池とに接続されるスイッチとを有し、
前記充放電指令部は、前記スイッチに対し前記パワー型電池の充放電か前記容量型電池の充放電かを切り替える切換信号を出力することを特徴とするＰＣＳ用コントローラ。
【請求項１０】
クリーンエネルギー発電と、容量型電池とパワー型電池の２種類の電池を用いた電池運用システムのＰＣＳ用コントローラの制御方法において、
前記ＰＣＳ用コントローラは、
施設で消費される電力を施設電力需要値として推定し、
自然条件に基づき発電値を推定し、
前記施設電力需要値と前記発電値の推定結果から、系統に電力供給を要求する系統要求電力値を求め、前記系統要求電力値の所定時間、積分した積分値が、前記パワー型電池の容量よりも小さい場合には、前記パワー型電池に前記積分値に相当するエネルギーを充電するように前記パワー型電池の充電率上限値を設定し、
前記積分値が前記パワー型電池の容量よりも大きい場合には、前記パワー型電池の容量を差し引いた値のエネルギーを前記容量型電池に充電するように前記容量型電池の充電率上限値を設定することを特徴とするＰＣＳ用コントローラの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は電力供給システムに関し、例えば、第１の電池と、第１の電池より容量の大きい第２の電池とを有する電力供給システムに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電による電力を自家消費に回して電力量を下げ、契約電力を下げることで電気料金を下げるシステムがある。例えば、ピークカットシステムがこれに該当する。
【０００３】
しかしながら、自家消費の電力需要から太陽光発電による電力を引いた差（系統要求電力値）が負となる場合には、必要な電力より太陽光発電による電力が多いため、余る電力を電池に充電することとなる。一方、系統要求電力値が発送電事業者との契約電力を上回る場合、電池に充電した電力を用いることで電力不足に対応することになる。このようなピークカットシステムにおいて、電池の充放電スケジュールを需要予測と天候予測から決める技術として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、２つの電池を用意し、一日当たりの充放電回数に上限を設けて充放電計画を立てている。
しかしながら、特許文献１は、充電回数を抑えることで電池寿命を延ばすことについては言及されているものの、各電池の充電率について言及されていない。充電率を適切にすることは電池の寿命を長くするうえで重要である。
【０００６】
一般的に、ピークカットシステムでは、電力需要の少ない春と秋では、電池の充放電が無く、夏と冬は空調の稼働が多くなるため、電池の稼働回数が増える。但し、夏と冬で充放電させるエネルギー自体は多くないことが知られている。また、曇天で太陽光による発電を殆どしない日は、電池からの放電に頼ることになるため、電池を大量に用意する必要がある。電池の容量を多くすると、システムの安定性は確保できるが、電池のコストが高くなる。夏と冬の稼働回数が多い時期に用いる電池と、曇天で太陽光による発電が殆どない日に用いる電池の２種類の電池を使い分け、それぞれに適切に充電率を設定することで、電力需要に適応した電力供給システムを低コストで提供することが求められる。
【０００７】
本発明は以上のシステム課題を考慮してなされたもので、電池寿命を延ばすことで低コストを実現する電池運用計画システムに用いられるＰＣＳ用コントローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため本発明のＰＣＳ用コントローラは、クリーンエネルギー発電と、第１の電池と第１の電池より容量の大きい第２の電池の２種類の電池を用いた電池運用システムのＰＣＳ用コントローラにおいて、施設で消費される電力を施設電力需要値として推定する施設電力需要推定部と、自然条件に基づき発電値を推定する発電推定部と、施設電力需要推定部と発電推定部の出力から、系統に電力供給を要求する系統要求電力値を求め、系統要求電力値の所定時間、積分した積分値が、第1の電池の容量よりも小さい場合には、第1の電池に積分値に相当するエネルギーを充電するように第１の電池の充電率上限値を設定し、積分値が第1の電池の容量よりも大きい場合には、第1の電池の容量を差し引いた値のエネルギーを第２の電池に充電するように第２の型電池の充電率上限値を設定する電池の充電率設定部を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の電池と第２の電池の待機充電率を下げることで、各電池の寿命を延ばすことができる。
【００１０】
より具体的には、第２の電池として容量型電池は、夏や冬の間に必要となるエネルギーを充電するための必要最低限の充電率を設定することで、寿命を延ばすことができる。第1の電池としてパワー型電池は、春や秋といったほとんど使用しない季節では、充電率を最低限に設定することで、電池の稼働回数を減らし、寿命を長くすることができる。
【００１１】
また、パワー型電池を優先的に利用することで、各電池の容量を最適化し、システムコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】実施例１の電池運用システムに係る構成の一例を示す図である。
【図１Ｂ】実施例１の電池運用システムのＰＣＳ用コントローラのハードウェアブロック図の一例を示す図である。
【図２】電池運用システムのコントローラの処理動作を示すフローチャートの一例を示す図である。
【図３Ａ】太陽光発電と施設負荷の予測例を示した図である。
【図３Ｂ】系統要求電力値の予測例を示した図である。
【図４】電池充放電時系列の予測例を示した図である。
【図５】電池充放電時系列の積分値の一例を示す図である。
【図６】各電池の充電率の設定を示す場合分けを説明する図である。
【図７Ａ】電池の充電率と開放電圧の関係を示す図である。
【図７Ｂ】電池の充電率と蓄積エネルギーとの関係を示す図である。
【図８】実施例２の電池運用システムにかかる構成の一例を示す図である。
【図９】実施例２の充電率の設定を示す場合分け説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳述する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。例えば、以下に説明する異種電池運用計画システムは、ピークカットシステムのみならず、ＨＥＭＳ(Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、家庭内のエネルギー監理システム)、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ビル内のエネルギー監理システム）、ＦＥＭＳ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、工場内のエネルギー監理システム）、鉄道にも適用できる。
【００１４】
本システムにおいては、太陽光発電と、２種類の電池を用意する。２種類の電池は、例えば、第１の電池としてパワー型電池、第２の電池として容量型電池である。
【００１５】
容量型電池は、年に数回の太陽光無発電が無発電に近い状態で電源として用いられる。また、容量型電池は、大きい容量を有する。また、容量型電池は、電力単価が電池のエネルギー単価より多い、ｋ￥／ｋｗ＞ｋ￥／ｋｗｈの関係を満たす電池である。
容量型電池は、系統要求電力が契約電力を大きく上回る、主として夏や冬の季節に稼働する。現在、主流の容量型電池は、２００Ａｈで、２０ｋ￥／ｋｗｈ、寿命が１０年未満のリチウムイオン電池である。
【００１６】
パワー型電池は、系統要求電力が契約電力を上回る頻度の高い場合に電源として用いられる。パワー型電池は、容量は小さいが寿命が長く、比較的エネルギー単価が高い。そして、電力単価が電池のエネルギー単価より小さい、ｋ￥／ｋｗ＜ｋ￥／ｋｗｈの関係を満たす電池である。
パワー型電池は、契約容量を上回る回数の多い、主に夏と冬に稼働する。現在、主流のパワー型電池は、４Ａｈで、８０ｋ￥／ｋｗｈ、寿命が１０年以上のリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタである。
【００１７】
電池運用システムのコントローラ１０１は、図１Ａに示すように、気温予想等に基づき、施設で消費される電力である施設電力需要値を推定する施設電力需要推定部１１１と、日射量予測等に基づき太陽光発電値を推定する太陽光発電推定部１１２を有する。この施設電力需要推定値と太陽光発電推定値に基づき、例えば、発送電事業者に要求する電力として、電池充電率設定部１１３が翌日の系統要求電力値を計算する。
【００１８】
多くの発送電事業者とユーザとの電力契約では、発送電事業者に要求する系統要求電力（値）が契約電力を超える時間が一定時間以上となると、電力料金のペナルディー料金が課せられる。
このペナルティー料金の発生を回避するため翌日の系統要求電力が契約電力を上回らないよう、電池に充電させる。電池を長寿命とするため、所定時間、例えば翌日の２４時間の「系統要求電力−契約電力量」の積分値のエネルギーを充電し、かつ、過剰なエネルギーを充電しないように、充電率をできるだけ低くなるように設定する。
【００１９】
パワー型電池には、例えば、翌日の電池使用が無いと判断されると、充電率を低くに設定する。翌日の「系統要求電力−契約電力量」の積分値が少なく、パワー型電池で補える場合には、パワー型電池に充電する。つまり、充電率を低く抑えるために必要となる最低限の電力を、パワー型電池に充電し、容量型電池には充電しない。
【００２０】
翌日の「系統要求電力−契約電力量」の積分値が大きく、パワー型電池の容量では不足する場合には、パワー型電池の充電率の上限値まで充電したうえで、容量型電池に、翌日の「系統要求電力−契約電力量」の積分値（パワー型電池の充電分は差し引く）が正となるよう充電する。
【００２１】
ここで、太陽光発電１０２は直流で、系統は交流のため、太陽光発電にはＰＣＳ（パワーコンディショナーの略で、直流交流変換器を指す）１０３を設置する。各電池にもそれぞれＰＣＳを設置しても良い。
【００２２】
以上は太陽光発電を設置した場合であるが、太陽光発電の代わりに風力を設置した場合でも同様であり、総称してクリーンエネルギー発電と呼ぶ。従って、太陽公発電推定部は、風力等の自然条件に基づき発電値を推定する発電推定部１１２と称することができる。また発電設備が無くても、発電の代わりに、電気代の安い深夜電力を使用しても良い。
【００２３】
上記のような構成によれば、電池寿命を延ばすことができる。なお、上記構成も一例であり、本発明は、上記構成に限定されるものではない。
なお、以下の説明では、同種の要素を区別しないで説明する場合には、枝番を含む参照符号のうちの共通部分（枝番を除く部分）を使用し、同種の要素を区別して説明する場合は、枝番を含む参照符号を使用することがある。
【実施例１】
【００２４】
図１Ａは、実施例１の電池運用システムに係る構成の一例を示す図である。以下では、太陽光発電を自家消費に使用した場合のピークカットシステム１００に適用した場合について説明する。
【００２５】
ピークカットシステム１００は、コントローラ１０１、太陽光発電（ＰＶ）１０２、太陽光発電用（ＰＣＳ）１０３、容量型電池１０４、容量型電池用（ＰＣＳ）１０５、パワー型電池１０６、パワー型電池用（ＰＣＳ）１０７から構成される。またＡＣライン１０８と、施設負荷１０９、系統１１０がピークカットシステム１００に接続されている。
【００２６】
コントローラ１０１は、施設の契約電力、気温予想と日射量予想等の各種情報を入力し、容量型電池用ＰＣＳ１０５、パワー型電池用ＰＣＳ１０７を制御することで、容量型電池１０４、パワー型電池１０６を充放電させる。コントローラ１０１から容量型電池用ＰＣＳ１０５、パワー型電池用ＰＣＳ１０７に対しては、所定値の電力を充電・放電するように制御する制御信号が出力される。
【００２７】
またコントローラ１０１は、施設電力需要推定部１１１、ＰＶ（太陽光）発電量推定部１１２、電池充電率（ＳＯＣ）設定部１１３、充放電指令部１１４から構成される。
【００２８】
コントローラ１０１の各部は、パソコン、ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、組み込みマイコンのいずれか、ないし組み合わせで実現され、プログラムを実行することにより実現される。例えば、図１Ｂに示すように、コントローラ１０１は、コントローラ全体の制御を行う処理部であるＣＰＵ２０１と、施設電力需要推定部１１１、ＰＶ（太陽光）発電量推定部１１２、電池充電率（ＳＯＣ）設定部１１３、充放電指令部１１４を実現するプログラムを格納するメモリ２０２と、各種データを格納する記憶装置２０４、外部とのインタフェースとなるＮＩＣ２０３と、各部を接続するバス２０５を有する。ＣＰＵ２０１がメモリ２０２に格納されたプログラムを実行することで、施設電力需要推定部１１１、ＰＶ（太陽光）発電量推定部１１２、電池充電率（ＳＯＣ）設定部１１３、充放電指令部１１４等の各機能を実現する。
【００２９】
各ＰＣＳは、コントローラ１０１から充放電の制御信号を受信し、各電池の充電率を制御する。太陽光発電１０２は、半導体式の太陽電池パネルであり、日射量に応じて直流電流を発電させる。このため、ＡＣライン１０８とはＰＣＳ１０７を介して接続される。
【００３０】
容量型電池１０４は、充電率が低い方が長寿命となる電池、例えば、リチウムイオン電池（ここでは負極が炭素の場合）である。容量型電池１０４は直列に接続され電圧が４８Ｖから７００Ｖまでの組み電池を想定し、かつ電池の電圧、電流、温度を監視することで、電池の充電率を監視するコントローラが付属しているものとする。また、容量型電池１０４は直流のため、交流に変換するため容量型電池用ＰＣＳ１０５を介して、ＡＣライン１０８に接続される。ＰＣＳ１０５はコントローラ１０１の制御により容量型電池１０４の充放電を行う。
【００３１】
ここで、初期に搭載した容量型電池の容量（1個当たりのＡｈ）をＱｃとし、充電率の下限値をＳＯＣＬ＿ｃ、上限値をＳＯＣＨ＿ｃ、直列数をＳｃ、直列した電池パックの並列数をＰｃ、現在の容量比（初期値に対する比率で、コントローラで計算された値）をＳＯＨＱ＿ｃとする。尚、充電率の下限値ＳＯＣＬ＿ｃ、上限値ＳＯＣＨ＿ｃは、電池の仕様により決まる値で、電池供給会社から与えられる値である。
容量型電池のトータルの容量［Wｈ］は、Ｑｃ×（ＳＯＣＨ＿ｃ-ＳＯＣＬ＿ｃ）×Ｓｃ×Ｐｃ×ＳＯＨＱ＿ｃ×セル電圧となる。
【００３２】
パワー型電池１０６とは、ハイブリッド自動車用に用いられるような、容量は小さいが電流を取り出せるタイプの電池であり、充電率が低い方が長寿命となるリチウムイオン電池またはキャパシタを想定する。
パワー型電池１０６は直列に接続され電圧が４８Ｖから７００Ｖまでの組み電池を想定しており、かつパワー型電池には電池の電圧、電流、温度を監視することで、電池の充電率を監視するコントローラが付属しているものとする。また、パワー型電池は直流のため、交流に変換するためパワー型電池用ＰＣＳ１０７を介して、ＡＣライン１０８に接続される。ＰＣＳ１０７はコントローラの制御により電池の充放電を行う。
【００３３】
ここで、初期に搭載したパワー型電池の容量（１個当たりのＡｈ）をＱｐとし、充電率の下限値をＳＯＣＬ＿ｐ、上限値をＳＯＣＨ＿ｐ、直列数をＳｐ、直列した電池パックの並列数をＰｐ、現在の容量比（初期値に対する比率で、コントローラで計算された値）をＳＯＨＱ＿ｐとする。尚、充電率の下限値ＳＯＣＬ＿ｐ、上限値ＳＯＣＨ＿ｐは、容量型電池と同様で電池の仕様で決まる値である。
パワー型電池のトータルの容量[Wｈ]は、Ｑｐ×（ＳＯＣＨ＿ｐ-ＳＯＣＬ＿ｐ）×Ｓｐ×Ｐｐ×ＳＯＨＱ＿ｐ×セル電圧となる。
【００３４】
施設負荷１０９とは、ピークカットシステム１００を設置する施設（照明や空調等）の電力負荷を指し、施設によって消費される電力である。ここでは交流負荷を想定している。また、施設負荷１０９は、ＡＣライン１０８を介して、ピークカットシステム１００と系統１１０に接続されている。
【００３５】
系統１１０は商用のＡＣ系統（電源）である。系統１１０から供給された電力は契約に基づき、電気料金が発送電事業者から請求される。契約には、例えば、契約電力を超えた時間が３０分以上になると、１年間、電力料金のペナルディー料金が課せられる、といった内容が含まれる。
【００３６】
図２は、電池運用システムのコントローラ１０１の制御動作を示すフローチャートの一例を示す図である。コントローラ１０１が翌日の電池の充電率を前日に調整するための例である。図２には、翌日の例を示したが、例えば午前中に午後の充電率を調整する例であっても構わないし、翌々日や1週間後の充電率調整の例であっても構わない。
【００３７】
ステップＳ２１では、施設電力需要推定部１１１とＰＶ発電量推定部１１２が、ＮＩＣ２０３を介して、外部から翌日の気温予想と日射量予想等の各種情報を受信する。この情報の例として、気象庁の地域時系列予報ホームページや民間事業者の日射量予測ホームページがある。
【００３８】
次に、ステップＳ２２にて、施設電力需要推定部１１１が翌日の施設負荷時系列を予測する。施設電力需要推定部１１１に入力される各種情報としては、翌日が営業日か休日なのかのフラグ情報を有するカレンダー情報、翌日の気温予想情報（気温予想時系列）と、過去の気温情報と過去の実績施設負荷との関係情報（実績施設負荷時系列）等であり、この内、少なくとも１種類かその組む合わせである。この処理方法としては、例えば文献「後藤  勲：電力小売り事業者向け使用電力予測技術,２０１５年７月・ＳＥＩテクニカルレビュー・第１８７号 」に示すように自己回帰モデルを使用しても良いし、時系列対応のニューラルネットを用いても良い。
【００３９】
施設電力需要推定部１１１は、翌日の施設負荷時系列予測を図３Ａに示す施設負荷時系列予測３２として出力する。
【００４０】
ステップＳ２３にて、太陽光発電量推定部１１２が翌日の太陽光発電時系列を予測する。この太陽光発電量推定部１１２に入力される各種情報としては、翌日の日射量時系列である。さらに、翌日の気温予想時系列を入れても良い。この処理方法として、太陽光発電パネルの発電電流が日射量と気温に依存した関数（例えば「柴田肇：太陽電池の基本等価回路と電流・電圧特性，産総研、  ２０１７年６月１４日特別チュートリアル講演」）として計算し、その発電電流と電圧の関係より発電量（パワー）を計算しても良い。
【００４１】
太陽光発電量推定部１１２は、太陽光発電時系列予測を図３Ａに示す太陽光発電時系列予測３１として出力する。
【００４２】
ステップS２２とステップS２３の順序は逆であっても、施設電力需要推定部１１１と太陽光発電量推定部１１２とが並列にステップS２２、ステップS２３を実行しても良い。
【００４３】
ステップＳ２４では、電池充電率設定部１１３が翌日の電池充放電時系列予測を実施する。前述した通り、図３Ａは太陽光発電時系列予測３１と施設負荷時系列予測３２の例である。この時系列は仮想の値である。この波形より、施設負荷の電力から太陽光発電による電力を引いた値（施設負荷時系列―太陽光発電時系列）を、系統に電力供給の要求をする系統要求電力値３３として作成したものが、図３Ｂで示されており、この値を電池充電率設定部１１３が算出する。
【００４４】
図３Ｂ中の系統要求電力値３３が、０ｋＷから契約電力３４（この例では３００ｋＷと設定した）の間に収まっていれば、契約電力の範囲内となる。この場合、契約上のペナルティーを課せられることない。
【００４５】
ここで、電気料金の価格設定は以下の関係を有するものと仮定する。
「契約電力オーバーの価格＞電池を使用することによる電池劣化分の料金＞系統電力料＞太陽光発電料」とする。
即ち、契約電力オーバーの価格が最も高い設定となるため、契約電力以下の電力を系統に要求することを最優先に守ることとする。一方、太陽光発電は最も安い価格となるため、極力自家消費に回すものとする。また、電池を使用することによる電池劣化分の料金は、系統電力料より高いため、系統要求電力値３３が契約電力の範囲内であれば、電池を使用することなく、系統電力を使用するものとする。
【００４６】
そして、系統要求電力値３３の電力が負になった場合（図３中の３５、３６）、即ち、太陽光発電の電力が施設負荷の電力を上回り電力が余る場合には、電池に余った電力を充電する。この例では売電でなく電池に回すものとした。これは電池に充電する電力の中で最も安いのが太陽光発電であるためである。もちろん、電池の充電率が想定の充電率より高い場合には、売電としても良い。また売電契約をしていない場合には発電した電力を捨てる。
【００４７】
系統要求電力値３３が契約電力３４を上回る場合（図３中の３７）には、契約電力を守るために電池から放電するよう制御する。電池充電率設定部１１３は、施設電力需要推定部１１１、太陽光発電量推定部１１２からの出力に基づき、図３Ｂの電池の放充電の時系列を計算して把握する。
【００４８】
図３Ｂの電池充放電電力を切り出したものを図４に示す。系統要求電力が正の場合は電池に充電されている状態、負の場合は電池が放電されている状態を示している。ステップＳ２４にて、電池充電率設定部１１３は、図４の電池の充放電時系列を作成する。
【００４９】
ステップＳ２５では、電池充電率設定部１１３が、翌日開始の電池充電率（ＳＯＣ）設定を実施する。設定した電池の充電率を充放電司令部１１４に出力する。電池の充電率の求め方については、後述する。
【００５０】
ステップＳ２６にて、充放電司令部１１４は、図５の翌日の電池の充放電時系列積分値を求め、積分値に相当するエネルギーを充放電するよう、ＰＣＳ１０７、ＰＣＳ１０５に制御信号を出力する。また、充放電司令部１１４は、系統要求電力値が契約電力を上回らないようにパワー型電池１０６に放電するようパワー型電池用ＰＣＳ１０７と、容量型電池１０４に放電するよう容量型電池用ＰＣＳ１０５に、制御信号を出力する。
【００５１】
図５は、図４に示した系統要求電力値を時間で積分したものを、電池の充放電時系列積分として示したものである。図５では積分される所定の時間を、翌日の２４時間としている。
【００５２】
図５で、系統要求電力値を所定時間、積分した積分値は、最終時の電池エネルギーＥｆ５１、最大値がＥＵ５２、最小値ＥＬ５３となる。もし最小値EL53が負の値ならば、明日は電力が不足する恐れがあるため、前日のうちにエネルギーを電池に充電させることも考慮する。最小値ＥＬ５３が正または０でかつＥＦ５３が正ならば、明日は電池電力が余ることもある。場合によっては、電池エネルギーの最大値ＥＵ５２から最終時の電池エネルギーＥｆ５１の差分の積分値（エネルギーＥ１）だけ太陽光発電で充電した後に、余剰電力を捨てる。充電率を必要以上に上げないためである。
【００５３】
Ｅ０が負の場合には、前日のうちに太陽光発電充電、足りなければ夜間電力で電池を充電させる。契約電力を超えることによるペナルティーを回避するためである。電池に対する充放電の場合分けを図６で説明する。
【００５４】
図６は、記憶装置２０４に格納され、電池充電率設定部１１３によって参照される、各電池の充電率の設定条件を示す図である。ここでは３つのケースに分けている。
【００５５】
Ｃａｓｅ１は、電池充放電電力積分値の下限値ＥＬ６１（図５のＥＬ５３が相当）が０で、最終値Ｅｆ６３（図５のＥｆ５１が相当）が０以上の場合である。Ｃａｓｅ１は、図５に示した電池の充放電時系列積分値の場合が該当する。Ｃａｓｅ１は、翌日の電池充放電でエネルギー収支が正または０となる場合である。この場合には、前日に電池への充電が必要なく、パワー型電池の充電率（ＳＯＣ）６５と容量型電池の充電率（ＳＯＣ）６６は、共に下限値まで放電する。既に下限充電率の値もしくはその値前後であるならば放電しない。この放電行為は太陽光発電が終了（日没後）に実施しても良い。
【００５６】
Ｃａｓｅ２は、下限値エネルギーＥＬ６１が負（図５の最小値ＥＬ５３が、０未満）で、電池充放電電力積分値の絶対値｜ＥＬ｜がパワー型電池に蓄積可能なエネルギーＥｐより小さい場合（図６の６４）である。この場合、翌日の電力不足分はパワー型電池に蓄積されたエネルギーのみで賄える。そのため、翌日パワー型電池が｜ＥＬ｜分充電した時の充電率をＳＯＣＨ＿ｐとなるようにする。
【００５７】
即ち、系統要求電力値の積分値が、パワー型電池の容量よりも小さい場合には、パワー型電池に積分値に相当するエネルギーを充電するように充電率上限値を設定する。
【００５８】
Ｃａｓｅ３は、下限値エネルギーＥＬ６１が負で、電池充放電電力積分値の絶対値｜ＥＬ｜＜パワー型電池に蓄積可能なエネルギーＥｐ(図６の６４)がＮｏの場合、翌日はパワー型電池に蓄積されたエネルギーのみで賄えないため、パワー型電池と容量型電池の両方の電池を使用する。パワー型電池の前日の充放電目標（パワー型）６５がＳＯＣＨ＿ｐとなるように充電させる。一方、容量型電池は、前日の充放電目標（容量型）６６で、｜ＥＬ｜-Ｅｐだけ放電した時の充電率が下限ＳＯＣＨ＿ｃとなるように充電させる。
【００５９】
即ち、系統要求電力値の積分値が、パワー型電池の容量よりも大きい場合には、パワー型電池の容量を差し引いた値のエネルギーを容量型電池に充電するように容量型電池の充電率の上限値を設定する。
【００６０】
Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ３で説明したように、実施例１においては、パワー型電池に優先して充電し、容量型電池にはパワー型電池に充電しても足らないエネルギーを充電させることで、容量型電池の充電率を下げ、寿命を延ばすことができる。また、システムに用いられる２種類の電池の容量を最適にすることができ、システムコストを低減することができる。パワー型電池は、容量型電池より容量が小さく、寿命が長いため、容量型電池の充電率を下げることを優先させるためである。
【００６１】
ここで、電池に充放電させるとＰＣＳのエネルギー損失、電池の内部抵抗による損失が発生するため、Ｅのエネルギーを充放電させたい場合には、充電エネルギーはＥ÷(ＰＣＳ効率×ＰＣＳ効率として補正する。ＰＣＳ効率はカタログ値のものを使用する（概ね０．９３前後の値）。
ここで、充電エネルギーは電池効率の二乗を更に割ってもよい。電池効率は（ＣＣＶ-ＯＣＶ×セル直列数）/ＣＣＶとして計算してもよい。ＣＣＶとは電池にかかるトータル電圧であり、電池コントローラで計測した電池電圧となる。もし、電池メーカーからの電池効率が開示されているならば、その値を使用してもよい。
【００６２】
次に、パワー型電池に蓄積可能なエネルギーＥｐの計算方法について述べる。まずはパワー型電池の１個の電池の充電率とＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ；電池の開放電圧)の関係、定常状態における電池エネルギーと充電率の関係を図７Ａ、Ｂの例で説明する。図７Ａは電池の充電率と開放電圧の仮想例であり、電池製造会社から提供されているデータである。この開放電圧は電池の充放電が終了後に放置して電池電圧が安定した時の電圧である。充電率を電荷に置き換え、電圧に電荷を掛け合わせた値が、電圧×電荷、1本の電池の蓄積エネルギーとなる。
【００６３】
そのため、電池の開放電圧関数をＯＣＶ（ＳＯＣ）とするならば、ＳＯＣ×ＯＣＶ（ＳＯＣ）×電池一本の容量［Ａｈ]×電池本数が蓄積エネルギーとして計算できる。図７Ａを基に電池のエネルギーを計算したものを図７Ｂに記す。
【００６４】
ここで、パワー型電池パックの容量[Ｗｈ]は前述したように、Ｑｐ×（ＳＯＣＨ_ｐ−ＳＯＣＬ_ｐ）×Ｓｐ×Ｐｐ×ＳＯＨＱ_ｐ×セル電圧（ＯＣＶ）で計算される。そして、パワー型電池は、電池メーカーの仕様により充電率の下限値から上限値までを使用するため、図７Ｂ中ではＥｐ７１（２７０−９０ｋＷｈ）の積分値がパワー型電池エネルギーとして使用できることになる。
【００６５】
また、|ＥＬ|放電したときにパワー型電池が下限ＳＯＣになるということは、図７Ｂ中ではＳＯＣ７２の値に充電しておけば良いことになる。この図７Ｂの関係は、容量型電池でも同様に計算でき、容量型電池は|ＥＬ|−Ｅｐだけ放電した時のＳＯＣが下限ＳＯＣであるＳＯＣＬ_ｃとなるような充電率も計算できる。
【００６６】
以上がステップＳ２５の処理であり、図１Ａでは電池充電率設定部１１３が行う。ステップＳ２５終了後、ステップＳ２６に処理を移す。
【００６７】
ステップＳ２６では、翌日開始時の電池充電率設定部１１３がステップＳ２５で指定した充電率を充放電指令部１１４に送信し、充放電司令部１１４が各ＰＣＳに制御信号を送る。
【００６８】
もし充電ならば、（太陽光発電―施設電力）が正になるときに電池に充電させる。もし日没後に充電率が不足しているならば、電気料金の安い夜間電力にて電池を充電する。もし放電ならば、日没後でかつ電気料金の高い時間帯にて電池を放電させる。パワー型か容量型の充放電優先度はどちらであっても構わないし、均等に充放電しても構わない。この図２の処理は一日の開始から終了までとする。
【００６９】
次に、各電池の容量[Ｗｈ]を規定する方法について述べる。まずは電池が最大用意しなければならないエネルギーを計算する。この計算としては、一日あたり施設負荷が契約電力[ｋＷ]を超える部分を積分して計算する。この契約電力を超過するエネルギーをＥ（ｎ）とする。ｎは日数である。そしてＥ（ｎ）の最大値が必要な電池エネルギーとなる。この考え方は、太陽光発電が曇天で全く発電できない非常事態でどれだけ電池でバックアップするかとした。
【００７０】
次に、パワー型電池に必要なエネルギーを計算する。これは、年間の施設負荷、日射量時系列から図４の時系列を作成する。そして一日当たりの下限値エネルギーの積分値の絶対値|ＥＬ|を計算し、その最大値をＥＬＭとする。このＥＬＭに前述した効率分の補正した分をパワー型電池のエネルギーとする。エネルギーと容量の換算は図７Ｂの関係とＱｐ×(ＳＯＣＨ_ｐ−ＳＯＣＬ_ｐ)×Ｓｐ×Ｐｐ×ＳＯＨＱ_ｐ×ＯＣＶの関係を用いる。ＳＯＨＱ_ｐ=1として、（パワー型電池の容量（1個当たりのＡｈ））Ｑｐを計算するが、Ｑｐに最低減の値を設定すると、ほんの僅か劣化してもシステムが保障できなくなるため、１倍以上のマージン分を用意する（例えば１．４倍）。そして、容量型電池はＥＭ−ＥＬＭの値分のエネルギーを確保するように用意する。計算方法はパワー型電池と同様である。ＳＯＣ_Ｌは０％、３０%や５０%を用いても良い。ＳＯＣ_Ｈは７０%、８０%や１００%を用いても良い。
【００７１】
以上は翌日の場合を予測するケースであるが、これが例えば３日後、季節間で一定としても良い。３日後の充電計画を立てる場合には、前述した充電計画を３日に置き換えて同様に計算する。そして翌日のための充電率調整のための電池放電を避けても良い。これは電池の充放電を極力抑えて劣化を抑制するためである。また、季節間で一定のケースでは、与えられた季節で充電率の目標値を一定としておき、不要な電池放電を避けても良い。この季節間での充電率の目標値は過去の実績と予測値から一定としておく。
【００７２】
以上、実施例１によれば、パワー型電池、容量型電池の充電率を極力下げることにより、電池の寿命が長くすることができる。また、各電池の容量を最適化することで、システムのコストを下げることができる。
【実施例２】
【００７３】
次に、実施例２を図８で説明する。図１Ａと図８の差分は、図１Ａ中のＰＣＳ１０７が無くなり、代わりにＳＷ１１０をおき、電池用ＰＣＳを一つにして、ＳＷ１１０でパワー型電池１０６と容量型電池１０４を切り替える。
【００７４】
処理の差分としては、コントローラ１０１からの充放電指令が、ＰＣＳ１０５とＳＷ１１０へ入力される。図２の電池運用計画システムのステップ２６にて、電池は片方のみの使用として指令を出すことになる。
【００７５】
また太陽光発電用のＰＣＳ１０３、容量型電池用のＰＣＳ１０５を取り払い、ＤＣで繋いで、ＡＣライン１０８とパワー型電池１０６と容量型電池１０４のＤＣライン間をＰＣＳで繋いでも良い。そして、ＳＷ１１０はパワー型電池１０６と容量型電池１０４のそれぞれに置く。この時の充放電コントロールとしては、ＰＶが発電してかつ施設に電力を送る場合には、スィッチを２つとも切り離し、電池用ＰＣＳ１０５で電力需要を調整する。これにより、電池の充放電はストップする。もしＰＶが発電して、施設に電力を供給させかつ電池へ充電させる場合には、片方の充電したい電池のＳＷ１１０を入れる。ＰＣＳ１０５をＤＣからＡＣへ電力指令をすることにより、自動的に太陽光発電―施設電力がＤＣラインで余剰となり、その分ＤＣラインの電圧が上がり、電池が充電される。
【００７６】
太陽光発電から施設に電力を供給し、かつ電池も放電して施設に電力を送る場合には同様にＰＣＳ１０５にＤＣからＡＣへ電力指令をすることで、自動的に施設電力−ＰＶ発電が負となり、ＤＣラインの電圧が下がり、電池が放電されることになる。この時のＰＣＳはコントローラでコントロールし、図２との差分としては、上記のシーケンスを追加することになる。
【００７７】
以上、実施例２によれば、ＰＣＳ台数が削減でき、電池運用システムのコストダウンを図ることができる。
【実施例３】
【００７８】
第２の実施例までは電池が２個ある場合であるが、パワー型電池の年間充放電回数が少ないならば、電池を一個にしても良い。この時には、図１Ａのパワー型電池１０６、ＰＣＳ１０７を取り払い、容量型電池１０４とＰＣＳ１０５を残す。翌日の電池充電率目標値としては、図６の代わりに図９とする。充電率の下限をＳＯＣＬとする。その時の電池の容量は、前述した電池が最大用意しなければならないエネルギーＥＭを基に計算する。図２の差分としては、電池が１個になった場合として処理する。
【００７９】
なお上述の実施例においては、電力供給システムに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々のシステム、装置、方法、プログラムに広く適用することができる。
【００８０】
また上述の実施例においては、電流制御処理は、プロセッサがプログラムをメモリに読み出して実行することにより実現される場合について述べたが、本発明はこれに限らず、専用の回路などのハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとが組み合わされて実現されてもよい。
【００８１】
また、上記の説明において各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また上述した構成については、本発明の要旨を超えない範囲において、適宜に、変更したり、組み替えたり、組み合わせたり、省略したりしてもよい。
【００８２】
以上の通り、本発明によれば、電池の寿命を抑えることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１００：電池運用システム、
１０１：コントローラ、
１０２：太陽光発電、
１０３：ＰＣＳ、
１０４：容量型電池、
１０６：パワー型電池、
１０９：施設負荷、
１１０：系統、
１１１：施設電力需要推定部、
１１２：太陽光発電量推定部、
１１３：電池充電率設定部、
１１４：充放電指令部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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