(57)【要約】【課題】電力貯蔵装置に用いられる二次電池の長寿命を図る。【解決手段】二次電池を、満充電よりも所定量だけ少ない充電率と、完全放電よりも所定量だけ多い充電率との範囲である特定充放電領域において使用する。第１の時間帯（夜間）では、二次電池を、前記特定充放電領域内において予め設定された規定充電率Ｃｘまで充電させる。第２の時間帯（昼間）には、前記特定充放電領域内において、第１及び第２のピークカット時間帯Ｒ１、Ｒ２において二次電池の放電を行わせる一方で、第１及び第２のピークカット時間帯Ｒ１、Ｒ２の間の中間時間帯Ｖにおいて二次電池を充電させる。このような充放電制御によれば、前記特定充放電領域の範囲内で二次電池の充放電サイクルが実行されるので、当該二次電池の長寿命化を図ることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電及び放電が可能であって、完全放電状態と満充電状態との間の特定充放電領域において充放電サイクルが行われた場合に電池寿命が長期化する特性を有する二次電池と、
前記二次電池の充放電動作を制御する制御手段と、備え、
前記制御手段は、
前記二次電池に放電動作を行わせない第１の時間帯と、前記二次電池の放電動作を許容する第２の時間帯とを設定し、
前記第１の時間帯において、前記二次電池を前記特定充放電領域内において予め設定された規定充電量まで充電させ、
前記第２の時間帯において、前記二次電池の放電を前記特定充放電領域内において許容し、該放電の後、前記特定充放電領域内において前記二次電池を充電させる、電力貯蔵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力貯蔵装置において、
前記二次電池は、商用電力系統及び負荷が接続された構内系統に接続され、前記商用電力系統から供給される電力による充電と、前記構内系統への放電とが可能であり、
前記第１の時間帯は、第１の電気料金単価で電力が供給される時間帯であり、
前記第２の時間帯は、前記第１の電気料金単価よりも高価な第２の電気料金単価で電力が供給される時間帯である、電力貯蔵装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力貯蔵装置において、
前記第２の時間帯には、予め想定された第１のピークカット時間帯と第２のピークカット時間帯とが存在する場合において、
前記制御手段は、
前記規定充電量を、前記第１のピークカット時間帯において前記負荷にピークカット分の電力を供給し得る充電量に設定し、
前記第１のピークカット時間帯と前記第２のピークカット時間帯との中間時間帯に、前記第２のピークカット時間帯において前記負荷にピークカット分の電力を供給し得る充電量まで、前記二次電池を充電させる、電力貯蔵装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力貯蔵装置において、
前記制御手段は、
前記第１の時間帯において前記規定充電量まで充電する充電量Ｅ１と、前記第２の時間帯において想定される全ての充電動作における総充電量Ｅ２とを比較し、
Ｅ１＜Ｅ２であるとき、Ｅ２を賄うことができる充電量に前記規定充電量の設定値を変更する、電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を用いた電力貯蔵装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間帯や季節ごとの電力需要の格差を縮小するために、電気料金の割安な夜間に二次電池の充電を行い、充電した電力を電力需要の多い昼間に放電する電力貯蔵装置が知られている。このような負荷平準化対策によって、受電電力のピークを下げることによる電気料金の削減効果、さらには、前記二次電池を非常用電源や瞬時電圧低下時の電源として使用できる等の効果がある。特許文献１〜３には、負荷平準化の機能を備えた装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−００８３８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２５５３７号公報
【特許文献３】特開平８−２８７９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力貯蔵装置に用いられる二次電池は、充放電の繰り返しによる劣化や経年劣化により満充電容量が減少し、ついには所定の容量を確保できなくなる。すなわち、二次電池には寿命がある。電力貯蔵装置を長期間に亘り安定的に使用できるようにするためには、二次電池の寿命を少しでも長くすることが肝要となる。従来、二次電池の長寿命を図る手法が種々提案されているが、充放電制御やこれに付随する他の制御が複雑であったり、特別な制御機器を要したりするという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、複雑な制御や特別な制御機器を用いることなく、電力貯蔵装置に用いられる二次電池の長寿命を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の局面に係る電力貯蔵装置は、充電及び放電が可能であって、完全放電状態と満充電状態との間の特定充放電領域において充放電サイクルが行われた場合に電池寿命が長期化する特性を有する二次電池と、前記二次電池の充放電動作を制御する制御手段と、備え、前記制御手段は、前記二次電池に放電動作を行わせない第１の時間帯と、前記二次電池の放電動作を許容する第２の時間帯とを設定し、前記第１の時間帯において、前記二次電池を前記特定充放電領域内において予め設定された規定充電量まで充電させ、前記第２の時間帯において、前記二次電池の放電を前記特定充放電領域内において許容し、該放電の後、前記特定充放電領域内において前記二次電池を充電させる。
【０００７】
一般に二次電池は、満充電（充電率＝１００％）と完全放電（充電率＝０％）とを繰り返す充放電サイクルを行うよりも、完全放電状態と満充電状態との間の特定充放電領域において充放電サイクルを行う方が、電池寿命が長くなる。上記構成によれば、二次電池は、前記第１の時間帯には前記特定充放電領域内において予め設定された規定充電量まで充電され、前記第２の時間帯には前記特定充放電領域内において放電が許容され、また、該放電の後、前記特定充放電領域内において前記二次電池が充電される。従って、前記特定充放電領域の範囲内で二次電池の充放電サイクルが実行されるので、当該二次電池の長寿命化を図ることができる。また、前記第１の時間帯に二次電池を満充電状態にしないことに伴う充電容量の不足分は、前記第２の時間帯における充電動作で補完することができるので、容量不足の問題が顕在化することはない。
【０００８】
上記構成において、前記二次電池は、商用電力系統及び負荷が接続された構内系統に接続され、前記商用電力系統から供給される電力による充電と、前記構内系統への放電とが可能であり、前記第１の時間帯は、第１の電気料金単価で電力が供給される時間帯であり、前記第２の時間帯は、前記第１の電気料金単価よりも高価な第２の電気料金単価で電力が供給される時間帯であることが望ましい。
【０００９】
前記第１の時間帯は、例えば割安な夜間電力料金が適用される夜間の時間帯であり、前記第２の時間帯は通常の電力料金が適用される昼間の時間帯である。上記構成によれば、あえて夜間に二次電池を満充電状態とせず、電力料金が割高な昼間にも二次電池に対する充電が行われる。このため、二次電池の充電のために要する電力料金は、夜間に二次電池を満充電状態とする場合に比べて割高となるが、二次電池の長寿命化が図られる分だけ電力貯蔵装置の交換周期を長くすることができる。従って、長期スパンで経済性を比較考量した場合、本発明の電力貯蔵装置が従来装置に比べて優位性を備えている。
【００１０】
この場合、前記第２の時間帯には、予め想定された第１のピークカット時間帯と第２のピークカット時間帯とが存在する場合において、前記制御手段は、前記規定充電量を、前記第１のピークカット時間帯において前記負荷にピークカット分の電力を供給し得る充電量に設定し、前記第１のピークカット時間帯と前記第２のピークカット時間帯との中間時間帯に、前記第２のピークカット時間帯において前記負荷にピークカット分の電力を供給し得る充電量まで、前記二次電池を充電させることが望ましい。
【００１１】
前記中間時間帯は、例えば電力需要が低下する昼休みの時間帯であり、第１のピークカット時間帯は午前中の電力需要ピークの時間帯、第２のピークカット時間帯は午後の電力需要ピークの時間帯である。上記構成によれば、例えば、夜間の時間帯に午前中のピーク分に対応可能な充電量まで二次電池を充電し、昼休みの時間帯に午後のピーク分に対応可能なように二次電池を充電する、といった運用が可能となる。
【００１２】
上記構成において、前記制御手段は、前記第１の時間帯において前記規定充電量まで充電する充電量Ｅ１と、前記第２の時間帯において想定される全ての充電動作における総充電量Ｅ２とを比較し、Ｅ１＜Ｅ２であるとき、Ｅ２を賄うことができる充電量に前記規定充電量の設定値を変更することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、Ｅ１＜Ｅ２であるとき、つまり電力料金が割高な時間帯における充電動作が過半数を超えるとき、前記規定充電量の設定値が変更されるので、前記第１の時間帯と前記第２の時間帯との電力料金の差額メリットを、常に一定量は確保できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、劣化の少ない特定充放電領域においてのみ二次電池の充放電サイクルが行われることになるので、二次電池の寿命を長くすることができる。従って、二次電池（電力貯蔵装置）の交換サイクルを長くすることができ、交換コストを削減することができる。また、充電動作の一部を第２の時間帯に実行させるだけであるので、充放電制御が複雑化することはない。さらに、二次電池の長寿命化のために特別な機器も不要であり、設備コストの増大も発生しない利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る電力貯蔵装置の概略を示すブロック図である。
【図２】二次電池の寿命に影響を与える充放電領域を説明するための模式図である。
【図３】需要家における負荷曲線の一例と、比較例に係る二次電池の充放電制御を示すタイムチャートである。
【図４】需要家における負荷曲線の一例と、本発明の第１実施形態に係る二次電池の充放電制御を示すタイムチャートである。
【図５】需要家における負荷曲線の他の例と、比較例に係る二次電池の充放電制御を示すタイムチャートである。
【図６】需要家における負荷曲線の他の例と、本発明の第２実施形態に係る二次電池の充放電制御を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵装置１の概略を示すブロック図である。電力貯蔵装置１は、電力事業者が運営する商用電力系統２から電力の供給を受ける、電力需要家の構内配線系統１Ａに接続される装置であって、受電電力のピークを下げることによる電気料金の削減効果、さらには、非常用電源や瞬時電圧低下時の電源として活用することを企図して、構内配線系統１Ａに組み込まれる装置である。
【００１７】
電力貯蔵装置１は、制御部１０（制御手段）、電流・電圧センサ４１、交流直流変換部４２、連系リアクトル４３、及び二次電池２０を備える。電力需要家の構内配線系統１Ａには、電灯、各種電力機器、電動機及び空調機などの負荷３が存在する。負荷３は、構内配線系統１Ａを介して電力貯蔵装置１（二次電池２０）に接続されていると共に、商用電力系統２にも接続されている。つまり、負荷３は、商用電力系統２及び二次電池２０の双方から、電力の供給を受けることが可能である。二次電池２０は、制御部１０の制御下において、商用電力系統２から供給される電力によって充電され、また、構内配線系統１Ａを通して負荷３への電力供給のために放電する。
【００１８】
商用電力系統２は、電力事業者により運営され、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電力を供給する送電系統である。本実施形態では、電力事業者は、電力貯蔵装置１を備える電力需要家に対し、昼間電力料金の時間帯（例えば８：００〜２２：００／第２の時間帯）においては、通常の電力料金（第２の電力料金単価）で電力を供給し、夜間電力料金の時間帯（２２：００〜翌８：００／第１の時間帯）においては通常の電力料金よりも安価な電力料金（第１の電力料金単価）で電力を供給する。
【００１９】
二次電池２０は、充電及び放電からなる充放電サイクルを繰り返して実行可能な電池である。本発明においては、この二次電池２０として、完全放電状態と満充電状態との間の特定充放電領域において前記充放電サイクルが行われた場合に、電池寿命が長期化する特性を有する二次電池が用いられる。このような二次電池としては、例えばリチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ナトリウム硫黄電池等を例示することができる。二次電池２０は、実際には多数個の二次電池セルが直列接続された電池モジュールからなる。
【００２０】
図２は、二次電池の寿命に影響を与える充放電領域を説明するための模式図である。ここでは、２タイプの充放電サイクルを行う電池Ａと電池Ｂを示している。電池Ａは、満充電Ｃmax（充電率＝１００％）と完全放電Ｃ０（充電率＝０％）とを繰り返す充放電サイクルを行うように使用される電池である。一方、電池Ｂは、満充電Ｃmaxよりも所定量だけ少ない充電率Ｃ１％を充電の上限とし、完全放電Ｃ０よりも所定量だけ多い充電率Ｃ２％を放電の下限として、充放電サイクルを行うように使用される電池である。つまり電池Ｂは、充電率Ｃ１％〜Ｃ２％の範囲の特定充放電領域において、充放電サイクルが行われる電池である。なお、電池寿命を有意に延命できる特定充放電領域は二次電池の種類によって異なる。
【００２１】
一般に二次電池は、充放電サイクルを繰り返すことにより劣化して電池容量が低下してゆき、ついには電池寿命を迎える。前記劣化の主な原因は、充放電サイクルによる二次電池の内部抵抗の増加にある。電池Ａと電池Ｂとの電池寿命を比較すると、電池Ｂの方が電池Ａよりも相当寿命が長くなる。これは、電池容量の上限までフルに充電する満充電や、完全充電のように放電深度が深い放電が繰り返されると、前記内部抵抗の増加が促進されるためである。従って、電池Ｂの如く、満充電及び完全放電に至らない充放電幅である特定充放電領域において二次電池を使用すれば、当該二次電池の電池寿命を延命させることができ、ひいては二次電池の交換周期を長くすることができる。これにより、電力貯蔵装置１の経済性を高めることができる。
【００２２】
図１に戻って、電流・電圧センサ４１は、二次電池２０の充放電時に、二次電池２０が充放電する電力の充放電電流値及び充放電電圧値を測定する。
【００２３】
交流直流変換部４２は、二次電池２０の充電時には、商用電力系統２から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池２０に供給する整流器として機能する。また、交流直流変換部４２は、二次電池２０の放電時には、二次電池２０から放電される直流電力を、負荷３に応じた電圧値または電流値もしくは電力値の交流電力に変換して構内配電系統１Ａに供給するインバータとして機能する。さらに、交流直流変換部４２は、商用電力系統２から供給される電力を用いて、例えば定電力・定電流充電方式で二次電池２０を充電する。
【００２４】
連系リアクトル４３は、交流直流変換部４２と商用電力系統２との間に設けられている。交流直流変換部４２は、交流直流変換部４２側の交流電力Ｖ２の位相を商用電力系統２側の交流電力Ｖ１の位相よりも進ませることで、二次電池２０に貯蔵されている電力を構内配電系統１Ａに供給する。一方、二次電池２０の充電時に交流直流変換部４２は、交流電力Ｖ２の位相を交流電力Ｖ１の位相よりも遅らせることで、商用電力系統２の電力を二次電池２０に供給する。なお、交流直流変換部４２が、Ｖ２の位相とＶ１の位相とを等しくした場合は、二次電池２０は充電も放電もされない待機状態となる。
【００２５】
制御部１０は、電力貯蔵装置１の動作を統括的に制御するコントローラである。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、該ＣＰＵは所定の制御プログラムを実行することで、ソフトウェア的に充放電制御部１１、特性記憶部１２、規定充電量設定部１３、充放電タイミング設定部１４及び負荷監視部１５を備えるように機能する。
【００２６】
充放電制御部１１は、交流直流変換部４２を通して二次電池２０の充放電動作を制御する。充放電制御部１１は、二次電池２０の充電時に、商用電力系統２から供給される電力を用いて、例えば定電力・定電流充電方式で二次電池２０を充電させる。このとき、充放電制御部１１は、交流直流変換部４２に設定電力及び設定電流の指示信号を与える。また、充放電制御部１１は、二次電池２０の放電時に、二次電池２０から放電される直流電力を、所定の設定電力および設定電流に変換するよう、交流直流変換部４２に指示信号を与える。
【００２７】
特性記憶部１２は、二次電池２０の特性、特に、上記特定充放電領域の値を記憶する。具体的には、当該二次電池２０の電池寿命の長期化に寄与する充電上限値（充電率Ｃ１％）と、放電下限値（充電率Ｃ２％）の値を記憶する。充放電制御部１１は、原則として、この特性記憶部１２に記憶されている特定充放電領域の範囲内で、二次電池２０の充放電を行う。
【００２８】
規定充電量設定部１３は、第１の時間帯（夜間電力料金の時間帯）における充電動作で二次電池２０を充電する際の上限する規定充電率Ｃｘ（規定充電量）を設定する。本発明では、第１の時間帯において二次電池２０を満充電することが可能でありながら、あえてこれを行わず、前記特定充放電領域内での充電に止める。規定充電率Ｃｘは、当該充電をどこまで行うかを定める指標である。規定充電率Ｃｘは、前記特定充放電領域内において任意に設定することができるが、特に前記特定充放電領域の上限値或いは上限値付近に設定することが望ましい。また、後述の第２実施形態においても説明するが、第１の時間帯における充電量と、第２の時間帯（昼間電力料金の時間帯）における充電量とを比較考量して、規定充電率Ｃｘが変更されるようにしても良い。
【００２９】
充放電タイミング設定部１４は、二次電池２０に放電動作を行わせない時間帯と、二次電池２０の放電動作を許容する時間帯とを設定する。本実施形態では、前者の時間帯は第１の時間帯（夜間電力料金の時間帯）であり、後者の時間帯は第２の時間帯（昼間電力料金の時間帯）である。換言すると、充放電タイミング設定部１４は、第１の時間帯及び第２の時間帯の双方を、充電動作を許容する時間帯として扱う。
【００３０】
さらに、充放電タイミング設定部１４は、二次電池２０に対する充電動作の開始及び終了のタイミング、並びに、二次電池２０からの放電動作の開始及び終了のタイミングを決定し、充放電制御部１１に充放電動作を実行させる。第１の時間帯においては、充放電タイミング設定部１４は、二次電池２０の残容量と規定充電量設定部１３に設定されている規定充電率Ｃｘとを参照して、二次電池２０に対する充電動作の開始タイミングを決定する。一方、充電動作の終了タイミングは、充電動作によって二次電池２０の充電状態が規定充電率Ｃｘに至ったタイミングである。このタイミング判定は、例えば、電流・電圧センサ４１によって計測された充電電流の積算値に基づいて行わせることができる。
【００３１】
第２の時間帯においては、充放電タイミング設定部１４は、負荷がピークカットレベルを超過するタイミングを、二次電池２０に対する放電動作の開始タイミングとして設定する。また、負荷電力量がピークカットレベルを超過している状態からピークカットレベルを下回る状態に移行したタイミングを、二次電池２０に対する放電動作の終了タイミングとすると共に、二次電池２０に対する充電動作の開始タイミングとして設定する。勿論、充放電の開始又は終了タイミングは、負荷電力量がピークカットレベルを超過乃至は下回ったタイミングに厳格に連動させなくとも良い。また、負荷パターンが概ね定型化されている場合は、予め算出された負荷予想値に基づいて、充放電の開始又は終了タイミングを設定させるようにしても良い。
【００３２】
負荷監視部１５は、負荷３で使用されている電力量を監視する。充放電タイミング設定部１４は、負荷監視部１５から負荷３の電力使用状況に関する情報を取得し、充放電の開始又は終了タイミングを決定する。
【００３３】
以上の通り構成された制御部１０による、二次電池２０の充放電制御の概要は次の通りである。
（１）第１の時間帯；二次電池２０を、前記特定充放電領域内において予め設定された規定充電量（規定充電率Ｃｘ）まで充電させる。
（２）第２の時間帯；二次電池２０の放電を前記特定充放電領域内において許容し、該放電の後、前記特定充放電領域内において二次電池２０を充電させる。
【００３４】
このような充放電制御によれば、前記特定充放電領域の範囲内で二次電池２０の充放電サイクルが実行されるので、当該二次電池２０の長寿命化を図ることができる。なお、第１の時間帯に二次電池２０を満充電状態にしないことに伴う充電容量の不足分は、第２の時間帯における充電動作で補完することができるので、容量不足の問題が顕在化することはない。以下、上記二次電池２０の充放電制御を、具体例を挙げて説明する。
【００３５】
＜第１実施形態＞
図３は、需要家における電力需要の変位を示す負荷曲線Ｄ１の一例（上段）と、比較例に係る二次電池２０の充放電制御例（下段）を示すタイムチャートである。図３では、時刻Ｔ１〜Ｔ２が第１の時間帯（夜間電力料金の時間帯）、時刻Ｔ２〜Ｔ３が第２の時間帯（昼間電力料金の時間帯）、時刻Ｔ３以降が再び第１の時間帯となるケースを例示している。負荷曲線Ｄ１（負荷電力量の推移）は、第１の時間帯では少ないレベルであるが、第２の時間帯における時刻Ｔ２１〜Ｔ２２（午前中の負荷ピークに対応する第１のピークカットの時間帯Ｒ１）、及び時刻Ｔ２３〜Ｔ２４（午後の負荷ピークに対応する第２のピークカットの時間帯Ｒ２）に、ピークカットレベルとして設定されている電力量を超過している例を挙げている。
【００３６】
従来の負荷平準化制御においては、第１の時間帯に二次電池２０を満充電状態とし、第２の時間帯においてピークカットレベルを超過する電力需要が有ったときに二次電池２０から放電させている。第２の時間帯においては、二次電池２０に対する充電動作は行われない。
【００３７】
例えば、図３の電池充電率の変位線Ｓ１１に基づいて具体的に説明すると、第１の時間帯において第２の時間帯の開始時刻Ｔ２までに、二次電池２０が満充電状態となるように充電動作が実行される。時刻Ｔ２以降、しばらくは待機状態とされ、第１のピークカットの時間帯Ｒ１が始まる時刻Ｔ２１から放電動作が実行される。その後、電力需要がピークカットレベルを下まわる時刻Ｔ２２において一旦放電動作が停止されて待機状態となり、電力需要が再びピークカットレベルを超過する第２のピークカットの時間帯Ｒ２の開始時刻Ｔ２３から放電動作が再開される。そして、電力需要がピークカットレベルを再び下まわる時刻Ｔ２４以降、二次電池２０は待機状態となる。その後、第１の時間帯の開始時刻Ｔ３が到来した以降に、二次電池２０に対する充電動作が実行される。
【００３８】
第１及び第２のピークカットの時間帯Ｒ１、Ｒ２における電力需要がより多いと、電池充電率は変位線Ｓ１２に示す通りとなる。すなわち、第１及び第２ピークカットの時間帯Ｒ１、Ｒ２における電池放電量が多くなり、放電深度が深くなる。このため、時刻Ｔ２４には電池充電率は０％に近い状態となる。このように、二次電池２０を、満充電状態から完全放電状態までの広い充放電領域で使用すると、図２に基づく先に説明した通り、二次電池２０の寿命が短くなる。
【００３９】
図４は、需要家における負荷曲線Ｄ１の一例（上段／図３と同じ）と、本発明の第１実施形態に係る二次電池２０の充放電制御例（下段）を示すタイムチャートである。本実施形態では、第１の時間帯に二次電池２０をあえて満充電状態とはせずに、予め設定された規定充電量（規定充電率Ｃｘ）まで充電する充電動作が行われる。また、第２の時間帯において、第１及び第２ピークカットの時間帯Ｒ１、Ｒ２の間の中間時間帯Ｖ（昼休み前後の時間帯）にも、二次電池２０に対する充電動作が実行される。
【００４０】
図４に示す電池充電率の変位線Ｓ２に基づいて具体的に説明する。第１の時間帯の間において充放電タイミング設定部１４によって設定された充電開始タイミングから、充放電制御部１１は二次電池２０に対する充電動作を行なう。この際、充放電制御部１１は、規定充電量設定部１３に設定されている規定充電率Ｃｘを上限として、二次電池２０を充電する。規定充電率Ｃｘへ到達した以降は待機状態となり、第２の時間帯を迎える。その後、第１のピークカットの時間帯Ｒ１が始まる時刻Ｔ２１、つまり負荷監視部１５が、負荷３の電力消費量がピークカットレベルを超過したことを検知した時刻Ｔ２１から、充放電タイミング設定部１４は充放電制御部１１に二次電池２０の放電動作を実行させる。この放電動作は、第１のピークカットの時間帯Ｒ１が終了する時刻Ｔ２２まで継続される。
【００４１】
中間時間帯Ｖに入ると、充放電タイミング設定部１４は、逆に充放電制御部１１に二次電池の充電動作を実行させる。この充電動作は、負荷監視部１５が、負荷３の電力消費量が再びピークカットレベルを超過したことを検知する第２のピークカットの時間帯Ｒ２の開始時刻Ｔ２３まで継続される。時刻Ｔ２３から、充放電タイミング設定部１４は充放電制御部１１に、再び二次電池２０の放電動作を実行させる。この放電動作は、第２のピークカットの時間帯Ｒ２が終了する時刻Ｔ２４まで継続される。時刻Ｔ２４以降は、二次電池２０は待機状態とされ、第１の時間帯に至る。
【００４２】
第１及び第２のピークカットの時間帯Ｒ１、Ｒ２における電力需要がより多い場合（多いと予想される場合）、電池充電率の変位線Ｓ２の振れ幅、つまり充放電領域は広くなる。すなわち、第１の時間帯における充電量、中間時間帯Ｖにおける充電量が多くなる。しかし、当該充放電領域は、特定充放電領域、具体的には特性記憶部１２に記憶されている充電上限値及び放電下限値を超過しないように制御部１０によって管理される。図４の例では、特定充放電領域の上限値よりも低いレベルに規定充電率Ｃｘが設定されている例を示しているが、規定充電率Ｃｘを充電上限値と同レベルに設定しても良い。また、図４では中間時間帯Ｖにおいて規定充電率Ｃｘまで充電を行っている例を示しているが、第２のピークカットの時間帯Ｒ２における電力需要が比較的多いと想定される場合は、規定充電率Ｃｘを越えて充電上限値付近まで充電させるようにしても良い。
【００４３】
多くの電力需要家において、例えば午前及び午後の負荷ピークのように、第１及び第２のピークカットの時間帯Ｒ１、Ｒ２が実際に発生する。また、このような第１及び第２のピークカットの時間帯Ｒ１、Ｒ２の発生は、負荷３の稼働シーケンス等から予め想定することができる。従って、中間時間帯Ｖの発生も想定することができ、この中間時間帯Ｖを活用した二次電池２０の充電動作を、予め充放電制御に組み入れることにしても、さほど問題は生じない。
【００４４】
第１実施形態では、上記のような負荷曲線Ｄ１の実情に鑑み、言わば、第１の時間帯の間に、第１のピークカット時間帯Ｒ１における二次電池２０の放電量に相当する充電を行い、中間時間帯Ｖに第２のピークカット時間帯Ｒ２における二次電池２０の放電量に相当する充電を行う充放電制御が行われる。つまり、規定充電率Ｃｘは、第１のピークカット時間帯Ｒ１において負荷３にピークカット分の電力を供給し得る充電量に設定され、また、中間時間帯Ｖには、第２のピークカット時間帯Ｒ２において負荷３にピークカット分の電力を供給し得る充電量まで、二次電池２０を充電させるものである。従って、過充電や放電深度が深くならない充放電制御を行うことができ、特定充放電領域内で二次電池２０を使用することができる。
【００４５】
以上の通り、本実施形態によれば、二次電池２０は、第１の時間帯には規定充電率Ｃｘまで充電され、第２の時間帯には特定充放電領域内において放電が許容され、また、該放電の後、特定充放電領域内において二次電池２０が充電される。従って、特定充放電領域の範囲内で二次電池２０の充放電サイクルが実行されるので、当該二次電池２０の長寿命化を図ることができる。また、第１の時間帯に二次電池２０を満充電状態にしないことに伴う充電容量の不足分は、中間時間帯Ｖにおける充電動作で補完することができるので、容量不足の問題が顕在化することはない。
【００４６】
また、本実施形態では、あえて割安な夜間電力料金が適用される第１の時間帯に二次電池２０を満充電状態とせず、電力料金が割高な第２の時間帯にも二次電池２０に対する充電が行われる。このため、二次電池２０の充電のために要する電力料金は、第１の時間帯に二次電池２０を満充電状態とする場合に比べて割高となるが、二次電池２０の長寿命化が図られる分だけ二次電池２０（電力貯蔵装置１）の交換周期を長くすることができる。従って、長期スパンで経済性を比較考量した場合には、当該充放電制御を行う本実施形態の電力貯蔵装置１の方が、従来装置に比べて優位性を有する。
【００４７】
＜第２実施形態＞
図５は、需要家における電力需要の変位を示す負荷曲線Ｄ２の一例（上段）と、比較例に係る二次電池２０の充放電制御例（下段）を示すタイムチャートである。図３では、時刻Ｔ４〜Ｔ５が第１の時間帯（夜間電力料金の時間帯）、時刻Ｔ５〜Ｔ６が第２の時間帯（昼間電力料金の時間帯）、時刻Ｔ６以降が再び第１の時間帯となるケースを例示している。ここで例示している負荷曲線Ｄ２は、第１の時間帯では少ないレベルであるが、第２の時間帯における時刻Ｔ５１〜Ｔ５２（第１のピークカットの時間帯Ｒ３１）、時刻Ｔ５３〜Ｔ５４（第２のピークカットの時間帯Ｒ３２）及び時刻Ｔ５５〜Ｔ５６（第３のピークカットの時間帯Ｒ３３）に、ピークカットレベルとして設定されている電力量を超過している。
【００４８】
従来の負荷平準化制御では、第１の時間帯Ｔ４〜Ｔ５に二次電池２０を満充電状態とし、第２の時間帯Ｔ５〜Ｔ６における第１〜第３のピークカットの時間帯Ｒ３１〜Ｒ３３に、二次電池２０から放電させる。図５の電池充電率の変位線Ｓ３に基づいて具体的に説明すると、第１の時間帯において第２の時間帯の開始時刻Ｔ５までに、二次電池２０が満充電状態となるように充電動作が実行される。時刻Ｔ５以降、しばらくは待機状態とされ、第１のピークカットの時間帯Ｒ３１が始まる時刻Ｔ５１から放電動作が実行される。その後、電力需要がピークカットレベルを下まわる時刻Ｔ５２において一旦放電動作が停止されて待機状態となる。同様に、第２のピークカットの時間帯Ｒ３２に対応して、時刻Ｔ５３で放電動作を開始すると共に時刻Ｔ５４で放電動作が停止され、また、第３のピークカットの時間帯Ｒ３３に対応して、時刻Ｔ５５で放電動作を開始すると共に時刻Ｔ５６で放電動作が停止される。その後、第１の時間帯の開始時刻Ｔ６が到来すると、二次電池２０に対する充電動作が実行される。このような負荷平準化制御によれば、二次電池２０を、満充電状態から完全放電状態までの広い充放電領域で使用することになるので、二次電池２０の長寿命化を図ることができない。
【００４９】
図６は、需要家における負荷曲線Ｄ２の一例（上段／図５と同じ）と、本発明の第２実施形態に係る二次電池２０の充放電制御例（下段）を示すタイムチャートである。本実施形態でも上記第１実施形態と同様に、第１の時間帯に二次電池２０をあえて満充電状態とはせずに、予め設定された規定充電量（規定充電率Ｃｘ）まで充電する充電動作が行われる。また、第２の時間帯において、第１〜第３ピークカットの時間帯Ｒ３１〜Ｒ３３の間の第１、第２中間時間帯Ｖ１、Ｖ２にも、二次電池２０に対する充電動作が実行される。
【００５０】
図６に示す電池充電率の変位線Ｓ４に基づいて具体的に説明する。第１の時間帯の間において充放電タイミング設定部１４によって設定された充電開始タイミングから、充放電制御部１１は二次電池２０に対する充電動作を行なう。この際、充放電制御部１１は、規定充電量設定部１３に設定されている規定充電率Ｃｘを上限として、二次電池２０を充電する。ここで、第１の時間帯において規定充電率Ｃｘまで充電する充電量をＥ１とする。規定充電率Ｃｘへ到達した以降は待機状態となり、第２の時間帯（時刻Ｔ５）を迎える。
【００５１】
時刻Ｔ５以降、第１のピークカットの時間帯Ｒ３１が始まる時刻Ｔ５１、つまり負荷監視部１５が、負荷３の電力消費量がピークカットレベルを超過したことを検知した時刻Ｔ５１から、充放電タイミング設定部１４は充放電制御部１１に二次電池２０の放電動作を実行させる。この放電動作は、第１のピークカットの時間帯Ｒ１が終了する時刻Ｔ２２まで継続される。
【００５２】
第１中間時間帯Ｖ１に入ると、充放電タイミング設定部１４は、逆に充放電制御部１１に二次電池２０の充電動作を実行させる。この充電動作は、負荷監視部１５が、負荷３の電力消費量が再びピークカットレベルを超過したことを検知する第２のピークカットの時間帯Ｒ３２の開始時刻Ｔ５３まで継続される。ここで、第１中間時間帯Ｖ１において二次電池２０に充電される充電量をＥ２１とする。時刻Ｔ５３から、充放電タイミング設定部１４は充放電制御部１１に、再び二次電池２０の放電動作を実行させる。この放電動作は、第２のピークカットの時間帯Ｒ３２が終了する時刻Ｔ５４まで継続される。これに続く第２中間時間帯Ｖ２に入ると、充放電タイミング設定部１４は、再び充放電制御部１１に二次電池２０の充電動作を実行させる。この第２中間時間帯Ｖ２において二次電池２０に充電される充電量をＥ２２とする。そして、第３のピークカットの時間帯Ｒ３３の開始時刻Ｔ５５から、充放電タイミング設定部１４は充放電制御部１１に二次電池２０の放電動作を実行させる。第３のピークカットの時間帯Ｒ３３の終了時刻Ｔ５６以降は、二次電池２０は待機状態とされ、第１の時間帯に至る。
【００５３】
上述の制御例は、第１〜第３ピークカットの時間帯Ｒ３１〜Ｒ３３の発生及び各時間帯におけるピークカット用の必要電力量が詳しく予見できないことを想定した例である。しかし、負荷３の設定状況及びその運転状況が確定している場合は、第１〜第３ピークカットの時間帯Ｒ３１〜Ｒ３３の発生が予見でき、また、ピークカット用の必要電力量（つまり、二次電池２０の放電量）もかなり高い精度で予測可能となる。この場合、第１の時間帯において必要となる充電量Ｅ１（少なくとも、第１のピークカットの時間帯Ｒ３１において必要となるピークカット用電力に対応した充電量）と、第２の時間帯の第１、第２中間時間帯Ｖ１、Ｖ２における充電量Ｅ２１、Ｅ２２が判明する。なお、充電量Ｅ２１、Ｅ２２は、第１、第２中間時間帯Ｖ１、Ｖ２の各々において、二次電池２０に対して充電可能な充電量と言うことができる。従って、制御部１０は、予め各時間帯における充電量Ｅ１、Ｅ２１及びＥ２２を定めて、二次電池２０に対する充電制御を行うことが可能である。
【００５４】
この場合、第１の時間帯における充電量Ｅ１（夜間充電量）と、第２の時間帯において想定される全ての充電動作における総充電量Ｅ２（Ｅ２１＋Ｅ２２；昼間充電量）とを比較すると、Ｅ１＜Ｅ２となるケースが生じ得る。かかるケースでは、電力料金単価が高価な第２の時間帯での充電動作が支配的になり、電力料金単価の差額メリットをあまり享受できなくなる。
【００５５】
一例を挙げて説明する。例えば、第１のピークカットの時間帯Ｒ３１において、二次電池２０の容量換算で２０％分の放電（２０％放電という）が想定されるものとする。また、第２及び第３のピークカットの時間帯Ｒ３２及びＲ３３において、それぞれ３０％放電及び５０％放電が想定されるとする。さらに、第１中間時間帯Ｖ１において、二次電池２０の容量換算で１０％分の充電（１０％充電という）が、第２中間時間帯Ｖ２において５０％充電が各々可能であるとする。この場合、第１〜第３ピークカットの時間帯Ｒ３１〜Ｒ３３において必要となる総放電量は、２０％放電＋３０％放電＋５０％放電＝１００％放電に相当する放電量である。一方、第２の時間帯において充電可能な総充電量Ｅ２は、１０％充電＋５０％充電＝６０％充電に相当する充電量である。従って、第１の時間帯における充電量Ｅ１（規定充電率Ｃｘ）は、４０％充電に相当する充電量で足りることとなる。
【００５６】
しかしながら、上記の通りに充電量を設定したのでは、充電量Ｅ１＝４０％充電、総充電量Ｅ２＝６０％充電となってしまう。このような場合、制御部１０が、総充電量Ｅ２を賄うことができる充電量に、規定充電率Ｃｘの設定値を変更することが望ましい。具体的には、規定充電量設定部１３が上記Ｅ１、Ｅ２を求める演算を行い、Ｅ１＞Ｅ２であるときは、その充電量Ｅ１に相当する値をそのまま規定充電率Ｃｘに設定する。これに対し、Ｅ１＜Ｅ２であるときは、規定充電量設定部１３は、Ｅ１＝Ｅ２乃至はＥ１＞Ｅ２となるように、充電量Ｅ１の値を変更する。上記のケースでは、例えば、第２中間時間帯Ｖ２において５０％充電が可能であるところ、これを１０％充電分だけ減じ、その分を第１の時間帯における充電量に加算する。これにより、充電量Ｅ１＝５０％充電、総充電量Ｅ２＝５０％充電とすることができ、第１の時間帯と第２の時間帯との電力料金の差額メリットを、常に一定量は確保できるようになる。
【００５７】
以上説明した通り、本発明に係る電力貯蔵装置１よれば、劣化の少ない特定充放電領域においてのみ二次電池２０の充放電サイクルが行われることになるので、二次電池２０の寿命を長くすることができる。従って、二次電池２０（電力貯蔵装置１）の交換サイクルを長くすることができ、交換コストを削減することができる。また、充電動作の一部を第２の時間帯に実行させるだけであるので、制御部１０における充放電制御が複雑化することはない。さらに、二次電池２０の長寿命化のために特別な機器も不要であり、設備コストの増大も発生しない利点もある。
【符号の説明】
【００５８】
１      電力貯蔵装置
２      商用電力系統
３      負荷
１０  制御部
１１  充放電制御部
１２  特性記憶部
１３  規定充電量設定部
１４  充放電タイミング設定部
１５  負荷監視部
２０  二次電池
４１  電流・電圧センサ
４２  交流直流変換部
４３  連系リアクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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