特許 5809692 電力貯蔵装置及び電力貯蔵装置の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5809692

(24)【登録日】2015年9月18日

(45)【発行日】2015年11月11日

(54)【発明の名称】電力貯蔵装置及び電力貯蔵装置の運転方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20151022BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20151022BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20151022BHJP

   H01M 10/39 20060101ALI20151022BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/32

   H02J3/38 110

   H02J3/38 180

   H02J7/00 X

   H01M10/39 A

   H01M10/39 C

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-509850(P2013-509850)

(86)(22)【出願日】2012年4月2日

(86)【国際出願番号】JP2012058877

(87)【国際公開番号】WO2012141022

(87)【国際公開日】20121018

【審査請求日】2014年2月19日

(31)【優先権主張番号】特願2011-86963(P2011-86963)

(32)【優先日】2011年4月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 良幸

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１９５３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３７４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８６６７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０１Ｍ １０／３９

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力貯蔵装置であって、
系統と、
ナトリウム−硫黄電池、併入／解列機構及びヒータを備え、前記ナトリウム−硫黄電池が前記系統へ併入された状態及び前記ナトリウム−硫黄電池が前記系統から解列された状態が前記併入／解列機構により切り替えられ、前記ヒータが前記系統に電気的に接続され前記ナトリウム−硫黄電池を加熱する複数の運転の単位と、
受電の遮断を検出する遮断検出機構と、
前記複数の運転の単位の各々に属する前記ナトリウム−硫黄電池の残存容量の指標を特定する残存容量特定部と、
前記残存容量特定部により特定された残存容量の指標を参照し、前記複数の運転の単位の各々に属する前記ナトリウム−硫黄電池の残存容量が多くなるほど高くなる順位を前記複数の運転の単位の各々に付与する順位付与部と、
前記遮断検出機構により受電の遮断が検出された場合に前記順位付与部により付与された順位が最も高い前記運転の単位を選択する選択部と、
前記併入／解列機構を制御し、前記ヒータを前記系統に電気的に接続したまま、前記選択部により選択された前記運転の単位に属する前記併入／解列機構に前記ナトリウム−硫黄電池を前記系統へ併入させ、前記選択部により選択されない前記運転の単位に属する前記併入／解列機構に前記ナトリウム−硫黄電池を前記系統から解列させ、前記選択部により選択された前記運転の単位に属する前記ナトリウム−硫黄電池から前記選択部により選択された前記運転の単位に属する前記ヒータ及び前記選択部により選択されない前記運転の単位に属する前記ヒータの両方へ電力を供給する自立運転を前記遮断検出機構により受電の遮断が検出された場合に実行する自立運転実行部と、
を備える電力貯蔵装置。

【請求項2】

請求項１の電力貯蔵装置において、
前記自立運転が実行されている間に、前記残存容量特定部により特定された残存容量の指標を参照し、前記選択部により選択されている前記運転の単位に属する前記ナトリウム−硫黄電池の残存容量が基準を下回ったことを検出する放電末検出部、
をさらに備え、
前記選択部は、
前記自立運転が実行されている間であって選択されている前記運転の単位に属する前記ナトリウム−硫黄電池の残存容量が基準を下回ったことが前記放電末検出部により検出された場合に既に選択された前記運転の単位を除いて前記順位付与部により付与された順位が最も高い前記運転の単位を選択しなおす
電力貯蔵装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２の電力貯蔵装置において、
前記系統に電気的に接続される電力消費体
をさらに備える電力貯蔵装置。

【請求項4】

請求項３の電力貯蔵装置において、
前記電力消費体は、
前記電力貯蔵装置の内部の温度を調整する空調機器
を備える電力貯蔵装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれかの電力貯蔵装置において、
前記複数の運転の単位の各々における故障を検出する故障検出部、
をさらに備え、
前記順位付与部は、
前記故障検出部により故障が検出された前記運転の単位に順位を付与しない
電力貯蔵装置。

【請求項6】

電力貯蔵装置の運転方法であって、
(a) 系統及び複数の運転の単位を備え、前記複数の運転の単位の各々がナトリウム−硫黄電池、併入／解列機構及びヒータを備え、前記複数の運転の単位の各々において前記ナトリウム−硫黄電池が前記系統へ併入された状態及び前記ナトリウム−硫黄電池が前記系統から解列された状態が前記併入／解列機構により切り替えられ、前記複数の運転の単位の各々において前記ヒータが前記系統に電気的に接続され前記ナトリウム−硫黄電池を加熱する電力貯蔵装置を設置する工程と、
(b) 受電の遮断を検出する工程と、
(c) 前記複数の運転の単位の各々に属する前記ナトリウム−硫黄電池の残存容量の指標を特定する工程と、
(d) 前記工程(c)において特定された残存容量の指標を参照し、前記複数の運転の単位の各々に属する前記ナトリウム−硫黄電池の残存容量が多くなるほど高くなる順位を前記複数の運転の単位の各々に付与する工程と、
(e) 前記工程(b)において受電の遮断が検出された場合に前記工程(d)において付与された順位が最も高い前記運転の単位を選択する工程と、
(f) 前記併入／解列機構を制御し、前記ヒータを前記系統に電気的に接続したまま、前記工程(e)において選択された前記運転の単位に属する前記併入／解列機構に前記ナトリウム−硫黄電池を前記系統へ併入させ、前記工程(e)において選択されない前記運転の単位に属する前記併入／解列機構に前記ナトリウム−硫黄電池を前記系統から解列させ、前記工程(e)において選択された前記運転の単位に属する前記ナトリウム−硫黄電池から前記工程(e)において選択された前記運転の単位に属する前記ヒータ及び前記工程(e)において選択されない前記運転の単位に属するヒータの両方へ電力を供給する自立運転を前記工程(b)において受電の遮断が検出された場合に実行する工程と、
を備える電力貯蔵装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力貯蔵装置及び電力貯蔵装置の運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

系統電力網へ電力を送電し系統電力網から電力を受電する電力貯蔵装置においてナトリウム−硫黄電池が使用される。

【0003】

ナトリウム−硫黄電池は、高温で動作する二次電池である。このため、ナトリウム−硫黄電池が使用される電力貯蔵装置においては、ナトリウム−硫黄電池がヒータにより加熱される。また、電力貯蔵装置の内部の温度は機器が安定して動作する温度である必要がある。このため、電力貯蔵装置の内部の温度は空調により調整される。

【0004】

ヒータ及び空調を動作させる電力は系統電力網から供給される。したがって、停電、保守等のために系統電力網からの受電が遮断された場合は、ヒータ及び空調へ電力が供給されなくなる。ヒータ及び空調へ電力が供給されない場合は、ナトリウム−硫黄電池の温度が低下し、機器が安定して動作する温度から電力貯蔵装置の内部の温度が外れる。

【0005】

ナトリウム−硫黄電池の温度が低下した場合は、ナトリウム−硫黄電池の充電状態によっては、構成部品のひずみ等によりナトリウム−硫黄電池が故障しやすくなる。また、機器が安定して動作する温度から電力貯蔵装置の内部の温度が外れた場合は、機器が故障しやすくなる。

【0006】

特許文献１は、この問題の解決策を提案する。特許文献１は、系統電力網からの受電が遮断された場合にナトリウム−硫黄電池等からヒータへ電力を供給することを提案する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−５１０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、電力貯蔵装置の規模が大きい場合は、電力貯蔵装置を適切な状態に維持するために必要な電力も大きくなり、系統電力網からの受電が遮断された場合に長時間にわたって電力貯蔵装置を適切な状態に維持することが困難になる。

【0009】

本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、受電が遮断された場合でも長時間にわたって適切な状態に維持される電力貯蔵装置及び電力貯蔵装置の運転方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は電力貯蔵装置に向けられる。本発明の第１から第５までの局面はヒータが運転の単位に属する場合に関する。

【0011】

本発明の第１の局面においては、系統、複数の運転の単位、遮断検出機構、残存容量特定部、順位付与部、選択部及び自立運転実行部が設けられる。

【0012】

運転の単位は、ナトリウム−硫黄電池、併入／解列機構及びヒータを備える。併入／解列機構は、ナトリウム−硫黄電池が系統へ併入された状態及びナトリウム−硫黄電池が系統から解列された状態を切り替える。ヒータは系統に電気的に接続されナトリウム−硫黄電池を加熱する。遮断検出機構は受電の遮断を検出する。

【0013】

複数の運転の単位の各々に属するナトリウム−硫黄電池の残存容量の指標が残存容量特定部により特定される。特定された残存容量の指標が参照され、複数の運転の単位の各々に順位付与部により順位が付与される。順位は、複数の運転の単位の各々に属するナトリウム−硫黄電池の残存容量が多くなるほど高くなる。

【0014】

遮断検出機構により受電の遮断が検出された場合に運転の単位が選択部により選択される。選択される運転の単位は、順位が最も高い運転の単位である。

【0015】

自立運転実行部により、併入／解列機構が制御され、受電の遮断が検出された場合に自立運転が実行される。自立運転においては、ヒータを系統に電気的に接続したまま、選択された運転の単位に属する併入／解列機構がナトリウム−硫黄電池を系統へ併入させ、選択されない運転の単位に属する併入／解列機構がナトリウム−硫黄電池を系統から解列させ、選択された運転の単位に属するナトリウム−硫黄電池から選択された運転の単位に属するヒータ及び選択されない運転の単位に属するヒータの両方へ電力を供給する。

【0016】

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第２の局面においては、放電末検出部が設けられる。放電末検出部により、自立運転が実行されている間に、残存容量の指標が参照され、選択されている運転の単位に属するナトリウム−硫黄電池の残存容量が基準を下回ったことが検出される。

【0017】

自立運転が実行されている間であって選択されている運転の単位に属するナトリウム−硫黄電池の残存容量が基準を下回ったことが検出された場合に運転の単位が選択部により選択しなおされる。選択しなおされる運転の単位は、既に選択された運転の単位を除いて順位が最も高い運転の単位である。

【0019】

本発明の第３の局面は、本発明の第１又は第２の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、電力消費体が設けられる。電力消費体は、系統に電気的に接続される。

【0020】

本発明の第４の局面は、本発明の第３の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第４の局面においては、電力消費体が電力貯蔵装置の内部の温度を調整する空調機器を備える。

【0021】

本発明の第５の局面は、本発明の第１から第４までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第５の局面においては、故障検出部が設けられる。複数の運転の単位の各々における故障が故障検出部により検出される。故障が検出された運転の単位には順位付与部により順位が付与されない。

【0027】

本発明の第６の局面は、電力貯蔵装置の運転方法に向けられる。

【発明の効果】

【0028】

本発明の第１及び第６の局面によれば、受電が遮断された場合に、残存容量が多いナトリウム−硫黄電池からヒータへ電力が供給され、長時間にわたってヒータへ電力が供給され、長時間にわたってナトリウム−硫黄電池の温度が適切に維持される。

【0029】

本発明の第２の局面によれば、選択されている運転の単位に属するナトリウム−硫黄電池からの電力の供給が困難になっても、選択しなおされた運転の単位に属するナトリウム−硫黄電池から電力が供給され、ヒータへの電力の供給が継続され、長時間にわたってヒータへ電力が供給され、長時間にわたってナトリウム−硫黄電池の温度が適切に維持される。

【0031】

本発明の第３の局面によれば、受電が遮断された場合に、残存容量が多いナトリウム−硫黄電池から電力消費体へ電力が供給され、長時間にわたって電力消費体が供給され、長時間にわたって電力貯蔵装置が適切な状態に維持される。

【0032】

本発明の第４の局面によれば、電力貯蔵装置の内部の温度が適切に維持される。

【0033】

本発明の第５の局面によれば、自立運転が実行される場合に故障した運転の単位からヒータへ電力が供給されることが抑制され、故障した運転の単位の故障による自立運転が抑制される。

【0035】

これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】自立運転の概略を示す模式図である。

【図2】通常運転の概略を示す模式図である。

【図3】電力貯蔵装置の電力系のブロック図である。

【図4】電力貯蔵装置の制御系のブロック図である。

【図5】ＰＣＳ及び電池モジュールのブロック図である。

【図6】電力貯蔵装置の電力系のブロック図である。

【図7】選択された電池ユニットのＰＣＳのブロック図である。

【図8】選択されない電池ユニットのＰＣＳのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

（着想の概略）
図１及び図２の模式図は、それぞれ、電力貯蔵装置における自立運転及び通常運転の概略を示す。

【0038】

（運転の単位）
図１及び図２に示すように、電力貯蔵装置１０００においては、ナトリウム−硫黄電池１００２は複数の運転の単位１００４の各々の内部にある。

【0039】

運転の単位１００４は、ナトリウム−硫黄電池１００２の装置内系統１００６への併入及び装置内系統１００６からの解列の単位である。２個以上のナトリウム−硫黄電池１００２が１個の運転の単位１００４に属する場合は、当該２個以上のナトリウム−硫黄電池１００２は、同時に装置内系統１００６へ併入され、同時に装置内系統１００６から解列される。当該２個以上のナトリウム−硫黄電池１００２の一方が装置内系統１００６へ併入されるのと同時に他方が装置内系統１００６から解列されることはない。運転の単位１００４の呼称は事業者によって異なるが、典型的には「電池ユニット」という呼称が使用される。

【0040】

典型的には複数の運転の単位１００４の各々は筐体に収容される。２個以上の運転の単位１００４が１個の筐体に収容されてもよく、運転の単位１００４が筐体に収容されなくてもよい。

【0041】

（電力消費体）
第１の電力消費体１００８は複数の運転の単位１００４の各々の内部にある。第２の電力消費体１０１０は複数の運転の単位１００４の外部にある。第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０は装置内系統１００６へ電気的に接続される。装置内系統１００６から第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０へ電力が供給される。第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０は電力を消費して動作する。第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０の片方が省略されてもよい。複数の第１の電力消費体１００８の一部が省略されてもよい。

【0042】

（通常運転と自立運転との切り替え）
系統電力網１０１２からの受電が遮断されていない場合は図２に示すように通常運転が実行され、系統電力網１０１２からの受電が遮断されている場合は図１に示すように自立運転が実行される。

【0043】

（通常運転）
図２に示すように、通常運転が実行される場合は、複数の運転の単位１００４の全部が運転される。複数の運転の単位１００４の一部のみが運転されてもよい。運転される運転の単位１００４に属するナトリウム−硫黄電池１００２は、装置内系統１００６へ併入され、装置内系統１００６との間で電力のやりとりが可能な状態になる。併入されたナトリウム−硫黄電池１００２が放電した電力は系統電力網１０１２へ送電される。系統電力網１０１２から受電した電力は装置内系統１００６へ併入されたナトリウム−硫黄電池１００２へ充電される。また、系統電力網１０１２から第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０へ電力が供給される。ナトリウム−硫黄電池１００２から第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０へ電力が供給されてもよい。

【0044】

（自立運転）
図１に示すように、自立運転が実行される場合は、１個の運転の単位１００４が運転される。運転される運転の単位１００４に属するナトリウム−硫黄電池１００２は装置内系統１００６へ併入され、装置内系統１００６との間で電力のやりとりが可能な状態になる。運転されない運転の単位１００４に属するナトリウム−硫黄電池１００２は装置内系統１００６から解列され、装置内系統１００６との間で電力のやりとりが不可能な状態になる。

【0045】

併入されたナトリウム−硫黄電池１００２から第１の電力消費体１００８及び第２の電力消費体１０１０へ電力が供給される。

【0046】

自立運転においては、２個以上の運転の単位１００４が同時に運転されず、一方の運転の単位１００４に属するナトリウム−硫黄電池１００２が電力の供給元となり他方の運転の単位１００４が備えるナトリウム−硫黄電池１００２が電力の供給先になることがなくなり、電力貯蔵装置１０００の動作が安定する。

【0047】

（運転される運転の単位）
複数の運転の単位１００４の各々には順位が付与される。当該順位は、運転の単位１００４に属するナトリウム−硫黄電池１００２の残存容量が多くなるほど高くなる。

【0048】

自立運転が開始されるときには、順位が最も高い１個の運転の単位１００４が選択され、選択された運転の単位１００４が運転される。

【0049】

自立運転が開始された後に運転されている運転の単位１００４に属するナトリウム−硫黄電池１００２の残存容量が少なくなった場合は、既に選択された運転の単位１００４を除いて順位が最も高い運転の単位１００４が選択しなおされ、選択しなおされた運転の単位１００４の運転が開始され、残存容量が少なくなったナトリウム−硫黄電池１００２が属する運転の単位１００４の運転が終了される。

【0050】

（電力貯蔵装置の望ましい実施形態の概略）
図３及び図４のブロック図は、電力貯蔵装置の望ましい実施形態を示す。図３のブロック図は電力系、図４のブロック図は制御系を示す。

【0051】

図３に示すように、電力貯蔵装置２０００は、電池ユニット２００２、充放電用の電力伝送路２００４、充放電遮断用の遮断器２００６、低圧側の系統２００８、系統間接続用の電力伝送路２０１０、低圧側の系統間接続遮断用の遮断器２０１２、系統間接続用の変圧器２０１４、高圧側の系統間接続遮断用の遮断器２０１６、高圧側の系統２０１８、送受電用の電力伝送路２０２０、送受電遮断用の遮断器２０２２、不足電圧継電器用の変圧器２０２４、不足電圧継電器２０２６、給電用の電力伝送路２０２８、給電遮断用の遮断器２０３０、給電用の変圧器２０３２、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６を備える。

【0052】

電池ユニット２００２の数は、５個でなくてもよく、２個以上４個以下又は６個以上であってもよい。

【0053】

充放電用の電力伝送路２００４及び充放電遮断用の遮断器２００６は、複数の電池ユニット２００２の各々に対応して設けられる。これらの構成物の一部が省略されてもよい。例えば、充放電遮断用の遮断器２００６、低圧側の系統間接続遮断用の遮断器２０１２、高圧側の系統間接続遮断用の遮断器２０１６及び送受電遮断用の遮断器２０２２の全部又は一部が省略されてもよい。昇圧又は降圧が不要である場合は、不足電圧継電器用の変圧器２０２４及び給電用の変圧器２０３２の両方又は片方が省略される。

【0054】

系統電力網２９０２の電圧によっては、低圧側の系統２００８が高圧側の系統になり高圧側の系統２０１８が低圧側の系統になる場合がある。系統電力網２９０２の電圧によっては、系統間接続用の電力伝送路２０１０が省略され、低圧側の系統２００８及び高圧側の系統２０１８がひとつの系統にまとめられる場合もある。

【0055】

（系統電力網からの受電及び系統電力網への送電）
電力貯蔵装置２０００は、遮断器２９００を経由して系統電力網２９０２に接続される。電力貯蔵装置２０００は、系統電力網２９０２から電力を受電し、系統電力網２９０２へ電力を送電する。電力貯蔵装置２０００は、電力需給の変動の補償等に用いられる。電力貯蔵装置２０００が電力を受電するときには、送受電用の電力伝送路２０２０、高圧側の系統２０１８、系統間接続用の電力伝送路２０１０、低圧側の系統２００８及び充放電用の電力伝送路２００４を順次に経由して系統電力網２９０２から電池ユニット２００２へ電力が伝送される。電力貯蔵装置２０００が電力を送電するときには、充放電用の電力伝送路２００４、低圧側の系統２００８、系統間接続用の電力伝送路２０１０、高圧側の系統２０１８及び送受電用の電力伝送路２０２０を順次に経由して電池ユニット２００２から系統電力網２９０２へ電力が伝送される。電力貯蔵装置２０００が系統電力網２９０２以外に接続されてもよい。

【0056】

（空調機器及びコントローラ）
電力貯蔵装置２０００の内部の温度は空調機器２０３４により調整される。これにより、電力貯蔵装置２０００の構成機器が安定して動作する温度に電力貯蔵装置２０００の内部の温度が維持される。電力貯蔵装置２０００の構成機器は、コントローラ２０３６により制御される。空調機器２０３４及びコントローラ２０３６は、上記の第２の電力消費体１０１０の典型例であり、電力を消費して動作する。ただし、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６の両方又は片方が電池ユニット２００２に設けられ上記の第１の電力消費体１００８となってもよい。

【0057】

空調機器２０３４及びコントローラ２０３６以外の第２の電力消費体１０１０が電力貯蔵装置２０００に設けられてもよい。例えば、照明、通信機器等が電力貯蔵装置２０００に設けられてもよい。

【0058】

（電池ユニットの概略）
複数の電池ユニット２００２の各々は、直交変換器（ＰＣＳ）２１００及び電池モジュール２１０２を備える。ＰＣＳは、"Power Conditioning System"等の略称であり、「交直変換装置」等とも呼ばれる。

【0059】

自立運転が実行される間はＰＣＳ２１００において定電圧制御が行われる。ＰＣＳ２１００が発生する電圧を一定にするために参照される電圧は低圧側の系統２００８の電圧である。ＰＣＳ２１００は、発生する電圧が低圧側の系統２００８の電圧と一致するように発生する電圧を制御する。ＰＣＳ２１００は、ナトリウム−硫黄電池２１０４が放電した直流を交流へ変換して低圧側の系統２００８へ供給する。また、ＰＣＳ２１００は、低圧側の系統２００８から供給された交流を直流へ変換してナトリウム−硫黄電池２１０４を充電する。

【0060】

１個の電池ユニット２００２に属する２個以上のＰＣＳ２１００は並列運転される。望ましくは１個の電池ユニット２００２に属するＰＣＳ２１００の数は２個である。ＰＣＳ２１００の数が２個である場合は、ＰＣＳ２１００の数が１個である場合よりも電池ユニット２００２の充放電能力が向上するからである。また、ＰＣＳ２１００の数が２個である場合は、ＰＣＳ２１００の数が３個以上である場合よりも電力貯蔵装置２０００の動作が安定するからである。ＰＣＳ２１００の数が３個以上である場合に電力貯蔵装置２０００の動作が安定しないのは、ＰＣＳ２１００の性能に個体差があるためである。３個以上のＰＣＳ２１００が並列運転された場合は、ＰＣＳ２１００が発生する電圧のわずかな違いにより、一方の電池ユニット２００２と他方の電池ユニット２００２との間でエネルギー交換が起こる場合があり、正常な並列運転が行われない。すなわち、一方の電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４から他方の電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４へ充電が行われる。この状態においては、わずかな負荷の変動であっても過電流、不足電圧に至り電力貯蔵装置２０００が停止する可能性が高い。

【0061】

（電池モジュール）
電池モジュール２１０２においては、ナトリウム−硫黄電池２１０４及びヒータ２１０６が容器２１０８に収容される。ナトリウム−硫黄電池２１０４及びヒータ２１０６以外の構成物が容器２１０８に収容されてもよい。典型的にはナトリウム−硫黄電池２１０４及びヒータ２１０６が容器２１０８に収容されるが、ナトリウム−硫黄電池２１０４及びヒータ２１０６が裸のまま電池ユニット２００２に設けられてもよい。典型的にはナトリウム−硫黄電池２１０４は組電池であるが単電池であってもよい。電力貯蔵装置２０００が運転されている間は、ナトリウム−硫黄電池２１０４がヒータ２１０６により加熱され、ナトリウム−硫黄電池２１０４の温度が３００℃以上の温度に維持される。ヒータ２１０６は、上記の第１の電力消費体１００８の典型例であり、電力を消費して動作する。

【0062】

ヒータ２１０６以外の第１の電力消費体１００８が電池ユニット２００２に設けられてもよい。例えば、電力を消費して動作するセンサ、コントローラ等が電池ユニット２００２設けられてもよい。

【0063】

（通常運転と自立運転との切り替え）
電力貯蔵装置２０００は、系統電力網２９０２に接続されている場合に通常運転を実行し、系統電力網２９０２に接続されていない場合に自立運転を実行する。

【0064】

通常運転が実行される場合は、系統電力網２９０２からヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給される。自立運転が実行される場合、ナトリウム−硫黄電池２１０４からヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給される。

【0065】

（電力貯蔵装置の内部の電気的接続）
低圧側の系統２００８には、複数の電池ユニット２００２の各々が充放電用の電力伝送路２００４を介して電気的に接続される。低圧側の系統２００８と複数の電池ユニット２００２の各々とを接続する複数の充放電用の電力伝送路２００４の各々には充放電遮断用の遮断器２００６が挿入される。

【0066】

複数の充放電用の電力伝送路２００４の各々はＰＣＳ２１００に電気的に接続される。ＰＣＳ２１００には電池モジュール２１０２が電気的に接続される。これにより、ナトリウム−硫黄電池２１０４及びヒータ２１０６がＰＣＳ２１００及び充放電用の電力伝送路２００４を介して低圧側の系統２００８に電気的に接続される。また、ナトリウム−硫黄電池２１０４が低圧側の系統２００８へ併入された状態及びナトリウム−硫黄電池２１０４が低圧側の系統２００８から解列された状態がＰＣＳ２１００により切り替えられる。ナトリウム−硫黄電池２１０４と低圧側の系統２００８との電気的な接続の経路とヒータ２１０５と低圧側の系統２００８との電気的な接続の経路とが完全に分離されてもよい。ＰＣＳ２１００以外の併入／解列機構により併入された状態と解列された状態とが切り替えられてもよい。「併入」に代えて「投入」という語が使用される場合もある。

【0067】

１個のＰＣＳ２１００に接続される電池モジュール２１０２の数は、１個でなくてもよく、２個以上であってもよい。

【0068】

低圧側の系統２００８と高圧側の系統２０１８とは系統間接続用の電力伝送路２０１０により電気的に接続される。系統間接続用の電力伝送路２０１０には、低圧側の系統間接続遮断用の遮断器２０１２、系統間接続用の変圧器２０１４及び高圧側の系統間接続遮断用の遮断器２０１６が挿入される。

【0069】

高圧側の系統２０１８は、送受電用の電力伝送路２０２０を介して系統電力網２９０２に電気的に接続される。送受電用の電力伝送路２０２０には、送受電遮断用の遮断器２０２２が挿入され、不足電圧継電器用の変圧器２０２４を介して不足電圧継電器２０２６が電気的に接続される。また、高圧側の系統２０１８には、給電用の電力伝送路２０２８を介して空調機器２０３４及びコントローラ２０３６が電気的に接続される。給電用の電力伝送路２０２８には、給電遮断用の遮断器２０３０及び給電用の変圧器２０３２が挿入される。

【0070】

これにより、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６は、給電用の電力伝送路２０２８、高圧側の系統２０１８及び系統間接続用の電力伝送路２０１０を介して低圧側の系統２００８に電気的に接続される。空調機器２０３４及びコントローラ２０３６と低圧側の系統２００８との電気的な接続の経路が変更されてもよい。例えば、給電用の電力伝送路２０２８が低圧側の系統２００８に直接的に接続されてもよい。

【0071】

系統は、電力を伝送する電力伝送路の一種である。系統には、単数又は複数の電力供給元又は電力供給先が接続される。

【0072】

（ＰＣＳの概略）
図５は、ＰＣＳ及び電池モジュールのブロック図である。

【0073】

図５に示すように、ＰＣＳ２１００は、電池充放電用の電力伝送路２２００、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２、ホール電流計２２０４、双方向変換器２２０６、電池充放電用の変圧器２２０８、交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０、ヒータ給電用の電力伝送路２２１２、ヒータ給電用の変圧器２２１４及びヒータ給電遮断用の遮断器２２１６を備える。これらの構成物の一部が省略されてもよい。例えば、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２及び交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０の両方又は片方が省略されてもよい。ヒータ給電遮断用の遮断器２２１６が省略されてもよい。双方向変換器２２０６の交流側の電圧が低圧側の系統２００８の電圧と一致する場合は電池充放電用の変圧器２００８が省略されてもよい。ヒータ２１０６の動作電圧が低圧側の系統２００８の電圧と一致する場合はヒータ給電用の変圧器２２１４が省略されてもよい。これらの構成物の一部がＰＣＳ２１００の外部に設けられてもよい。これらの構成物以外の構成物がＰＣＳ２１００の内部に設けられてもよい。

【0074】

電池充放電用の電力伝送路２２００は、充放電用の電力伝送路２００４とナトリウム−硫黄電池２１０４とを電気的に接続する。ヒータ給電用の電力伝送路２２１２は、充放電用の電力伝送路２００４とヒータ２１０６とを電気的に接続する。電池充放電用の電力伝送路２２００には、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２、ホール電流計２２０４、双方向変換器２２０６、電池充放電用の変圧器２２０８及び交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０が挿入される。ヒータ給電用の電力伝送路２２１２には、ヒータ給電用の変圧器２２１４及びヒータ給電遮断用の遮断器２２１６が挿入される。

【0075】

ナトリウム−硫黄電池２１０４が放電した電力は、電池充放電用の電力伝送路２２００により伝送され、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２、ホール電流計２２０４、双方向変換器２２０６、電池充放電用の変圧器２２０８及び交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０を順次に通過する。電力が双方向変換器２２０６を通過するときに直流から交流への変換が行われる。電力が電池充放電用の変圧器２２０８を通過するときに昇圧が行われる。

【0076】

ナトリウム−硫黄電池２１０４へ充電される電力は、電池充放電用の電力伝送路２２００により伝送され、交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０、電池充放電用の変圧器２２０８、双方向変換器２２０６、ホール電流計２２０４及び直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２を順次に通過する。電力が電池充放電用の変圧器２２０８を通過するときに降圧が行われる。電力が双方向変換器２２０６を通過するときに交流から直流への変換が行われる。

【0077】

電池充放電用の電力伝送路２２００を流れる電流、すなわち、ナトリウム−硫黄電池２１０４の充放電電流はホール電流計２２０４により測定される。ホール電流計２２０４とは異なる形式の電流計により充放電電流が測定されてもよい。

【0078】

ＰＣＳ２１００がナトリウム−硫黄電池２１０４を併入する場合は、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２が閉じ、電池充放電用の電力伝送路２２００が電力を伝送できる状態になる。ＰＣＳ２１００がナトリウム−硫黄電池２１０４を解列する場合は、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２が開き、電池充放電用の電力伝送路２２００が電力を伝送できない状態になる。望ましくは直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２により電池充放電用の電力伝送路２２００が開閉されるが、交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０により電池充放電用の電力伝送路２２００が開閉されてもよく、直流側の電池充放電遮断用の遮断器２２０２及び交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０の両方により電池充放電用の電力伝送路２２００が開閉されてもよい。

【0079】

ヒータ２１０６へ供給される電力は、ヒータ給電用の電力伝送路２２１２により伝送され、ヒータ給電遮断用の遮断器２２１６及びヒータ給電用の変圧器２２１４を順次に通過する。電力がヒータ給電用の変圧器２２１４を通過するときに降圧が行われる。

【0080】

（制御系の概略）
図４に示すように、コントローラ２０３６は、残存容量特定部２３００、順位付与部２３０２、選択部２３０４、自立運転実行部２３０６、放電末検出部２３０８及び故障検出部２３１０を備え、電力貯蔵装置２０００が設置された後の電力貯蔵装置２０００の運転の全部又は一部を担う。これらの構成物は、制御用コンピュータであるコントローラ２０３６がインストールされた制御用プログラムを実行することにより実現される。

【0081】

これらの構成物の全部又は一部がオペアンプ、コンパレータ等のソフトウエアを伴わない電子回路に置き換えられてもよい。これらの構成物による処理の全部又は一部が人間の手作業に置き換えられてもよい。

【0082】

（残存容量特定部）
残存容量特定部２３００は、ホール電流計２２０４から充放電電流の計測値を取得し、充放電電流の計測値を積算し、積算値から複数の電池ユニット２００２の各々に属するナトリウム−硫黄電池２１０４の残存容量の指標を導出する。

【0083】

残存容量の指標の導出の方法が変更されてもよい。例えば、ホール電流計２２０４とは異なる形式の電流計から充放電電流の計測値が取得されてもよい。充放電電力及び充放電電圧の測定値が取得され、充放電電力及び充放電電圧の測定値から充放電電流が算出されてもよい。充放電電力の計測値に代えて双方向変換器への充放電電力の指令値が使用されてもよい。

【0084】

残存容量の指標は、残存容量そのものであってもよいし、残存容量と一対一に対応する量であってもよい。例えば、複数の電池ユニット２００２の各々に属するナトリウム−硫黄電池２１０４の定格容量が同じである場合は、定格容量に対する残存容量の比である充電状態（ＳＯＣ）も当該指標になりうる。

【0085】

（順位付与部）
順位付与部２３０２は、残存容量特定部２３００により特定された残存容量の指標を参照し、電池ユニット２００２に順位を付与する。順位は、電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４の残存容量が多くなるほど高くなる。

【0086】

ただし、順位付与部２３０２は、下記の故障検出部２３１０により故障が検出された電池ユニット２００２には順位を付与しない。これにより、自立運転が実行される場合に故障した電池ユニット２００２からヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給されることが抑制され、電池ユニット２００２の故障による自立運転の停止が抑制される。

【0087】

（選択部）
選択部２３０４は、不足電圧継電器２０２６により送受電用の電力伝送路２０２０の電圧の低下が検出された場合に、順位付与部２３０２により付与された順位が最も高い電池ユニット２００２を選択する。

【0088】

不足電圧継電器２０２６による電圧の低下の検出以外により系統電力網２９０２からの受電の遮断が検出されてもよい。例えば、不足電圧継電器２０２６から独立した電圧計による電圧の低下の検出により系統電力網２９０２からの受電の遮断が検出されてもよい。系統電力網２９０２からの受電の遮断を要求する操作を電力貯蔵装置２０００が受けつける場合は、当該操作の検出により系統電力網２９０２からの受電の遮断が検出されてもよい。

【0089】

選択部２３０４は、自立運転が実行されている間であって選択されている電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４の残存容量が基準を下回ったことが下記の放電末検出部２３０８により検出された場合に、既に選択された電池ユニット２００２を除いて順位付与部２３０２により付与された順位が最も高い電池ユニット２００２を選択しなおす。

【0090】

（放電末検出部）
放電末検出部２３０８は、自立運転が実行されている間に、残存容量特定部２３００により特定された残存容量の指標を参照し、選択部２３０４により選択されている電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４の残存容量が基準を下回ったことを検出する。基準は、例えば、残存容量又はその指標の閾値（下限値）である。

【0091】

（故障検出部）
故障検出部２３１０は、複数の電池ユニット２００２の各々における故障を検出する。故障はどのように検出されてもよい。例えば、異常電圧、異常電流、ナトリウム−硫黄電池２１０４の劣化等の検出により異常が検出される。

【0092】

（自立運転実行部）
自立運転実行部２３０６は、ＰＣＳ２１００を制御する。自立運転実行部２３０６は、不足電圧継電器２０２６により系統電力網２９０２からの受電の遮断が検出された場合に自立運転を実行する。自立運転においては、選択部２３０４により選択された電池ユニット２００２に属するＰＣＳ２１００に選択部２３０４により選択された電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４を低圧側の系統２００８へ併入させ、選択部２３０４に選択されない電池ユニット２００２に属するＰＣＳ２１００に選択部２３０４に選択されない電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４を低圧側の系統２００８から解列させる。

【0093】

これにより、系統電力網２９０２からの受電が遮断された場合に、残存容量が多いナトリウム−硫黄電池２１０４からヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給され、長時間にわたってヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給され、長時間にわたって電力貯蔵装置２０００が適切な状態に維持される。例えば、ヒータ２１０６によりナトリウム−硫黄電池２１０４の温度が適切に維持され、空調機器２０３４により電力貯蔵装置２０００の内部の温度が適切に維持され、コントローラ２０３６により電力貯蔵装置２０００が適切に制御される。

【0094】

また、選択されている電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４からの電力の供給が困難になっても、選択しなおされた電池ユニット２００２に属するナトリウム−硫黄電池２１０４から電力が供給され、ヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６への電力の供給が継続され、長時間にわたってヒータ２１０６、空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給され、長時間にわたって電力貯蔵装置２０００が適切な状態に維持される。

【0095】

（動作例）
電池ユニット２００２ａ〜２００２ｅに属するナトリウム−硫黄電池２１０４のＳＯＣ及び状態並びに電池ユニット２００２ａ〜２００２ｅの順位が表１に示される場合を考える。

【0096】

【表1】

【0097】

この場合に系統電力網２９０２からの受電が遮断され、送受電遮断用の遮断器２０２２が開いたときに、順位が最も高い電池ユニット２００２ｃが選択され、図６に示すように電池ユニット２００２ｃに属するナトリウム−硫黄電池２１０４から電池ユニット２００２ａ〜２００２ｅに属するヒータ２１０６並びに空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給される。当該電力が通過する遮断器は閉じている。このとき、図７に示すように選択された電池ユニット２００２ｃのＰＣＳ２１００の交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０が閉じ、図８に示すように選択されなかった電池ユニット２００２ａ，２００２ｂ，２００２ｄ及び２００２ｅの交流側の電池充放電遮断用の遮断器２２１０が開く。

【0098】

その後、電池ユニット２００２ｃに属するナトリウム−硫黄電池２１０４の放電が進行し放電末に至った場合は、電池ユニット２００２ｃを除いて最も順位が高い電池ユニット２００２ａが選択しなおされ、電池ユニット２００２ａに属するナトリウム−硫黄電池２１０４から、電池ユニット２００２ｂ，２００２ｃ，２００２ｄ及び２００２ｅに属するヒータ２１０６並びに空調機器２０３４及びコントローラ２０３６へ電力が供給される。

【0099】

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。しがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。

【符号の説明】

【0100】

１０００ 電力貯蔵装置
１００２ ナトリウム−硫黄電池
１００４ 運転の単位
２０００ 電力貯蔵装置
２００２ 電池ユニット
２００８ 低圧側の系統
２０２６ 不足電圧継電器
２１０４ ナトリウム−硫黄電池
２１０６ ヒータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】