(57)【要約】【課題】  大容量化が進むリチウムイオン二次電池（蓄電池）に貯蔵された電力や、燃料電池等の自家発電設備で発電された電力の有効利用を図る。【解決手段】  燃料電池等に代表される発電装置１０と、この発電装置１０で発電された電力を貯蔵する蓄電池２０と、この蓄電池２０からの電力供給を受ける負荷５０と、発電装置１０での発電電力量を測定する発電量測定器１１と、蓄電池２０の貯蔵電圧（貯蔵電力）を測定する貯蔵量測定器２１と、負荷５０で消費電力（量）を測定する消費電力測定器４１、４３と、発電量測定器１１，貯蔵量測定器２１，消費電力測定器４１、４３での各測定値にもとづいて電力供給会社との間の買電又は売電を制御する制御装置６０とを備えた。【選択図】    図２
2008104332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要家に設置された蓄電池と、この蓄電池から電力供給を受ける負荷とを備えた貯蔵電力管理システムであって、
前記蓄電池に貯蔵された電圧又は電力を測定する貯蔵量測定器と、
この貯蔵量測定器での測定値にもとづいて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御する制御装置とを備えた
ことを特徴とする貯蔵電力管理システム。
【請求項２】
前記蓄電池が、リチウムイオン二次電池を含む
ことを特徴とする請求項１記載の貯蔵電力管理システム。
【請求項３】
前記蓄電池に貯蔵するための電力を発電する発電装置と、
この発電装置の発電電力量を測定する発電量測定器と、
前記負荷で消費された電力又は電力量を測定する消費電力測定器とを備え、
前記制御装置は、前記貯蔵量測定器，前記消費電力測定器，前記発電量測定器での各測定値にもとづいて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の貯蔵電力管理システム。
【請求項４】
前記発電装置が、燃料電池，ソーラ発電機，グリーン発電装置のうちの一又は二以上を含む
ことを特徴とする請求項３記載の貯蔵電力管理システム。
【請求項５】
前記貯蔵量測定器での測定値が閾値よりも少ない場合であって、前記消費電力測定器での測定値が閾値よりも多いときは、前記制御装置は、前記電力供給会社から電力を買電するよう制御する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貯蔵電力管理システム。
【請求項６】
前記貯蔵量測定器での測定値が閾値よりも多い場合であって、前記消費電力測定器での測定値が閾値よりも少ないときは、前記制御装置は、前記電力供給会社へ電力を売電するよう制御する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の貯蔵電力管理システム。
【請求項７】
電力供給会社との間の買電又は売電を制御するとともに、発電装置で発電された電力を蓄電池に貯蔵し、この貯蔵した電力を負荷に供給する貯蔵電力管理方法であって、
発電量測定器が前記発電装置での発電電力又は発電電力量を測定し、
貯蔵量測定器が前記蓄電池に貯蔵された電圧又は電力を測定し、
消費電力測定器が前記負荷で消費された電力又は電力量を測定し、
前記発電量測定器，前記貯蔵量測定器，前記消費電力測定器での各測定値にもとづいて、制御装置が前記電力供給会社との間の買電又は売電を制御する
ことを特徴とする貯蔵電力管理方法。
【請求項８】
電力供給会社との間の買電又は売電を制御する処理を貯蔵電力管理システムの制御装置に実行させるための貯蔵電力管理プログラムであって、
発電量測定器で測定された発電装置での発電電力又は発電電力量を入力し、
貯蔵量測定器で測定された蓄電池の貯蔵電圧又は貯蔵電力を入力し、
消費電力測定器で測定された負荷での消費電力又は消費電力量を入力し、
これら入力した各測定値にもとづいて、前記電力供給会社との間の買電又は売電を制御する処理を前記制御装置に実行させる
ことを特徴とする貯蔵電力管理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される蓄電池に貯蔵された電力を負荷に供給する貯蔵電力管理システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムに関し、特に、蓄電池の貯蔵電圧等にもとづいて、電力供給会社との間の買電や売電を制御するのに好適な貯蔵電力管理システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池とは、リチウムイオンの移動による電荷の授受により充放電を行う二次電池をいう。
このリチウムイオン二次電池には、電解液（有機溶媒＋リチウム塩）を使用した液体型リチウムイオン二次電池や、電解液の代わりにポリマー電解質を使用したリチウムイオンポリマー電池、さらに電解液の代わりに固体電解質を使用した固体電解質型リチウムイオン二次電池などがある。なお、これらリチウムイオン二次電池においては、負極に炭素、正極に遷移金属酸化物リチウム化合物を使用するのが一般的である。
【０００３】
ここで、液体型リチウムイオン二次電池は、電子機器のポータブル化にともない、従来のニッケルカドミウム電池に代わる二次電池として開発されたものである（例えば、特許文献１参照。）。ただし、電解液を使用することから、液漏れや発火などの心配があり、安全性に問題があった。
これに対し、リチウムイオンポリマー電池は、上述したようにポリマー電解質を使用することから、液漏れや発火などの心配がなく安全性に優れていた。さらに、限られたスペースに対して体積効率が高いこと、電池形状の自由度が高いことなどの特徴を有していた。
【０００４】
このリチウムイオンポリマー電池に使用される電解質の具体例としては、例えば、ＰＶＤＦ（ポリ（フッ化ビニリデン））、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）などがあった。ただし、これらは、リチウムイオンの導電率が低いという問題があった。
そこで、出願人は、ガラスセラミックスの固体電解質を開発した。この固体電解質は、従来の硫化リチウムと比べ硫黄酸化物等の不純物が１／１００以下の高純度硫化リチウムを出発原料に用いたことで、従来の硫化リチウムの導電率（７．０×１０−４［Ｓ／ｃｍ］）に比べて非常に高い導電率（２．０×１０−３［Ｓ／ｃｍ］）を実現した。これは、ポリマー電解質の伝導率（１０−４［Ｓ／ｃｍ］レベル）よりも高いものとなっている。しかも、液漏れが無く、不燃性であるため、安全性が高くかつ性能的に優れたリチウムイオン二次電池を実現できる。
【０００５】
このリチウムイオン二次電池に使用される固体電解質は、硫化リチウムと、五硫化二燐（Ｐ２Ｓ５）及び／又は、単体燐及び単体硫黄から製造することができる。具体的には、これらの原料を溶融反応させた後、急冷することにより製造できる。また、これらの原料をメカニカルミリング法（以下、ＭＭ法と示すことがある。）により処理して得られる硫化物ガラス、あるいはこれを加熱処理したものである。
【０００６】
硫化リチウムは、特に制限なく工業的に入手可能なものが使用できるが、高純度のものが好ましい。
硫化リチウムは、少なくとも硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が０．１５質量％以下であることが好ましく、かつＮ−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が０．１５質量％以下であることが好ましい。
【０００７】
このような硫化リチウムの製造法としては、例えば、非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを０〜１５０℃で反応させて水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を１５０〜２００℃で脱硫化水素化する方法（特開平７−３３０３１２号公報）が採用できる。
【０００８】
硫化リチウムの好ましい精製方法として、国際公開ＷＯ２００５／４００３９号に記載の方法が挙げられる。
具体的には、硫化リチウムを、有機溶媒を用い、１００℃以上の温度で洗浄する。洗浄に用いる有機溶媒は、非プロトン性極性溶媒であることが好ましく、さらに、硫化リチウム製造に使用する非プロトン性有機溶媒と洗浄に用いる非プロトン性極性有機溶媒とが同一であることがより好ましい。
洗浄に好ましく用いられる非プロトン性極性有機溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが挙げられる。
【０００９】
Ｐ２Ｓ５は、工業的に製造され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。尚、Ｐ２Ｓ５に代えて、相当するモル比の単体リン（Ｐ）及び単体硫黄（Ｓ）を用いることもできる。単体リン（Ｐ）及び単体硫黄（Ｓ）は、工業的に生産され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。
固体電解質としては、ガラス状固体電解質及び結晶成分を含有するガラスセラミック状固体電解質の両方が使用できる。必要とする特性に合わせて種類を選定すればよい。また、両方を使用してもよい。
【００１０】
上記硫化リチウムと、五硫化二燐又は単体燐及び単体硫黄の混合モル比は、通常５０：５０〜８０：２０、好ましくは６０：４０〜７５：２５である。
特に好ましくは、Ｌｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝６８：３２〜７４：２６（モル比）程度である。
【００１１】
ガラス状電解質である硫化物ガラスの製造方法としては、例えば、溶融急冷法やメカニカルミリング法が挙げられる。
溶融急冷法による場合、Ｐ２Ｓ５とＬｉ２Ｓを所定量混合し、ペレット状にしたものをカーボンコートした石英管中に入れ真空封入する。所定の反応温度で反応させた後、氷中に投入し急冷することにより、硫化物ガラスが得られる。
この際の反応温度は、好ましくは４００℃〜１０００℃、より好ましくは、８００℃〜９００℃である。また、反応時間は、好ましくは０．１時間〜１２時間、より好ましくは、１〜１２時間である。上記反応物の急冷温度は、通常１０℃以下、好ましくは０℃以下であり、その冷却速度は１〜１００００Ｋ／ｓｅｃ程度、好ましくは１〜１０００Ｋ／ｓｅｃである。
【００１２】
ＭＭ法による場合、Ｐ２Ｓ５とＬｉ２Ｓを所定量混合し、メカニカルミリング法にて所定時間反応させることにより、硫化物ガラスが得られる。
ＭＭ法は種々の形式の粉砕法を用いることができるが、遊星型ボールミルを使用するのが特に好ましい。遊星型ボールミルは、ポットが自転回転しながら、台盤が公転回転し、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができる。
ＭＭ法の回転速度及び回転時間は特に限定されないが、回転速度が速いほど、ガラス状電解質の生成速度は速くなり、回転時間が長いほどガラス質状電解質ヘの原料の転化率は高くなる。
【００１３】
このようにして得られた電解質は、ガラス状電解質であり、通常、イオン伝導度は１．０×１０−５〜８．０×１０−４（Ｓ／ｃｍ）程度である。
ＭＭ法の条件としては、例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を数十〜数百回転／分とし、０．５時間〜１００時間処理すればよい。
【００１４】
以上、溶融急冷法及びＭＭ法による硫化物ガラスの具体例を説明したが、温度条件や処理時間等の製造条件は、使用設備等に合わせて適宜調整することができる。
その後、得られた硫化物ガラスを所定の温度で熱処理することにより、結晶成分を含有するガラスセラミック状固体電解質が生成する。
このような固体電解質を生成させる熱処理温度は、好ましくは１９０℃〜３４０℃、より好ましくは、１９５℃〜３３５℃、特に好ましくは、２００℃〜３３０℃である。１９０℃より低いと高イオン伝導性の結晶が得られにくい場合があり、３４０℃より高いとイオン伝導性の低い結晶が生じる恐れがある。
【００１５】
熱処理時間は、１９０℃以上２２０℃以下の温度の場合は、３〜２４０時間が好ましく、また、２２０℃より高く３４０℃以下の温度の場合は、０．１〜２４０時間が好ましい。熱処理時間が０．１時間より短いと、高イオン伝導性の結晶が得られにくい場合があり、２４０時間より長いと、イオン伝導性の低い結晶が生じるとなる恐れがある。
このようにして得られた、結晶成分を含有する無機固体電解質は、通常、イオン伝導度は、７．０×１０−４〜５．０×１０−３（Ｓ／ｃｍ）程度である。
【００１６】
この固体電解質は、Ｘ線回折（ＣｕＫα：λ＝１．５４１８Å）において、２θ＝１７．８±０．３ｄｅｇ，１８．２±０．３ｄｅｇ，１９．８±０．３ｄｅｇ，２１．８±０．３ｄｅｇ，２３．８±０．３ｄｅｇ，２５．９±０．３ｄｅｇ，２９．５±０．３ｄｅｇ，３０．０±０．３ｄｅｇに回折ピークを有することが好ましい。このような結晶構造を有する固体電解質が、極めて高いリチウムイオン伝導性を有する。
【００１７】
上述の固体電解質としては、特に、下記（１）及び（２）の条件を満たすことものが好ましい。
（１）固体電解質の固体３１Ｐ−ＮＭＲスペクトルが、９０．９±０．４ｐｐｍ及び８６．５±０．４ｐｐｍに、結晶に起因するピークを有する。
（２）固体電解質に占める（１）のピークを生じる結晶の比率（ｘｃ）が６０ｍｏｌ％〜１００ｍｏｌ％である。
【００１８】
条件（１）の２つのピークは、高イオン伝導性結晶成分が固体電解質に存在する場合に観測されるものである。具体的には、結晶中のＰ２Ｓ７４−とＰＳ４３−に起因するピークである。
条件（２）は、固体電解質中に占める上記結晶の比率ｘｃを規定するものである。固体電解質中において高イオン伝導性の結晶成分が所定量以上、具体的には６０ｍｏｌ％以上存在すると、リチウムイオンが高イオン伝導性の結晶を主に移動するようになる。従って、固体電解質中の非結晶部分（ガラス部分）や、高イオン伝導性を示さない結晶格子（例えば、Ｐ２Ｓ６４−）を移動する場合に比べて、リチウムイオン伝導度が向上する。比率ｘｃは６５ｍｏｌ％〜１００ｍｏｌ％であることが好ましい。上記結晶の比率ｘｃは、原料である硫化物ガラスの熱処理時間及び温度を調整することにより制御できる。
尚、固体３１Ｐ−ＮＭＲスペクトルの測定は、例えば、日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＣＭＸＰ３０２ＮＭＲ装置を使用して、観測核を３１Ｐ、観測周波数を１２１．３３９ＭＨｚ、測定温度を室温、測定法をＭＡＳ法として行なう。
【００１９】
比率ｘｃの測定方法は、固体３１Ｐ−ＮＭＲスペクトルについて、７０〜１２０ｐｐｍに観測される共鳴線を、非線形最小二乗法を用いてガウス曲線に分離し、各曲線の面積比から算出する。詳細は特願２００５−３５６８８９を参照すればよい。
【００２０】
この固体電解質では、固体７Ｌｉ−ＮＭＲ法で測定される室温（２５℃）におけるスピン−格子緩和時間Ｔ１Ｌｉが４００ｍｓ以下であることが好ましい。緩和時間Ｔ１Ｌｉは、ガラス状態又は結晶状態とガラス状態を含む固体電解質内における分子運動性の指標となり、Ｔ１Ｌｉが短いと分子運動性が高くなる。従って、放電時におけるリチウムイオンの拡散がし易いため、イオン伝導度が高くなる。この固体電解質においては、上述したように、高イオン伝導性の結晶成分が所定量以上含むため、Ｔ１Ｌｉを４００ｍｓ以下にできる。Ｔ１Ｌｉは、好ましくは３５０ｍｓ以下である。
【００２１】
尚、７Ｌｉのスピン−格子緩和時間Ｔ１Ｌｉは、例えば以下のようにして求めることができる。
日本電子株式会社製のＪＮＭ−ＣＭＸＰ３０２ＮＭＲ装置を使用して、下記の条件で測定すると０−１ｐｐｍの範囲にピークがある７Ｌｉ−ＮＭＲスペクトルが得られる。
【００２２】
・ＮＭＲ測定条件
観測核    ：７Ｌｉ
観測周波数：１１６．４８９ＭＨｚ
測定温度  ：室温（２５℃）
測定法    ：飽和回復法（パルス系列：特願２００５−３５６８８９の図７参照）
９０°パルス幅：４μｓ
マジック角回転の回転数：６０００Ｈｚ
ＦＩＤ測定後、次のパルス印加までの待ち時間：５ｓ
積算回数：６４回
化学シフトは、外部基準としてＬｉＢｒ（化学シフト−２．０４ｐｐｍ）を用いて決定する。
【００２３】
上記図７のτを変化させて測定を行った時に得られるこのピークの強度の変化を非線形最小二乗法を用いて、以下の式に最適化することによりＴ１Ｌｉを決定する。
（数１）
Ｍ（τ）＝Ｍ（∞）（１−ｅ−τ／Ｔ１Ｌｉ）
Ｍ（τ）：τのときのピーク強度
この固体電解質は、少なくとも１０Ｖ以上の分解電圧を持つ。また、リチウムイオン輸率が１であるという特性を保持しつつ、室温において１０−３Ｓ／ｃｍ台という極めて高いリチウムイオン伝導性を示す。従って、リチウムイオン二次電池の固体電解質用の材料として極めて適している。また、耐熱性の優れた固体電解質である。
【００２４】
この固体電解質を用いた固体電解質層、正極、負極、及び必要に応じて用いられる集電体を電池部材として、リチウムイオン二次電池が形成される。
固体電解質層は、例えば、粒子状の固体電解質を、ブラスト法やエアロゾルデポジション法にて製膜することで製造できる。また、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法（ＣＶＤ）又は溶射法等でも製膜が可能である。
更に、固体電解質と溶媒やバインダー（結着材や高分子化合物等）を混合させた溶液を塗布、塗工した後、溶媒を除去し成膜化する方法もある。又、固体電解質自体や固体電解質とバインダー（結着材や高分子化合物等）や支持体（固体電解質層の強度を補強させたり、固体電解質自体の短絡を防ぐための材料や化合物等）を混合・組合せ、加圧プレスすることで成膜することも可能である。
簡便な装置や室温条件下、固体電解質の状態を変化させない温度範囲で製膜できることから、上述のブラスト法やエアロゾルデポジション法が好ましい。
固体電解質層の厚みは、通常１〜５００μｍであり、より好ましくは１〜１０μｍである。
【００２５】
集電体としては、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又は、これらの合金等からなる板状体や箔状体等が使用できる。
正極としては、正極活物質をそのまま使用してもよく、固体電解質と混合した正極合材の態様で使用することもできる。また、集電体の一部に、正極活物質や正極合材を膜状に形成させることもできる。成膜方法としては、上述の固体電解質層の製造方法で説明した、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、溶射法等が採用できる。これらの中では、上記と同様の理由で、ブラスト法やエアロゾルデポジション法が好ましい。
【００２６】
正極活物質としては、硫化物系では、硫化チタン（ＴｉＳ２）、硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、硫化鉄（ＦｅＳ、ＦｅＳ２）、硫化銅（ＣｕＳ）及び硫化ニッケル（Ｎｉ３Ｓ２）等が使用できる。また、酸化物系では、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、鉛酸ビスマス（Ｂｉ２Ｐｂ２Ｏ５）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化バナジウム（Ｖ６Ｏ１３）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）等が使用できる。尚、これらを混合して用いることも可能である。好ましくは、コバルト酸リチウムである。尚、上記の他にはセレン化ニオブ（ＮｂＳｅ３）が使用できる。
【００２７】
負極についても、負極活物質をそのまま使用してもよく、固体電解質と混合した負極合材の態様で使用することもできる。また、集電体の一部に、負極活物質や負極合材を膜状に形成させることもできる。その形成手段は上述した正極の場合と同様である。
負極活物質としては、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素などの炭素材料が挙げられる。又はその混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素や、これらの金属自体や他の元素、化合物と組合わせた合金を、負極材としてもちいることができる。
【００２８】
さらに、導電助剤として、電子が活物質内で円滑に移動するようにするための電気的に導電性を有す物質を正極又は負極に適宜添加してもよい。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、カーボンナノチューブのような導電性物質又はポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロールのような導電性高分子を単独又は混合して用いることができる。
【００２９】
上述した電池用部材を貼り合せ、接合することでリチウムイオン二次電池が作製される。接合する方法としては、各部材を積層し、加圧・圧着する方法や、２つのロール間を通して加圧する方法（ｒｏｌｌ  ｔｏ  ｒｏｌｌ）等がある。  また、接合面にイオン伝導性を有する活物質や、イオン伝導性を阻害しない接着物質を介して接合してもよい。接合においては、固体電解質の結晶構造が変化しない範囲で加熱融着してもよい。
以上説明した、リチウムイオン二次電池は薄型化が可能であるため、積層して高出力を得ることができる。さらに、高度の集積が可能である。
【００３０】
ところで、リチウムイオン二次電池は、もともと小型，軽量，高容量，高エネルギー密度といった特徴を有するため、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、ノート型ＰＣ、ヘッドホンステレオなどに使用されている。
また、リチウムイオン二次電池は、高出力化、高エネルギー化が進められてきており、これにともなって、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）、その他電動車輌や船舶への使用が試みられている（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、産業用や家庭用の電力貯蔵にリチウムイオン二次電池を使用することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平０７−２７２７６３号公報
【特許文献２】特開平０８−１２６１１９号公報
【特許文献３】特開２００５−２９３８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかしながら、上述の特許文献３に記載の技術は、リチウムイオン二次電池を電力貯蔵体として使用するための改良案を提示しているものの、需要家の電力消費事情との関係について全く開示していなかった。
【００３２】
また、リチウムイオン二次電池は、今後もさらに高出力化、高エネルギー密度化が進むことが予想されるが、こうした大容量のリチウムイオン二次電池に貯蔵された電力を有効に利用する技術の提案が望まれていた。
さらに、一般家庭やオフィスビルなどの一般需要家においては、燃料電池やソーラ発電機などの自家発電設備を備えるところが増えてきており、ここで発電した電力の有効利用を実現するための技術の提案が期待されていた。
【００３３】
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、大容量化が進むリチウムイオン二次電池に貯蔵された電力の有効利用を図るとともに、燃料電池等の自家発電設備で発電された電力の有効利用を可能とする貯蔵電力管理システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
この目的を達成するため、本発明の貯蔵電力管理システムは、需要家に設置された蓄電池と、この蓄電池から電力供給を受ける負荷とを備えた貯蔵電力管理システムであって、蓄電池に貯蔵された電圧又は電力を測定する貯蔵量測定器と、この貯蔵量測定器での測定値にもとづいて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御する制御装置とを備えた構成としてある。
【００３５】
貯蔵電力管理システムをこのような構成とすると、リチウムイオン二次電池に代表される蓄電池に貯蔵された電圧又は電力の変動に応じて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御することができる。
リチウムイオン二次電池は今後も大容量化が進むことが予想され、一般家庭で消費する電力のほとんどを貯蔵できるだけの容量を有した蓄電池を製品化することも可能となってきている。一方、燃料電池やソーラ発電機などの自家発電設備を家屋に設置する一般家庭も多く、今後も増加することが見込まれている。
【００３６】
従来の一般家庭では、電力会社からの買電を主とし、自家発電を従として、自家内の電力消費を賄っていた。ここで、大容量の蓄電池を設置することにより、自家内の消費電力のすべてを自家発電で賄うことができる。
ただし、ここで問題となるのが電力消費の変動である。ある期間（例えば、一日）における電力消費量は時間の経過とともに変化しており、大量に消費する時間帯もあれば、ほとんど消費しない時間帯もある。一方、蓄電池は、発電された電力を貯蔵し、消費される分の電力を負荷に供給している。ここで、電力消費量の少ない時間が長く続くと、蓄電池に貯蔵しきれない余剰電力が発生する。また、電力消費量の多い時間が長く続くと、蓄電池の貯蔵電圧が低下し、この貯蔵量だけでは賄いきれなくなる場合も想定される。
【００３７】
そこで、本発明は、蓄電池の貯蔵量を管理し、この貯蔵量の変動に応じて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御することとした。これにより、自家発電設備で発電された電力の有効利用が可能となるとともに、蓄電池に貯蔵された電力の有効利用をも図ることができる。
【００３８】
また、本発明の貯蔵電力管理システムは、蓄電池を、リチウムイオン二次電池を含む構成とすることができる。
貯蔵電力管理システムをこのような構成とすれば、近年大容量化が進むリチウムイオン二次電池を蓄電池として使用することができるため、一般家庭で消費される電力のほとんどをその蓄電池に貯蔵することができる。
そして、この蓄電池の貯蔵電圧に応じて電力供給会社との間の買電又は売電が制御されるため、自家発電設備からの発電電力や蓄電池に貯蔵された電力の有効利用が可能となる。
【００３９】
また、本発明の貯蔵電力管理システムは、蓄電池に貯蔵するための電力を発電する発電装置と、この発電装置の発電電力量を測定する発電量測定器と、負荷で消費された電力又は電力量を測定する消費電力測定器とを備え、制御装置は、貯蔵量測定器，消費電力測定器，発電量測定器での各測定値にもとづいて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御する構成とすることができる。
【００４０】
貯蔵電力管理システムをこのような構成とすると、蓄電池の貯蔵電圧だけでなく、負荷での消費電力や発電装置での発電電力量をも考慮して、電力供給会社との間の買電又は売電を制御することができる。このため、より適切な買電等の制御が可能となる。
【００４１】
また、本発明の貯蔵電力管理システムは、発電装置を、燃料電池，ソーラ発電機，グリーン発電装置のうちの一又は二以上を含む構成とすることができる。
貯蔵電力管理システムをこのような構成とすれば、燃料電池やソーラ発電機などの自家発電設備を設置した需要家において、本発明を適用することができる。
【００４２】
また、本発明の貯蔵電力管理システムは、貯蔵量測定器での測定値が閾値よりも少ない場合であって、消費電力測定器での測定値が閾値よりも多いときは、制御装置は、電力供給会社から電力を買電するよう制御する構成とすることができる。
貯蔵電力管理システムをこのような構成とすると、蓄電池からの電力供給が負荷での消費電力に追いついていない状況下で、電力供給会社からの買電により、それを補うことができる。
【００４３】
また、本発明の貯蔵電力管理システムは、貯蔵量測定器での測定値が閾値よりも多い場合であって、消費電力測定器での測定値が閾値よりも少ないときは、制御装置は、電力供給会社へ電力を売電するよう制御する構成とすることができる。
貯蔵電力管理システムをこのような構成とすれば、負荷で消費されない余剰電力を電力供給会社に売電して、発電電力の有効利用を図ることができる。
【００４４】
また、本発明の貯蔵電力管理方法は、電力供給会社との間の買電又は売電を制御するとともに、発電装置で発電された電力を蓄電池に貯蔵し、この貯蔵した電力を負荷に供給する貯蔵電力管理方法であって、発電量測定器が発電装置での発電電力又は発電電力量を測定し、貯蔵量測定器が蓄電池に貯蔵された電圧又は電力を測定し、消費電力測定器が負荷で消費された電力又は電力量を測定し、発電量測定器，貯蔵量測定器，消費電力測定器での各測定値にもとづいて、制御装置が電力供給会社との間の買電又は売電を制御する方法としてある。
【００４５】
貯蔵電力管理方法をこのような方法とすると、蓄電池の貯蔵電圧，発電装置での発電量，負荷での消費電力のそれぞれを反映させたかたちで、適切に電力供給会社との間の買電又は売電を制御することができる。
【００４６】
また、本発明の貯蔵電力管理プログラムは、電力供給会社との間の買電又は売電を制御する処理を貯蔵電力管理システムの制御装置に実行させるための貯蔵電力管理プログラムであって、発電量測定器で測定された発電装置での発電電力又は発電電力量を入力し、貯蔵量測定器で測定された蓄電池の貯蔵電圧又は貯蔵電力を入力し、消費電力測定器で測定された負荷での消費電力又は消費電力量を入力し、これら入力した各測定値にもとづいて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御する処理を制御装置に実行させる構成としてある。
【００４７】
貯蔵電力管理プログラムをこのような構成とすれば、蓄電池の貯蔵量が少なく負荷での消費電力量が多い場合には買電を行い、蓄電池の貯蔵量が多く負荷での消費電力量が少ない場合には売電を行うなど、家庭内での電力消費状況に応じて、買電や売電を適切に制御することができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上のように、本発明によれば、リチウムイオン二次電池に代表される蓄電池の貯蔵電圧，燃料電池に代表される発電装置の発電電力，需要家で使用される負荷の消費電力を測定し、各測定値にもとづき電力供給会社との間の買電又は売電を制御することとしたため、発電装置で発電した電力や蓄電池に貯蔵された電力の有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明に係る貯蔵電力制御システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００５０】
（貯蔵電力管理システム）
まず、本発明の貯蔵電力管理システムの実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態の貯蔵電力管理システムが備えられた家屋の外観を示す外観斜視図、図２は、同貯蔵電力管理システムの構成を示すブロック図である。
【００５１】
図１及び図２に示すように、貯蔵電力管理システム１は、発電装置１０と、蓄電池２０と、第一〜第四開閉器３１〜３４と、第一〜第四電力量計４１〜４４と、負荷５０（５０−１〜５０−ｎ）と、制御装置６０と備えている。
ここで、発電装置１０とは、需要家に設置された、発電を行う装置をいう。この発電装置１０には、例えば、燃料電池、ソーラ発電機、グリーン発電装置などが含まれる。また、グリーン発電装置には、例えば、風力発電機や潮力発電機などが含まれる。
【００５２】
需要家とは、電力を消費する設備や装置，機械，器具などが備えられた住居や施設等、さらにはそれらの所有者あるいは管理者などをいい、具体的には、例えば、一般家屋、店舗、ビル、公共施設、工場、鉄道、アミューズメント施設などを含む。ただし、需要家は、電力を消費する設備や装置，機械，器具などが備えられていればよく、現に電力を消費しているか否かは問わない。
【００５３】
また、発電装置１０には、発電量測定器１１が接続されている。発電量測定器１１には、例えば、電力量計を用いることができる。この電力量計は、発電装置１０での発電電力量を測定し、この測定値を制御装置６０へ送る。
なお、発電量測定器１１を電力計とし、制御装置６０にタイマを備える構成とすることもできる。この場合、制御装置６０は、一定時間ごとに電力計から測定値を入力して電力量を算出する。
【００５４】
蓄電池２０は、発電装置１０での発電電力を貯蔵する。この蓄電池には、例えば、リチウムイオン二次電池を用いることができる。
リチウムイオン二次電池には、液体型リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー電池、固体電解質型リチウムイオン二次電池などがあるが、その中でも、液漏れが無く、不燃性であるため安全性が高く、かつ性能的に優れた固体電解質型リチウムイオン二次電池を用いるのが望ましい。
【００５５】
この蓄電池２０には、貯蔵量測定器２１が接続されている。貯蔵量測定器２１は、蓄電池２０に貯蔵された電圧を測定する電圧計と、蓄電池２０に貯蔵された電力を測定する電力計の一方又は双方を含む。この貯蔵量測定器２１での測定値は、制御装置６０へ送られる。
【００５６】
第一〜第四開閉器３１〜３４は、電力系統の切り換えを行う。
そのうち、第一開閉器３１は、電力供給源２と負荷５０との間に設けられている。そして、この第一開閉器３１を接続（ＯＮ、閉）にすることで、電力供給源２からの電力を負荷５０に供給することができる（買電）。
第二開閉器３２は、電力供給源２と蓄電池２０との間に設けられている。この第二開閉器３２を接続することで、電力供給源２からの電力を蓄電池２０に貯蔵することができる（買電）。
【００５７】
第三開閉器３３は、蓄電池２０と負荷５０との間に設けられている。この第三開閉器３３を接続することで、蓄電池２０の貯蔵電力を負荷５０に供給することができる。
第四開閉器３４は、蓄電池２０と電力供給会社との間に設けられている。この第四開閉器３４を接続することで、蓄電池２０の貯蔵電力を電力供給会社に供給することができる（売電）。
【００５８】
第一〜第四電力量計４１〜４４は、電力系統の各部の電力量を測定する。
そのうち、第一電力量計４１は、電力供給源２と負荷５０との間に設けられており、電力供給源２から負荷５０に供給された電力量を測定する。
第二電力量計４２は、電力供給源２と蓄電池２０との間に設けられており、電力供給源２から蓄電池２０に供給された電力量を測定する。
【００５９】
第三電力量計４３は、蓄電池２０と負荷５０との間に設けられており、蓄電池２０から負荷５０に供給された電力量を測定する。
第四電力量計４４は、蓄電池２０と電力供給会社との間に設けられており、蓄電池２０から電力供給会社に供給された電力量を測定する。
なお、第一電力量計４１と第三電力量計４３は、負荷５０の消費電力量を測定するため「消費量測定器」としての機能を有している。
【００６０】
負荷５０は、電力を消費する設備，装置，機械，器具その他全般をいう。具体的には、家庭電化製品、ビル内電気設備、工場内電気設備、鉄道関係設備など、電気を利用して所定の動作を行う設備や装置等の全般を含む。
【００６１】
制御装置６０は、プログラム制御により動作するコンピュータであって、発電量測定器１１，貯蔵量測定器２１，電力量計４１〜４４から各測定値を入力（収集）するとともに（入力手段）、この収集した測定値を記憶し（記憶手段）、その収集した測定値にもとづいて、第一〜第四開閉器３１〜３４を切り換える（電力売買制御手段、開閉器制御手段）。この切り換えにより、電力供給会社との間の買電や売電の制御を行う。
【００６２】
具体的には、図３に示すテーブルにしたがって行う。
（Ｉ）負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力よりも大きい場合
（Ｉ−１）蓄電池２０の貯蔵電力が基準値（範囲）より大きいとき
電力供給会社からの買電、及び、電力供給会社への売電は、
行わない（そのまま）。
（Ｉ−２）蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内のとき
電力供給会社からの買電を行う。
（Ｉ−３）蓄電池２０の貯蔵電力が基準値（範囲）より小さいとき
電力供給会社からの買電を至急行う。
【００６３】
（II）負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力量とほぼ同じ場合
（II−１）蓄電池２０の貯蔵電力が基準値（範囲）より大きいとき
電力供給会社への売電を行う。
（II−２）蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内のとき
電力供給会社からの買電、及び、電力供給会社への売電は、
行わない（そのまま）。
（II−３）蓄電池２０の貯蔵電力が基準値（範囲）より小さいとき
電力供給会社からの買電を行う。
【００６４】
（III）負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力量よりも小さい場合
（III−１）蓄電池２０の貯蔵電力が基準値（範囲）より大きいとき
電力供給会社への売電を至急行う。
（III−２）蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内のとき
電力供給会社への売電を行う。
（III−３）蓄電池２０の貯蔵電力が基準値（範囲）より小さいとき
電力供給会社からの買電、及び、電力供給会社への売電は、
行わない（そのまま）。
【００６５】
ここで、負荷５０の消費電力は、第一電力量計４１と第三電力量計４３の各測定値を用いて求めることができる。
発電装置１０の発電電力は、発電量測定器１１の測定値を用いて算出できる。
蓄電池２０の貯蔵電力は、貯蔵量測定器２１の測定値を用いて算出できる。
【００６６】
そして、制御装置６０は、買電を行うときは、第一開閉器３１及び第二開閉器３２を接続（閉、ＯＮ）にし、第三開閉器３３及び第四開閉器３４を開放（開、ＯＦＦ）にする。
また、売電を行うときは、制御装置６０は、第一開閉器３１及び第二開閉器３２を開放（開、ＯＦＦ）にし、第三開閉器３３及び第四開閉器３４を接続（閉、ＯＮ）にする。
さらに、買電や売電を行わないときは、制御装置６０は、第一開閉器３１，第二開閉器３２，第四開閉器３４をいずれも開放（開、ＯＦＦ）にし、第三開閉器３３を接続（閉、ＯＮ）にする。
【００６７】
なお、蓄電池２０の貯蔵電力の基準範囲は、任意に設定できる。具体的には、例えば、蓄電池２０の最大貯蔵電力の８０％〜２０％などとすることができる。この基準範囲は、一度設定するとその後は固定とすることができ、あるいは可変とすることができる。
【００６８】
また、買電や売電の制御は、制御装置６０が発電量測定器１１等から収集したデータにもとづきリアルタイムで行うことができる。あるいは、各測定値の将来の変動を予想して行うこともできる。
後者の場合、例えば、一日，一週間，月間，年間における負荷５０の電力消費量の変動と、発電装置１０の発電量の変動とを予想し、これにもとづき、図３を参照して、電力供給会社との間の買電又は売電を行うことができる。
【００６９】
例えば、時刻を検知して、これから電力需要が見込まれる午前中には基準の下限値を３０％に上げたりすることができる。さらに、季節を考慮し、夏場においては、上記下限値の３０％をさらに４０％などとしてもよい。
【００７０】
さらに、制御装置６０は、電力売買制御手段、入力手段、表示手段、通信手段、制御手段などを有している。
電力売買制御手段は、図３に示すテーブルにもとづいた判断を行い、この判断の結果を開閉制御手段へ送って開閉器の開閉制御を行わせる。
入力手段は、所定のデータを入力するためのユーザインタフェイスである。
表示手段は、所定のデータを画面表示する。
通信手段は、電力供給会社の所有するコンピュータとの間で所定のデータの送受信を実行する。
制御手段は、制御装置６０の有する各種機能を実行するため、制御プログラム（貯蔵電力管理プログラムを含む）にしたがって、制御装置６０の構成手段に命令を送り、又は自ら動作して、その機能が実行されるよう制御する。
【００７１】
電力供給源２は、電力供給会社に設置された発電装置である。電力供給会社は、例えば、電力会社又は電力の売買を一事業とする燃料供給会社の一方又は双方を含む。
電力供給会社が燃料供給会社の場合、電力供給源２はサービスステーションに設置することができる。
サービスステーションとは、例えば、燃料供給会社が開設したサービス提供店舗をいう。このサービスステーションに電力供給源２が備えられている場合、このサービスステーションと需要家との間で電力の売買を行うことができる。
【００７２】
（貯蔵電力管理方法）
次に、本実施形態の貯蔵電力管理システムの動作（貯蔵電力管理方法）について、図３及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
図４（ａ）は、一日における蓄電池２０の貯蔵電力の推移を示すグラフ、同図（ｂ）は、一日における負荷５０の消費電力と発電装置１０の発電電力の推移を示すグラフ、同図（ｃ）は、（ａ），（ｂ）の各グラフにもとづく買電，売電の制御の内容を示したものである。
なお、説明を容易にするため、発電電力は一定としてある。また、貯蔵電力には、基準値（範囲）が設定されている。さらに、負荷５０の消費電力と発電装置１０の発電電力とを比較する場合の「同じ」には、図４に示すような許容範囲が設定されている。
【００７３】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、例えば、午前０時においては、蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内であって、負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力と同じである。この場合は、図３及び図４（ｃ）に示すように、電力供給会社との間の買電及び売電は、行わない（そのまま）。
午前４時頃では、蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内であるが、負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力との同じの範囲より小さい。この場合は、電力供給会社への売電を行う。
【００７４】
午前５時頃から午後５時（１７時）頃までは、蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内であって、負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力と同じである。この場合は、電力供給会社との間の買電及び売電は、行わない（そのまま）。
午後７時（１９時）頃では、蓄電池２０の貯蔵電力が基準範囲内であるが、負荷５０の消費電力が発電装置１０の発電電力との同じの範囲よりも大きい。この場合は、電力供給会社からの買電を行う。
【００７５】
なお、図４（ｂ）に示した、負荷５０の消費電力と発電装置１０の発電電力とを同じとする範囲は、任意に設定できる。また、この同じの範囲は、一度設定した後は固定とすることができ、あるいは可変とすることができる。さらに、可変の時期は、同図（ａ）の基準範囲を可変する時期と同じとすることができる。
【００７６】
（貯蔵電力管理プログラム）
次に、貯蔵電力管理プログラムについて説明する。
上記の実施形態におけるコンピュータ（貯蔵電力管理システム、制御装置）の貯蔵電力管理機能（貯蔵電力管理方法を実行するための機能）は、記憶手段（例えば、ＲＯＭやハードディスクなど）に記憶された貯蔵電力管理プログラムにより実現される。
【００７７】
貯蔵電力管理プログラムは、コンピュータの制御手段（ＣＰＵなど）に読み込まれることにより、コンピュータの構成各部に指令を送り、所定の処理、たとえば、貯蔵量，発電量，消費量の各測定値の収集処理、貯蔵電圧（貯蔵電力），発電電力（量），消費電力（量）の算出処理、開閉器４１〜４４の開閉制御処理などを行わせる。
これによって、貯蔵電力管理機能は、ソフトウエアである貯蔵電力管理プログラムとハードウエア資源であるコンピュータ（貯蔵電力管理システム、制御装置）の各構成手段とが協働することにより実現される。
【００７８】
なお、貯蔵電力管理機能を実現するための貯蔵電力管理プログラムは、コンピュータのＲＯＭやハードディスクなどに記憶される他、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、たとえば、外部記憶装置及び可搬記録媒体等に格納することができる。
外部記憶装置とは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体を内蔵し、貯蔵電力管理装置に外部接続されるメモリ増設装置をいう。一方、可搬記録媒体とは、記録媒体駆動装置（ドライブ装置）に装着でき、かつ、持ち運び可能な記録媒体であって、たとえば、フレキシブルディスク，メモリカード，光磁気ディスク等をいう。
【００７９】
そして、記録媒体に記録されたプログラムは、コンピュータのＲＡＭ等にロードされて、ＣＰＵ（制御手段）により実行される。この実行により、上述した本実施形態の貯蔵電力管理装置の機能が実現される。
さらに、コンピュータで貯蔵電力管理プログラムをロードする場合、他のコンピュータで保有された貯蔵電力管理プログラムを、通信回線を利用して自己の有するＲＡＭや外部記憶装置にダウンロードすることもできる。このダウンロードされた貯蔵電力管理プログラムも、ＣＰＵにより実行され、本実施形態の貯蔵電力管理装置の貯蔵電力管理機能を実現する。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の貯蔵電力管理システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムによれば、リチウムイオン二次電池に代表される蓄電池の貯蔵電圧（貯蔵電力）の変動に応じて、電力供給会社との間の買電又は売電を制御することができる。
また、燃料電池に代表される発電装置の発電電力や負荷の消費電力をも考慮して、買電又は売電を制御することもできる。
このため、発電装置で発電した電力や蓄電池に貯蔵された電力の有効利用を図ることができる。
【００８１】
以上、本発明の貯蔵電力管理システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムの好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る貯蔵電力管理システム、貯蔵電力管理方法及び貯蔵電力管理プログラムは上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、蓄電池を一つのみ備えた構成を示したが、一つに限るものではなく、複数備えることもできる。これは、燃料電池、ソーラ発電機、制御装置などについても同様である。
【００８２】
また、図３においては、負荷の消費電力と発電装置の発電電力とを比較しているが、これに限るものではなく、負荷の消費電力と閾値（所定値又は所定範囲）とを比較させることもできる。
さらに、図３においては、負荷の消費電力と発電装置の発電電力と蓄電池の貯蔵電力の三つの要素にもとづいて、買電又は売電のいずれにするかを決定することとしているが、これに限るものではなく、蓄電池の貯蔵電力のみにもとづいて決定することもできる。この場合は、負荷の消費電力や発電装置の発電電力に関係なく、蓄電池の貯蔵電力が基準値（範囲）より大きいときは売電、基準内のときはそのまま、小さいときは買電となる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される蓄電池が備えられた需要家と電力供給源を擁する電力供給会社との間の買電や売電に関する発明であるため、蓄電池を備えるとともに買電や売電を行うシステムや装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施形態の貯蔵電力管理システムが備えられた家屋の外観を示す外観斜視図である。
【図２】貯蔵電力管理システムの構成を示すブロック図である。
【図３】負荷の消費電力，発電装置の発電電力，蓄電池の貯蔵電力の三つの要素と、買電又は売電との関係を示す図表である。
【図４】一日における消費電力、発電電力、貯蔵電力の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１  貯蔵電力管理システム
１０  発電装置
１１  発電量測定器
２０  蓄電池
２１  貯蔵量測定器
３１〜３４  第一〜第四開閉器
４１〜４４  第一〜第四電力量計
５０−１〜５０−ｎ  負荷
６０  制御装置
２  電力供給源
【図１】
2008104332.tif 000003
【図２】
2008104332.tif 000004
【図３】
2008104332.tif 000005
【図４】
2008104332.tif 000006