(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーに基づいて発電する発電装置、及び商用電力系統に接続され、前記発電装置の発電電力が前記商用電力系統へ供給される際に、蓄電池への充電及び前記蓄電池からの放電を制御する蓄電池システムであって、
第１蓄電池としてニッケル亜鉛電池と、前記第１蓄電池よりも低出力である第２蓄電池と、を含む蓄電池部と、
前記発電電力の大きさに応じて、前記蓄電地部の前記第１蓄電池または前記第２蓄電池の一方への充電、または前記蓄電池部の前記第１蓄電池または前記第２蓄電池の一方からの放電を行うように制御する制御装置と、
前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池が並列に接続され、前記制御装置からの制御に従い、前記充電または前記放電を行うように前記蓄電池部を制御する充放電制御部と、
前記蓄電池部と前記充放電制御部との間に設けられ、前記蓄電池部の直流電力と前記充電及び前記放電の交流電力との間で変換するインバータ部として、前記第１蓄電池に対して接続される第１インバータ、及び前記第２蓄電池に対して接続される第２インバータと、
前記蓄電池部と前記充放電制御部との間に設けられ、前記制御装置からの制御に従い、前記充放電制御部と前記蓄電池部との接続状態を切り替えるスイッチ部として、前記第１蓄電池との接続状態を切り替える第１スイッチ、及び前記第２蓄電池との接続状態を切り替える第２スイッチと、
を備え、
前記制御装置は、前記充電を行う際に、前記発電電力の電流値が、第１閾値電流値以上である場合には、前記第１インバータ及び前記第１スイッチを通じて前記第１蓄電池のみへ充電するように切り替え、前記第１閾値電流値未満の場合には、前記第２インバータ及び前記第２スイッチを通じて前記第２蓄電池のみへ充電するように切り替え、前記放電を行う際に、前記発電電力の電流値が、第２閾値電流値以上である場合には、前記第１インバータ及び前記第１スイッチを通じて前記第１蓄電池のみから放電するように切り替え、前記第２閾値電流値未満の場合には、前記第２インバータ及び前記第２スイッチを通じて前記第２蓄電池のみから放電するように切り替える、
蓄電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の蓄電池システムにおいて、
前記第２蓄電池は、鉛蓄電池であり、
前記第１閾値電流値は、ＣＡ単位で０．３ＣＡである、
蓄電池システム。
【請求項３】
請求項１記載の蓄電池システムにおいて、
前記第２蓄電池は、鉛蓄電池であり、
前記第２閾値電流値は、ＣＡ単位で０．４ＣＡである、
蓄電池システム。
【請求項４】
請求項１記載の蓄電池システムにおいて、
前記蓄電池部の各蓄電池の充電状態値の推定を含む、前記蓄電池部の各蓄電池の状態を検出する蓄電池状態検出部を備え、
前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池は、前記充電及び前記放電が可能である充電状態値の範囲が、下限値として３０％から上限値として９０％までの範囲に定められており、
前記制御装置は、前記蓄電池状態検出部の検出値に基づいて、前記第１蓄電池または前記第２蓄電池の現在の充電状態値が、前記充電の際に、前記上限値に達した場合には、前記充電を停止させるように前記充放電制御部を制御し、前記放電の際に、前記下限値に達した場合には、前記放電を停止させるように前記充放電制御部を制御する、
蓄電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池技術に関し、蓄電池の充放電を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電力系統からの電力供給を補完する手段として、再生可能エネルギーを用いた発電システムや非常用電源システム等がある。特に、風力、水力、太陽光等の再生可能エネルギーを用いた発電システムは、一層の普及が予想される。それに伴い、再生可能エネルギーに基づいた発電電力が系統連携によって商用電力系統へ導入される場合の電力量も増加する。自然変化等により、再生可能エネルギーに基づいた発電出力の大きさは変動するので、一般的に発電電力量等の将来予測は難しい。商用電力系統へ導入される電力量が許容変動量を超える場合、需給バランスが崩れて周波数変動等を生じさせる可能性があり、電力品質の低下が懸念される。そのため、発電電力の出力安定化のための対策が必要とされる。その対策技術として、蓄電池等を用いた電力制御システムがある。電力制御システムは、例えば発電装置及び商用電力系統に接続され、発電装置から商用電力系統へ供給する電力に関する出力安定化のために、蓄電池の充放電の制御により、変動緩和を行う。
【０００３】
単一の種類の蓄電池、例えば鉛蓄電池またはニッケル水素電池を備える蓄電池システムを用いて、電力制御システム等を構築する場合、再生可能エネルギーの大量導入を図ろうとしても限界がある。即ち、その蓄電池システムでは、充放電入出力の大きさ、変動に追随できる能力、効率、等の点で限界があり、性能向上が難しい。
【０００４】
そこで、複数の種類の蓄電池を組み合わせた複合構成の蓄電池システムも検討されている。複数の種類の蓄電池の複合構成に関する先行技術例としては、特開２０１４−１３１３６９号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、電力制御システムとして、以下の旨が記載されている。そのシステムは、鉛蓄電池とニッケル水素電池との複合構成を有する。そのシステムは、インバータに対し、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータを介して、鉛蓄電池とニッケル水素電池が並列に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１３１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような従来の複数の種類の蓄電池の複合構成の蓄電池システムでは、性能やコスト等の点で改善余地がある。特許文献１のような蓄電システムでは、電圧が異なる２種類の蓄電池が並列に配置されている。それらの２種類の蓄電池が電気的に接続された状態の時には、電圧が高い方の蓄電池から電圧が低い方の蓄電池へと電流が流れる現象、いわゆる横流が生じる。横流を避けるためには、２種類の蓄電池の電圧を同じにする構成、あるいは、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いて２種類の蓄電池の電圧の状態が等しくなるように制御する構成、等が必要である。しかし、そのような構成は、高コストである。
【０００７】
本発明の目的は、蓄電池の充放電を制御する技術に関して、低出力二次電池と高出力二次電池とのそれぞれの特性を活かした複合構成の蓄電池システムとして、高出力の充放電、高効率、低コスト等の好適な電力制御システム等を実現できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のうち代表的な実施の形態は、蓄電池システムであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
【０００９】
一実施の形態の蓄電池システムは、再生可能エネルギーに基づいて発電する発電装置、及び商用電力系統に接続され、前記発電装置の発電電力が前記商用電力系統へ供給される際に、蓄電池への充電及び前記蓄電池からの放電を制御する蓄電池システムであって、第１蓄電池としてニッケル亜鉛電池と、前記第１蓄電池よりも低出力である第２蓄電池と、を含む蓄電池部と、前記発電電力の大きさに応じて、前記蓄電地部の前記第１蓄電池または前記第２蓄電池の一方への充電、または前記蓄電池部の前記第１蓄電池または前記第２蓄電池の一方からの放電を行うように制御する制御装置と、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池が並列に接続され、前記制御装置からの制御に従い、前記充電または前記放電を行うように前記蓄電池部を制御する充放電制御部と、前記蓄電池部と前記充放電制御部との間に設けられ、前記蓄電池部の直流電力と前記充電及び前記放電の交流電力との間で変換するインバータ部として、前記第１蓄電池に対して接続される第１インバータ、及び前記第２蓄電池に対して接続される第２インバータと、前記蓄電池部と前記充放電制御部との間に設けられ、前記制御装置からの制御に従い、前記充放電制御部と前記蓄電池部との接続状態を切り替えるスイッチ部として、前記第１蓄電池との接続状態を切り替える第１スイッチ、及び前記第２蓄電池との接続状態を切り替える第２スイッチと、を備え、前記制御装置は、前記充電を行う際に、前記発電電力の電流値が、第１閾値電流値以上である場合には、前記第１インバータ及び前記第１スイッチを通じて前記第１蓄電池のみへ充電するように切り替え、前記第１閾値電流値未満の場合には、前記第２インバータ及び前記第２スイッチを通じて前記第２蓄電池のみへ充電するように切り替え、前記放電を行う際に、前記発電電力の電流値が、第２閾値電流値以上である場合には、前記第１インバータ及び前記第１スイッチを通じて前記第１蓄電池のみから放電するように切り替え、前記第２閾値電流値未満の場合には、前記第２インバータ及び前記第２スイッチを通じて前記第２蓄電池のみから放電するように切り替える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、蓄電池の充放電を制御する技術に関して、低出力二次電池と高出力二次電池とのそれぞれの特性を活かした複合構成の蓄電池システムとして、高出力の充放電、高効率、低コスト等の好適な電力制御システム等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の蓄電池システム及びそれを含んで構成される電力制御システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態の蓄電池システムを含む電力制御システムにおける変動緩和の制御に関する時間−電力量のグラフを示す図である。
【図３】実施の形態の蓄電池システムにおける、充放電の蓄電池の切り替えの制御の内容についてまとめた表を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
［課題等］
前述の課題等について補足説明する。電力制御システム等に適用される蓄電池システムは、大容量や高出力が要求されている。しかし、大容量や高出力を実現できる蓄電池は、開発途上であり、高価格である。蓄電池システムの蓄電池は、追従可能な負荷変動幅や速度に限界がある。限界を超える負荷変動が生じた場合には、周波数安定性等の電力品質の低下が懸念される。
【００１４】
蓄電池システムに採用する候補となる蓄電池としては、各種の蓄電池があり、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素電池がある。各種の蓄電池には、それぞれの利点や不利点等を含む特性がある。
【００１５】
鉛蓄電池は、古くから様々な用途に実用化されており、他の蓄電池と比較して、安価、安定性に優れる、等の利点がある。鉛蓄電池は、その反面、充放電の電流が小さい、即ち低出力である、等の不利点がある。鉛蓄電池は、負荷変動量が小さい長時間運転の用途、例えば特定負荷の非常用電源等には適している。鉛蓄電池は、急速充放電が必要で大きい放電深度で充放電を連続的に繰り返す必要がある用途には適していない。そのような用途としては、例えば風力発電等の短周期の発電の出力安定化対策等がある。鉛蓄電池は、充放電電流が小さいため、後者の用途に使用する場合、必要容量が大きくなり、その結果、広大な設置スペースが必要になり、高コストとなる。
【００１６】
ニッケル水素電池は、充放電電流が大きい利点がある。ニッケル水素電池は、急速充放電が必要で充放電を繰り返す用途にも適している。しかし、再生可能エネルギーの発電では、短周期出力変動への対応にとどまらず、１日等のスパンの長周期出力変動にも対応できる必要がある。ニッケル水素電池は、長周期出力変動に対応可能とするためには、必要容量が大きくなる。しかし、ニッケル水素電池は、鉛電池と比べて、単位容量（ｋｗｈ）当たりのコストが割高である。このため、大容量のニッケル水素電池の設置の場合、コストが多大となる。また、ニッケル水素電池は、過放電や過充電になった場合、出力安定化のための放電や充電が不可能になるため、過放電や過充電の防止も求められる。
【００１７】
一方、高出力の蓄電池として、ニッケル亜鉛電池が知られている。ニッケル亜鉛電池は、高出力として、鉛蓄電池よりも高い電流値での充放電が可能である。ニッケル亜鉛電池は、充電受け入れ性能に優れており、エネルギー密度が高く自己放電が小さい。ニッケル亜鉛電池は、ニッケル水素電池よりもコストの点で優位であり、水系の電解液が用いられることから安全性の点でも優れる。ニッケル亜鉛電池は、デンドライトによりサイクル寿命の点で遜色する等の理由から、蓄電池としての普及が遅れていた。近時では、デンドライトを抑えて高サイクル寿命のニッケル亜鉛電池の研究開発が進められている。
【００１８】
（実施の形態）
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態の蓄電池システム、及びそれを含んで構成される電力制御システムについて説明する。
【００１９】
［電力制御システム］
図１は、実施の形態の蓄電池システム１、及びそれを含んで構成される電力制御システムの構成を示す。図１の全体は電力制御システムを示す。電力制御システムは、構成要素として、実施の形態の蓄電池システム１、発電装置２、商用電力系統３を有し、それらが電線４や他の通信線等を通じて相互に接続されている。この電力制御システムは、商用電力系統３に発電装置２が接続される、いわゆる系統連系の構成を有し、発電装置２から商用電力系統３へ発電電力を供給する。発電装置２、商用電力系統３、及び蓄電池システム１の間は、交流電力を伝送する電線４で接続されている。
【００２０】
発電装置２は、風力または水力または太陽光等の再生可能エネルギーに基づいて発電を行い、発電による交流電力を電線４へ出力する。発電装置２からの発電電力の出力を、発電出力１０１として示す。発電出力１０１は、商用電力系統３や蓄電池システム１へ供給される。また、発電装置２は、発電出力１０１の発電電力の電流や電圧等の計測値１０５を含む情報を、通信線を通じて蓄電池システム１の制御装置１０へ出力する。
【００２１】
商用電力系統３は、送電網等を含み、電線４から系統入力として交流電力を入力する。この系統入力を合成出力１０３として示す。合成出力１０３は、発電出力１０１と蓄電池充放電入出力１０２（特に放電出力１０２Ｂ）とが合成された出力を示す。
【００２２】
蓄電池システム１は、発電装置２及び商用電力系統３に接続されて電力制御システムを構成するシステムである。蓄電池システム１は、発電装置２からの商用電力系統３に対する発電電力の供給に関する出力安定化のための変動緩和の制御を行う。蓄電池システム１は、その変動緩和の制御の際に、蓄電池部１４の充放電を制御する。即ち、蓄電池システム１は、発電装置２からの発電出力１０１の電流を蓄電池部１４へ充電する充電入力１０２Ａと、蓄電池部１４からの放電の電流を合成出力１０３として商用電力系統３へ供給する放電出力１０２Ｂとを制御する。
【００２３】
蓄電池システム１では、蓄電池部１４が、充放電制御部１１等を介して電線４に接続されている。蓄電池システム１は、電線４及び充放電制御部１１等を介して、蓄電池部１４に対する充放電の入出力を有する。この入出力を、蓄電池充放電入出力１０２として示す。蓄電池充放電入出力１０２は、充電入力１０２Ａと放電出力１０２Ｂとを含む。蓄電池システム１は、充電入力１０２Ａとして、電線４から電流を蓄電池部１４へ充電する。蓄電池システム１は、放電出力１０２Ｂとして、蓄電池部１４から電流を電線４へ放電する。
【００２４】
蓄電池システム１は、発電出力１０１の大きさ等の状況に応じて、蓄電池部１４の第１蓄電池１４Ａ及び第２蓄電池１４Ｂの一方で充電または放電が行われるように、充放電の蓄電池の切り替えを制御する機能を有する。
【００２５】
なお、変形例として、蓄電池システム１の制御装置１０に、商用電力系統３の需要電力等を把握するグリッドコントローラ等が接続または内蔵された形態としてもよい。そのグリッドコントローラは、商用電力系統３の構成機器と通信して情報を授受する。
【００２６】
［変動緩和の制御］
図２は、電力制御システムの蓄電池システム１により実現される変動緩和の制御の例を、時間−電力量のグラフとして簡易的に示す。図２のグラフにおいて、図１の発電出力１０１、蓄電池充放電入出力１０２、合成出力１０３のそれぞれに対応する波形を、実線、破線、太い実線で示す。蓄電池充放電入出力１０２の波形については、制御の基準値をここでは簡易的に一定値とし、その基準値に対して負側が充電入力１０２Ａを、正側が放電出力１０２Ｂを示す。グラフに示すように、発電出力１０１に対して蓄電池充放電入出力１０２が加わることにより、合成出力１０３の波形となっている。合成出力１０３の波形では、発電出力１０１の変動の大きさが緩和されて、より滑らかな曲線になっている。
【００２７】
蓄電池システム１の制御装置１０は、変動緩和の制御として、例えば、発電装置２の発電電力が閾値等よりも大きく、発電電力に余裕、余剰がある状態と判断した場合には、発電出力１０１の電流値を蓄電池部１４へ充電するように制御する。また、制御装置１０は、例えば、発電装置２の発電電力が閾値等よりも小さく、発電電力が不足である状態と判断した場合には、蓄電池部１４からの放電による電流値を商用電力系統３へ供給するように制御する。
【００２８】
なお、変動緩和の制御の詳しい方式としては、各種の方式が適用可能であり、限定しない。例えば、制御装置１０は、商用電力系統３の需要電力等を把握し、発電電力と需用電力との差分に基づいて、発電電力の余裕や不足を判断してもよい。制御装置１０は、例えば、発電出力１０１の電力が商用電力系統３の需要電力よりも大きい場合には充電、小さい場合には放電、といった判断を行う。
【００２９】
［蓄電池システム］
図１で、蓄電池システム１は、制御装置１０、充放電制御部１１、インバータ部１２、スイッチ部１３、蓄電池部１４、蓄電池状態検出部１５を有し、それらの構成要素が接続線で接続されている。
【００３０】
制御装置１０は、蓄電池システム１の全体を制御する。制御装置１０は、発電装置２からの計測値１０５、及び蓄電池状態検出部１５からの検出値１０６等の情報に基づいて、変動緩和の制御等を行う。制御装置１０は、蓄電池部１４の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）の推定値を含む検出値１０６と、計測値１０５に基づいた発電出力１０１の電流値と、を含む情報を用いて、条件の判断に基づいて、充放電及びその蓄電池の切り替えの制御を行う。その際、制御装置１０は、蓄電池部１４の２種類の蓄電池である第１蓄電池１４Ａ及び第２蓄電池１４Ｂのいずれを充放電に使用するか、及びその充放電の際の電流値等を決定する。この制御内容については後述する。制御装置１０は、制御内容に対応する指示を表す制御信号１０７Ａ及び制御信号１０７Ｂを、充放電制御部１１及びスイッチ部１３へ出力する。
【００３１】
制御装置１０は、発電装置２から、発電電力の発電出力１０１に関する計測値１０５を含む情報を入力する。制御装置１０は、その計測値１０５から、発電出力１０１の電流値を把握する。なお、電流値の計測や計算は、発電装置２で行われてもよいし、制御装置１０で行われてもよい。また、制御装置１０は、蓄電池状態検出部１５から、蓄電池部１４の蓄電池の状態の検出値１０６を含む情報を入力する。検出値１０６は、蓄電池部１４の各蓄電池の状態として、電圧、電流、温度、及びＳＯＣを含む。
【００３２】
充放電制御部１１は、発電装置２と商用電力系統３との間の電線４に接続されており、蓄電池部１４の充電及び放電、その際の電圧や電流等を制御する部分である。充放電制御部１１は、制御装置１０からの制御信号１０７Ａの指示に従い、充電及び放電の切り替え、その際の電流や電圧等、その際の開始や停止のタイミング等を制御する。充放電制御部１１は、充電の際には、充電入力１０２Ａとして、指定された電流値等で、電線４からの交流電流をインバータ部１２へ入力する。充放電制御部１１は、放電の際には、放電出力１０２Ｂとして、指定された電流値等で、インバータ部１２からの交流電流を電線４へ出力する。
【００３３】
充放電制御部１１は、制御信号１０７Ａが、例えば第１蓄電池１４Ａへの充電の指示である場合、その指示に従う動作及び状態となるように、第１蓄電池１４Ａ及び第１インバータ１２Ａを制御する。充放電制御部１１は、制御信号１０７Ａが、例えば第２蓄電池１４Ｂからの放電の指示である場合、その指示に従う動作及び状態となるように、第２蓄電池１４Ｂ及び第２インバータ１２Ｂを制御する。
【００３４】
インバータ部１２は、充放電制御部１１と蓄電池部１４との間に並列に配置及び接続される２つのインバータとして、第１インバータ１２Ａ、及び第２インバータ１２Ｂを有する。インバータは、ＡＣ／ＤＣ変換装置である。インバータ部１２は、蓄電池部１４からの直流電力を交流電力に変換し、電線４からの交流電力を蓄電池部１４の直流電力に変換する。第１インバータ１２Ａは、第１蓄電池１４Ａの直流電力と電線４の交流電力との間で変換する。第２インバータ１２Ｂは、第２蓄電池１４Ｂの直流電力と電線４の交流電力との間で変換する。
【００３５】
スイッチ部１３は、インバータ部１２と蓄電池部１４との間に設けられている。スイッチ部１３は、並列に配置される２つのスイッチとして、第１スイッチ１３Ａ、及び第２スイッチ１３Ｂを有する。第１スイッチ１３Ａは、第１蓄電地１４Ａと第１インバータ１２Ａとの間に設けられ、第１蓄電池１４Ａの接続状態を切り替える。第２スイッチ１３Ｂは、第２蓄電地１４Ｂと第２インバータ１２Ｂとの間に設けられ、第２蓄電池１４Ｂの接続状態を切り替える。第１スイッチ１３Ａ及び第２スイッチ１３Ｂの各スイッチは、制御装置１０からの制御信号１０７Ｂが、制御端子に入力される。これにより、各スイッチは、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。オン状態は電気的に閉回路状態、オフ状態は電気的に開回路状態である。第１蓄電池１４Ａを充電または放電に使用する場合、第１スイッチ１３Ａがオン状態、かつ、第２スイッチ１３Ｂがオフ状態にされる。第２蓄電池１４Ｂを充電または放電に使用する場合、第１スイッチ１３Ａがオフ状態、かつ、第２スイッチ１３Ｂがオン状態にされる。
【００３６】
蓄電池部１４は、充放電制御部１１に対して、インバータ部１２及びスイッチ部１３を介して、並列に配置及び接続されている、２種類の蓄電池として、第１蓄電池１４Ａ、及び第２蓄電池１４Ｂを有する。第１蓄電池１４Ａは、第１スイッチ１３Ａ及び第１インバータ１２Ａを介して、充放電制御部１１に接続されている。第２蓄電池１４Ｂは、第２スイッチ１３Ｂ及び第２インバータ１２Ｂを介して、充放電制御部１１に接続されている。また、第１蓄電池１４Ａ及び第２蓄電池１４Ｂは、蓄電池状態検出部１５と接続されている。
【００３７】
第１蓄電池１４Ａ及び第２蓄電池１４Ｂの各蓄電池は、それぞれ、複数の単電池から成る組電池を含んでもよい。各蓄電池は、複数の単電池や組電池の直列接続を含んでもよいし、複数の単電池や組電池の並列接続を含んでもよいし、それらの両方の接続を含んでもよい。それらは必要な電池容量等に応じて設計される。各蓄電池は、蓄電池制御部を含んでもよい。その蓄電池制御部は、単電池や組電池の単位で電流値や電圧値や温度等を検出してもよい。
【００３８】
蓄電池状態検出部１５は、蓄電池部１４の第１蓄電池１４Ａの状態及び第２蓄電池１４Ｂの状態を検出し、検出値１０６を含む情報を制御装置１０へ出力する。蓄電池状態検出部１５は、所定の時間間隔で、複数の各々の単電池の状態や組電池の状態を検出する。蓄電池状態検出部１５は、蓄電池の状態として、電圧、電流、及び温度等を検出する。また、蓄電池状態検出部１５は、それらの値を用いて、蓄電池の現在のＳＯＣの値を推定する。蓄電池状態検出部１５は、電圧検出器、電流検出器、温度センサ等や、ＳＯＣ推定処理を行うＩＣチップ等を用いて構成される。ＳＯＣ推定処理は、例えば基準温度等に応じて予め規定されている関数やテーブル情報を用いて、ＳＯＣ値を計算する処理である。
【００３９】
なお、制御装置１０に蓄電池状態検出部１５の機能が統合されている形態でもよい。制御装置１０に発電装置２の発電電力の計測を行う機能を備える形態でもよい。スイッチ部１３を充放電制御部１１とインバータ部１２との間に設ける形態でもよい。
【００４０】
［蓄電池の複合構成］
蓄電池システム１の蓄電池部１４の２種類の蓄電池の複合構成としては以下である。第１蓄電池１４Ａは、高出力二次電池として、ニッケル亜鉛電池により構成される。第２蓄電池１４Ｂは、低出力二次電池として、鉛蓄電池により構成される。この複合構成は、それぞれの種類の蓄電池の特性を活かして組み合わせた構成である。実施の形態でいう高出力二次電池は、低出力二次電池に対して相対的に高出力、即ち大電流での充放電が可能な特性を持つ蓄電池を指す。ニッケル亜鉛電池と鉛電池は、そのような特性の関係を持つ。
【００４１】
ニッケル亜鉛電池は、公称電圧が１．６５Ｖといったように、ニッケル水素電池等の公称電圧よりも高い。そのため、蓄電池システム１は、ニッケル水素電池等を用いる構成に比べて、具備する蓄電池の数を削減でき、設置スペースやコストを削減できる。
【００４２】
蓄電池システム１では、ニッケル亜鉛電池を用いるので、ニッケル水素電池等を用いる構成に比べて、高入出力での充放電が可能であり、発電装置２及び商用電力系統３の電力変動幅が大きい場合にも追随可能である。また、ニッケル亜鉛電池は、水系の電解液を用いるので、安全性に優れる。
【００４３】
蓄電池システム１は、この蓄電池の複合構成において、２種類の蓄電池の利点を組み合わせて好適なバランスとなるように設計されている。そして、蓄電池システム１は、この蓄電池の複合構成において、最適な充放電となるように、充放電及び蓄電池の切り替えの制御を行う。蓄電池システム１を含む電力制御システムは、効率的な変動緩和の制御を実現する。蓄電池システム１は、従来のシステムよりも、高出力、低コスト、安全性等に優れる、好適な電力制御システムを実現する。
【００４４】
［ニッケル亜鉛電池］
第１蓄電池１４Ａとして用いるニッケル亜鉛電池は、以下の構成を有する。ニッケル亜鉛電池は、正極または負極の一方の極にニッケル（Ｎｉ）を有し、正極または負極の他方の極に亜鉛（Ｚｎ）を有し、アルカリ水溶液から成る電解液を有する。
【００４５】
ニッケル極は、構成要素及び製造方法としては、水酸化ニッケル粒子を主成分とする活物質に対して、添加剤、結着剤等を含む。水酸化ニッケル粒子は、コバルト、亜鉛、カドミウム等が固溶されていてもよく、あるいは、コバルト化合物で表面が被覆されていてもよい。添加剤は、酸化コバルトの他に、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物等の希土類化合物、等を用いることができる。結着剤は、親水性または疎水性のポリマー等を用いることができる。より具体的には、結着剤は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）から選択される１種以上を使用することができる。結着剤は、例えば正極活物質粒子１００質量部に対して、０．０１質量部以上０．５質量部以下となることが好ましい。
【００４６】
亜鉛極は、構成要素及び製造方法としては、少なくとも、酸化亜鉛、亜鉛、ポリテトラフロロエチレン、等を含む。アルカリ水溶液は、例えば水酸化カリウム水溶液が挙げられる。
【００４７】
［充放電蓄電池切り替え制御］
蓄電池システム１の制御装置１０は、充放電及び蓄電池の切り替えの制御として、状況及び条件に応じて、第１蓄電池１４Ａと第２蓄電池１４Ｂの一方のみが充電または放電に使用されるように使い分ける制御を行う。制御装置１０は、第１蓄電池１４Ａと第２蓄電池１４Ｂとの一方のみが接続された状態となるように、スイッチ部１３等を制御する。蓄電池システム１は、複合構成における電圧が異なる２種類の蓄電池である第１蓄電池１４Ａと第２蓄電池１４Ｂとが電気的に接続される状態にならないように制御する。
【００４８】
制御装置１０は、第１蓄電池１４Ａを充電または放電に使用する時には、第１スイッチ１３Ａをオン状態にし、かつ、第２スイッチ１３Ｂをオフ状態にするように、制御信号１０７Ｂを与える。また、制御装置１０は、その制御信号１０７Ｂに合わせて、充放電制御部１１へ、第１蓄電池１４Ａを充電または放電に使用させる指示を含む制御信号１０７Ａを与える。制御装置１０は、第２蓄電池１４Ｂを充電または放電に使用する時には、第１スイッチ１３Ａをオフ状態にし、かつ、第２スイッチ１３Ｂをオン状態にするように、制御信号１０７Ｂを与える。また、制御装置１０は、その制御信号１０７Ｂに合わせて、充放電制御部１１へ、第２蓄電池１４Ｂを充電または放電に使用させる指示を含む制御信号１０７Ａを与える。
【００４９】
蓄電池システム１では、大まかな制御としては、制御条件に基づいて、相対的に高出力の充電または放電を行う場合には、高出力二次電池である第１蓄電池１４Ａを使用するように切り替える。また、蓄電池システム１では、相対的に低出力の充電または放電を行う場合には、低出力二次電池である第２蓄電池１４Ｂを使用するように切り替える。
【００５０】
蓄電池システム１は、発電装置２からの発電出力１０１の電流を、蓄電池部１４に充電する際の制御として、第１条件を満たす場合には、第１蓄電池１４Ａに充電するように切り替える。また、蓄電池システム１は、第２条件を満たす場合には、第２蓄電池１４Ｂに充電するように切り替える。また、蓄電池システム１は、蓄電池部１４からの放電の電流を商用電力系統３へ向けて放電出力１０２Ｂとして出力する際の制御として、第３条件を満たす場合には、第１蓄電池１４Ａから放電するように切り替える。また、蓄電池システム１は、第４条件を満たす場合には、第２蓄電池１４Ｂから放電するように切り替える。
【００５１】
［制御条件］
制御装置１０による充放電蓄電池切り替え制御の制御条件等については以下である。
【００５２】
図３は、充放電蓄電池切り替え制御の制御条件等の内容をまとめた表を示す。表において、行として、制御条件と、第１蓄電池１４Ａであるニッケル亜鉛電池と、第２蓄電池１４Ｂである鉛蓄電池とを示す。列として、充電及び放電のそれぞれの状況を、全体の区分において第１状況〜第４状況として示す。第１状況は第１充電状況、第２状況は第２充電状況を示す。第３状況は第１放電状況、第４状況は第２放電状況を示す。第１状況は、高出力の充電モードとして第１蓄電池１４Ａへ充電する状況を示す。第２状況は、低出力の充電モードとして第２蓄電池１４Ｂへ充電する状況を示す。第３状況は、高出力の放電モードとして第１蓄電池１４Ａから放電する状況を示す。第４状況は、低出力の放電モードとして第２蓄電池１４Ｂから放電する状況を示す。
【００５３】
各状況に対応する制御条件としては、全体の区分において、第１条件〜第４条件として示す。第１条件は第１充電条件、第２条件は第２充電条件を示す。第３条件は第１放電条件、第４条件は第２放電条件を示す。
【００５４】
第１充電条件は、発電電流値が第１閾値電流値以上であることである。言い換えると、第１充電条件は、発電電流値が、ＣＡ単位で閾値Ｂ１以上であること、あるいはアンペア単位で閾値Ａ１以上であることである。発電電流値は、発電出力１０１の電流値に基づいて変動緩和のために充電しようとしている電流値である。実施の形態では、ＣＡ単位での閾値Ｂ１＝０．３ＣＡとした。この閾値Ｂ１や閾値Ａ１は、２種類の蓄電池の電池容量等の好適な設計に応じて規定した値である。なお、ＣＡ単位の閾値Ｂ１とアンペア単位の閾値Ａ１は、相互に換算により得られる。
【００５５】
第２充電条件は、発電電流値が第１閾値電流値未満であることである。言い換えると、第２充電条件は、発電電流値がＣＡ単位で閾値Ｂ１未満、あるいはアンペア単位で閾値Ａ１未満であることである。
【００５６】
第１放電条件は、発電電流値が第２閾値電流値以上であることである。言い換えると、第１放電条件は、発電電流値がＣＡ単位で閾値Ｂ２以上、あるいはアンペア単位で閾値Ａ２以上であることである。発電電流値は、発電出力１０１の電流値に基づいて変動緩和のために放電しようとしている電流値である。実施の形態では、ＣＡ単位の閾値Ｂ２＝０．４ＣＡとした。
【００５７】
第２放電条件は、発電電流値が第２閾値電流値未満であることである。言い換えると、第２放電条件は、発電電流値がＣＡ単位で閾値Ｂ２未満、あるいはアンペア単位で閾値Ａ２未満であることである。
【００５８】
表における蓄電池の行と状況の列とで交差するセルには、上記制御条件の判断に応じた制御として、その蓄電池を充放電に使用するか否かを○と×で示す。使用（○）は、スイッチをオン状態にすることと対応し、否（×）はスイッチをオフ状態にすることと対応する。即ち、第１条件を満たす場合、第１蓄電池１４Ａのみに充電するように、第１スイッチ１３Ａがオン状態、第２スイッチ１３Ｂがオフ状態に制御される。第２条件を満たす場合、第２蓄電池１４Ｂのみに充電するように、第１スイッチ１３Ａがオフ状態、第２スイッチ１３Ｂがオン状態に制御される。第３条件を満たす場合、第１蓄電池１４Ａのみから放電するように、第１スイッチ１３Ａがオン状態、第２スイッチ１３Ｂがオフ状態に制御される。第４条件を満たす場合、第２蓄電池１４Ｂのみから放電するように、第１スイッチ１３Ａがオフ状態、第２スイッチ１３Ｂがオン状態に制御される。
【００５９】
［用語］
用語について以下である。ＣＡは、蓄電池の充放電の特性を表す単位である。ＣＡにおけるＣは、蓄電池の放電率を表す単位であり、Ａは電流値を表すアンペア等の単位を示す。放電率は、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率である。電池容量は、放電させて放電終止までに取り出せる電気量を示し、単位はＡｈ（アンペアアワー）等である。１Ｃは、公称容量値の容量を持つ単電池を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値を指す。１ＣＡは、１Ｃの場合に実際に流れる電流値を示す。
【００６０】
［ＤＣ／ＤＣコンバータを用いない構成］
図１のように、蓄電池システム１は、出力が異なる２種類の蓄電池の複合構成を有するが、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いない構成である。特許文献１のような従来の蓄電池システムでは、電圧が異なる２種類の蓄電池が電気的に接続された状態となり、２種類の蓄電池間で電流が流れる現象である横流が生じる場合がある。
【００６１】
一方、蓄電池システム１は、そのような横流が生じる接続状態、即ち蓄電池部１４の両方の蓄電池が充放電制御部１１に対して接続される状態をとらないように、スイッチ部１３を用いた充放電蓄電池切り替え制御が行われる。即ち、蓄電池システム１では、常に蓄電池部１４の一方の種類の蓄電池のみが充放電制御部１１に対して接続されて充電または放電が行われる状態をとるように、充放電蓄電池切り替え制御が行われる。
【００６２】
なお、制御装置１０は、スイッチ部１３の切り替えの際、第１スイッチ１３Ａと第２スイッチ１３Ｂとの両方がオン状態になる時間が無いように制御する。例えば、制御装置１０は、第１蓄電池１４Ａのみが接続されている状態から第２蓄電池１４Ｂのみが接続される状態に切り替える場合、以下のように制御信号１０７Ｂを与える。制御装置１０は、まず、第１タイミングで、第１スイッチ１３Ａをオン状態のハイ信号から、オフ状態のロー信号の供給に切り替える。第１タイミングの後の短い期間では、いずれのスイッチもオフ状態のロー信号となる。制御装置１０は、次の第２タイミングで、第２スイッチ１３Ｂをオフ状態のロー信号から、オン状態のハイ信号の供給に切り替える。
【００６３】
蓄電池システム１は、上記２種類の蓄電池の切り替えの制御を行うことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の具備が不必要であり、横流も生じずに、高出力及び低コスト等を実現できる。
【００６４】
［制御処理フロー］
蓄電池システム１の主に制御装置１０により実行される充放電蓄電池切り替え制御に関する制御処理例のフローは以下である。
【００６５】
（１）  制御装置１０は、発電装置２から、計測値１０５として、発電出力１０１に関する電圧及び電流、または電力等の値を得る。
【００６６】
（２）  制御装置１０は、発電装置２から得た計測値１０５から、発電出力１０１の電流値を得る。この電流値は、アンペア等の単位で得られる。制御装置１０は、アンペア等の単位の電流値を、必要に応じて、ＣＡ等の単位に換算する。即ち、制御装置１０は、充放電制御部１１に対して入出力される電流値を、ＣＡまたはアンペア等の単位の値として得る。制御装置１０は、ＣＡまたはアンペア等の単位の値を、制御条件の判断に用いる。本フローでは、アンペア単位で計算する場合を示す。
【００６７】
（３）  制御装置１０は、変動緩和の制御における基本的な機能として、計測値１０５で示す発電電力の大きさ等に応じて、蓄電池部１４に充電するか、蓄電池部１４から放電するかの一方に決定する判断を行っている。言い換えると、制御装置１０は、制御モードを、充電モードにするか、放電モードにするかを決定する。
【００６８】
（４）  制御装置１０は、発電出力１０１の電流値を、前述の制御用の所定の閾値電流値と比較する。その際、制御装置１０は、制御モードに応じた閾値電流値を参照する。制御装置１０は、充電を行う際には、充電用の第１閾値電流値を参照し、放電を行う際には、放電用の第２閾値電流値を参照する。制御装置１０において、所定の閾値電流値は、ＣＡ単位、及びＣＡ単位からの換算によるアンペア等の単位で、前述のように予め規定され設定されている。この閾値電流値は、蓄電池部１４の各蓄電池の特性等を考慮した好適な値が設定されている。即ち、充電用の第１閾値電流値は、アンペア単位の閾値Ａ１、ＣＡ単位の閾値Ｂ１を有する。放電用の第２閾値電流値は、アンペア単位の閾値Ａ２、ＣＡ単位の閾値Ｂ２を有する。図３の表では、ＣＡ単位の閾値Ｂ１，Ｂ２を示しているが、アンペア単位の閾値Ａ１，Ａ２も同様に設定されている。充電用のＣＡ単位の閾値Ｂ１＝０．３ＣＡ、放電用のＣＡ単位の閾値Ｂ２＝０．４ＣＡとする。
【００６９】
制御装置１０は、アンペア単位の発電電流値を、アンペア単位の閾値と比較する。制御装置１０は、充電の場合、その発電電流値を閾値Ａ１と比較し、放電の場合、その発電電流値を閾値Ａ２と比較する。なお、制御装置１０は、アンペア単位の発電電流値をＣＡ単位の値に換算してから、その発電電流値をＣＡ単位の閾値と比較しても構わない。
【００７０】
制御装置１０は、比較の結果、発電電流値が、閾値電流値以上である場合には、高出力二次電池である第１蓄電池１４Ａを使用するように決定し、閾値電流値未満である場合には、低出力二次電池である第２蓄電池１４Ｂを使用するように決定する。即ち、制御装置１０は、前述の表と同様に決定する。この時点までで、制御装置１０は、充電または放電のモードと、使用対象の蓄電池である第１蓄電池１４Ａまたは第２蓄電池１４Ｂと、その充放電の際の電流値等とを決定する。
【００７１】
（５）  制御装置１０は、上記決定に基づいた指示を、充放電制御部１１への制御信号１０７Ａ及びスイッチ部１３への制御信号１０７Ｂとして与える。制御信号１０７Ａの指示は、上記充電または放電のモード、使用対象の蓄電池の種別、充放電の際の電流値等の指定の情報を含む。制御信号１０７Ｂは、各スイッチのオン状態とオフ状態を切り替えるためのハイ信号またはロー信号を含む。
【００７２】
（６）  充放電制御部１１は、制御装置１０からの制御信号１０７Ａに従い、蓄電池部１４やインバータ部１２に対する制御を実行する。即ち、充放電制御部１１は、使用対象の第１蓄電池１４Ａまたは第２蓄電池１４Ｂのみが接続された状態で、指定された充電または放電を、指定された電流値等で行うように制御する。
【００７３】
（７）  同時に、スイッチ部１３は、制御信号１０７Ｂに従い、使用対象の第１蓄電池１４Ａまたは第２蓄電池１４Ｂのみがオン状態と状態になるように、第１スイッチ１３Ａ及び第２スイッチ１３Ｂが切り替えられる。
【００７４】
なお、制御装置１０は、上記制御と並列で、下記のＳＯＣ管理に基づいた充放電の開始及び停止の制御を実行する。
【００７５】
［ＳＯＣ管理及び制御］
蓄電池部１４のＳＯＣに関する規定や制御については以下である。実施の形態では、蓄電池部１４の第１蓄電池１４Ａ及び第２蓄電池１４Ｂは、充電及び放電が可能であるＳＯＣの値の範囲が、下限値として３０％から上限値として９０％までの範囲に定められている。
【００７６】
制御装置１０は、蓄電池状態検出部１５からのＳＯＣ値を含む状態の検出値１０６に基づいて、ＳＯＣ管理の制御を行う。制御装置１０は、ＳＯＣ管理の制御により、蓄電池部１４の過充電や過放電を防止する。
【００７７】
制御装置１０は、充電の際、検出値１０６に基づいて、第１蓄電池１４Ａまたは第２蓄電池１４Ｂの現在のＳＯＣ値が、規定の範囲の上限値である９０％に達した場合には、過充電の防止のために、充電を停止させるように制御する。即ち、制御装置１０は、充電停止の旨の指示を、制御信号１０７Ａとして、充放電制御部１１へ与える。充放電制御部１１は、その指示に従い、蓄電池への充電を停止させる。
【００７８】
制御装置１０は、放電の際、検出値１０６に基づいて、第１蓄電池１４Ａまたは第２蓄電池１４Ｂの現在のＳＯＣ値が、規定の範囲の下限値である３０％に達した場合には、過放電の防止のために、放電を停止させるように制御する。即ち、制御装置１０は、放電停止の旨の指示を、充放電制御部１１へ与える。充放電制御部１１は、その指示に従い、蓄電池からの放電を停止させる。
【００７９】
［効果等］
上記のように、実施の形態の蓄電池システムによれば、第１蓄電池１４Ａであるニッケル亜鉛電池と、第２蓄電池１４Ｂである鉛蓄電池とのそれぞれの特性を活かして、高出力の充放電、高効率、低コスト等の好適な電力制御システム等を実現できる。実施の形態によれば、発電装置２の再生可能エネルギーに基づいた発電電力を商用電力系統３に供給する際に出力安定化の変動緩和を行う電力制御システムを、高出力、高効率、低コスト等の好適なシステムとして実現できる。
【００８０】
実施の形態によれば、安価な低出力二次電池と、急速充放電に適した高出力二次電池とを複合構成として、低出力から高出力まで、大きな放電深度での充放電が可能であり、変動幅が大きくても追随可能であり、低コストで安全性に優れたシステムが構築できる。
【００８１】
実施の形態の蓄電池システムとして、電力制御システムに適用した例を説明したが、これに限らず、非常用電源システム等にも適用可能である。その場合、蓄電池システム１の充放電制御部１１は、商用電力系統３及び負荷機器に接続される。制御装置１０は、商用電力系統３の停電を検出した場合、蓄電池部１４から放電により負荷機器へ電力を供給する。その際に、制御装置１０は、放電の電流量に応じて、スイッチ部１３を切り替える。
【００８２】
以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…蓄電池システム、２…発電装置、３…商用電力系統、４…電線、１０…制御装置、１１…充放電制御部、１２…インバータ部、１３…スイッチ部、１４…蓄電池部、１５…蓄電池状態検出部、１０１…発電出力、１０２…蓄電池充放電入出力、１０２Ａ…充電入力、１０２Ｂ…放電出力、１０３…合成出力、１０５…計測値、１０６…検出値、１０７Ａ，１０７Ｂ…制御信号。
【図１】
0006614010.tif 000002
【図２】
0006614010.tif 000003
【図３】
0006614010.tif 000004