特許 5963326 蓄電池装置および蓄電池制御システム

(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】5963326

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】蓄電池装置および蓄電池制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20160721BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/32

   H02J3/38 110

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-182312(P2014-182312)

(22)【出願日】2014年9月8日

(65)【公開番号】特開2016-59129(P2016-59129A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2014年9月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】390025265

【氏名又は名称】東芝エレベータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】芦川 栄晃

【審査官】 猪瀬 隆広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２０９７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２２４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８２５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５０６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５０６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６９６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００８３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２９３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６７４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７２４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７１６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７５７９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００−５／００

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用系統へ連系運転する蓄電池装置であって、
前記商用系統または蓄電池装置からの電力供給で運転される負荷装置によって消費される負荷放電電力量を制御信号として前記負荷装置から入力すると共に、リアルタイムで監視してその負荷放電電力量を読み取る負荷放電電力量読み取り手段と、
読み取られた負荷放電電力量に基づいて、前記負荷装置が消費する負荷放電電力量と等しい放電電力量となるように蓄電池装置の蓄電池放電電力量を制御する蓄電池放電電力量制御手段と、
を有することを特徴とする蓄電池装置。

【請求項2】

商用系統へ連系運転する蓄電池装置と、前記商用系統または前記蓄電池装置からの電力供給で運転される負荷装置とを備え、前記蓄電池装置の前記商用系統に対する連系運転を制御する蓄電池制御システムであって、
前記蓄電池装置は、
前記負荷装置によって消費される負荷放電電力量を制御信号として前記負荷装置から入力すると共に、リアルタイムで監視してその負荷放電電力量を読み取る負荷放電電力量読み取り手段と、
読み取られた負荷放電電力量に基づいて、負荷装置が消費する負荷放電電力量と等しい放電電力量となるように蓄電池装置の蓄電池放電電力量を制御する蓄電池放電電力量制御手段と、
を有することを特徴とする蓄電池制御システム。

【請求項3】

前記制御信号は、負荷装置内ではＲＳ−２３２Ｃ方式で通信されており、負荷装置が消費する負荷放電電力量データを含めて前記蓄電池装置の前記負荷放電電力量読み取り手段に供給することを特徴とする請求項２に記載の蓄電池制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、蓄電池装置および蓄電池制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、商用系統からの買電者（電力消費者等）は、省エネの一環として、ピークシフトやピークカットを行っている。ピークシフトは、最も電力使用量が多くなる昼間の通常電力料金時の電力消費量を抑制して、夜間時の安価な電力料金の時間帯に電力消費量をシフトさせる方法である。また、ピークカットは、昼間の通常時電力料金における年間契約電力のピークが夏場の冷房電力等により発生することから、そのピークを蓄電池等から補って、商用系統からの買電の瞬間最大値を抑える方法である。これらピークシフトやピークカットは、いずれも蓄電池に電力を蓄えておき、電力料金を抑えたい時間帯に蓄電電力を放電する方法である。

【0003】

電力消費者が、商用系統と蓄電池との切り替え等の特別な操作を行わずに、ピークシフトやピークカットの各操作を自動的に実現するには、商用系統に対して蓄電池出力と負荷とを並列に接続するのが一般的である。この場合、蓄電池は商用系統に対して適宜、充放電を行い、負荷も商用電源と蓄電池の両方から適当なバランスで負荷消費するように構成されている。

【0004】

蓄電池の放電中、放電電力量よりも負荷電力の方が大きい場合は、放電電力量は全て負荷に消費され、更に不足分があれば商用系統から補われる。このため、蓄電池から放電された電力量が、商用系統からの買電力量に対する節電電力量となり、省エネという目的は問題なく達成することができる。

【0005】

ところが、蓄電池の放電電力量よりも負荷消費電力量の方が小さい場合、その差分は、余剰電力となる。この余剰電力が商用系統へ流れ出てしまうと、逆潮流が発生する。この逆潮流は、商用系統の電圧を規定より高めに変化させたり、波形歪みを発生させたりする要因となり、公共資源でもある系統電力の品質を劣化させ、一般電力ユーザに対して弊害を与えることとなる。

【0006】

電力供給者である電力会社では、供給する商用系統電気の品質を保証するため、逆潮流に対して運用規程を設けて規制している（非特許文献１）。商用系統に接続される電源システムは、電力系統に連系している蓄電池装置等の電源装置から商用系統への逆潮流を防止しなければならない。

【0007】

そのため、一般的には、高圧受電設備内に計器用変圧器CT等の電流センサを設けて逆潮流を検知するとともに、その検知信号を逆潮流継電器RPRを介して蓄電池装置へ制御信号（一般的には接点信号）として送信する構成が採用されている。そして、逆潮流が発生した場合は、蓄電池から商用系統への放電を停止するように制御している（例えば、特許文献1参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１３−１７２５１４号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】系統連系規程JEAC9701(JESC E0019)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上述のように、従来は、商用電力線に連系するシステムにおいて逆潮流を防止するために、高圧受電設備内に計器用変圧器CTや逆潮流継電器RPRを設け、その検知信号を電力供給装置である蓄電池装置へ戻す構成とし、逆潮流が発生した場合には、放電を停止するように制御していた。また、トランスジューサTRDを設けて、逆潮流をアナログ的に制御電流値に変換して、その値を蓄電池に制御信号として戻して、逆潮流が発生しないように、系統負荷使用電力量に応じた放電電力量に蓄電池装置を制御していた。

【0011】

その方式の場合、高圧受電キュービクルへの計器用変圧器CTや逆潮流継電器RPR、あるいはトランスジューサTRD等の設置が必須であるため、高圧６．６ｋＶの受電を一時停止して、設置工事を行う必要がある。

【0012】

特に、工事対象物件が新築ビルなどの場合には、新築工事に含めて施工した後、建物竣工時に、全体システム稼働時に通電すれば、特に問題ない。しかし、既設のビルや、稼働中の設備の場合には、受電系統で稼働中の設備を休止させ、一旦、停電を発生させる必要がある。

【0013】

高圧６．６ｋＶの受電点は、当該物件受電系統の最上位側にあり、建物や設備全体の電気系統の根幹であるため、この箇所で停電が発生すると、全体を一斉停電させる結果となってしまう。

【0014】

そのため、運用中の各種設備等へ、停電を強いる結果となり、一般ユーザ（テナント）への影響は非常に大きく、業務の一時停止につながり、コスト、時間の無駄となり、経済活動への影響は多大である。

【0015】

しかも、施工管理上の扱いは、高圧電気設備工事なので、電気主任技術者の監督が法令で義務付けられており、人件費、技術者の日程調整など、施工上も大きな負担となる。

【0016】

実際の作業においても、６．６ｋＶの高圧設備作業のため、実務作業者はハイレベルな技術スキルを持った限られた技術者を従事させる必要があり、安全管理、作業手順などの労務・安全管理上の負担も大きい。

【0017】

以上のように、高圧受電設備に逆潮流検出装置である計器用変圧器CTや逆潮流継電器RPR、あるいはトランスジューサTRD等を装備する必要がある従来の方式は、コスト、時間、安全管理などの問題があった。

【0018】

本発明の目的は、逆潮流を防止しつつ、商用系統と蓄電池との切り替え等の特別な操作を行わずに、ピークシフトやピークカットの各操作を自動的に実現することを可能にする蓄電池装置および蓄電池制御システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記の目的を達成するために本発明の実施形態は、商用系統へ連系運転する蓄電池装置であって、前記商用系統または蓄電池装置からの電力供給で運転される負荷装置によって消費される負荷放電電力量を制御信号として前記負荷装置から入力すると共に、リアルタイムで監視してその負荷放電電力量を読み取る負荷放電電力量読み取り手段と、読み取られた負荷放電電力量に基づいて、前記負荷装置が消費する負荷放電電力量と等しい放電電力量となるように蓄電池装置の蓄電池放電電力量を制御する蓄電池放電電力量制御手段と、
を有することを特徴とする蓄電池装置である。

【0020】

また、他の実施形態は、商用系統へ連系運転する蓄電池装置と、前記商用系統または前記蓄電池装置からの電力供給で運転される負荷装置とを備え、前記蓄電池装置の前記商用系統に対する連系運転を制御する蓄電池制御システムであって、前記蓄電池装置は、前記負荷装置によって消費される負荷放電電力量を制御信号として前記負荷装置から入力すると共に、リアルタイムで監視してその負荷放電電力量を読み取る負荷放電電力量読み取り手段と、読み取られた負荷放電電力量に基づいて、前記負荷装置が消費する負荷放電電力量と等しい放電電力量となるように蓄電池装置の蓄電池放電電力量を制御する蓄電池放電電力量制御手段と、を有することを特徴とする蓄電池制御システムである。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態による蓄電池制御システムを示す構成図。

【図2】本発明の実施形態による蓄電池制御システムの主要部構成である蓄電池装置の構成を示すブロック図。

【図3】本発明が適用される蓄電池制御システムの実施例を示す模式図。

【図4】本発明が適用される蓄電池制御システムの回路構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は本発明の実施形態が適用された蓄電池制御システムを示す構成図である。

【0023】

同図に示す蓄電池制御システム１は、商用系統に接続された高圧受電キュービクル３と、この高圧受電キュービクル３に接続された負荷装置５と、高圧受電キュービクル３および負荷装置５に接続された蓄電池装置７とを備えている。高電圧キュービクルと負荷装置５と蓄電池装置７とは相互に給電線９で接続されている。

【0024】

高圧受電キュービクル３は、６．６ｋＶで受電した商用電源電圧を２００Ｖ（または１００Ｖ）に降圧して負荷装置５および蓄電池装置７に供給する。

【0025】

負荷装置５は、パワー回路５１と、制御回路５３とを備えており、これらパワー回路５１と制御回路５３とは制御信号線５５で接続されている。また、この制御信号線５５は分岐されて分岐制御信号線５７として蓄電池装置７にも制御信号を供給するよう接続されている。制御信号線５５，５７で伝送される制御信号は、リアルタイムで監視された負荷装置５の放電電力量であり、その放電電力量が分岐制御信号線５７を介して蓄電池装置７に供給されることとなっている。

【0026】

蓄電池装置７は、パワー回路７１と、このパワー回路７１を制御する制御回路７３とを備えている。パワー回路７１は、蓄電池本体部であり、例えばリチウムイオン蓄電池で構成される。

【0027】

制御回路７３は、図２に機能構成を示すように、負荷放電電力量読み取り部７３１と、データ換算部７３３と、蓄電池放電電力量制御部７３５とを備えている。負荷放電電力量読み取り部７３１は、負荷装置５によって消費される放電電力量を制御信号として分岐制御信号線５７を介して負荷装置５から入力する。データ換算部７３３は、入力した制御信号を蓄電池装置７内で利用可能なデータ（例えば、後述するＣＡＮ形式のデータ）に変換する。蓄電池放電電力量制御部７３５は、読み取られた負荷放電電力量に基づいて商用系統と連系する蓄電池放電電力量を制御する。

【0028】

＜実施例構成＞
図３は本発明が適用される実施例を示している。

【0029】

図３（ａ）に示すように、本実施例は、負荷装置５としての急速充電器５Ａから電気自動車１１のバッテリを充電するものであり、急速充電器５Ａには蓄電池装置７から電力が供給されている。負荷装置５である急速充電器５Ａと蓄電池装置７との間で伝送される制御信号は、図３（ｂ）にそのフォーマットを示すように、スタートビットとストップビットの間に制御データとして編集され伝送される。

【0030】

図４は、図３の蓄電池制御システムの実施例における蓄電池装置７の具体的な回路構成を示している。

【0031】

図４において、高圧受電キュービクル３からの商用電源電圧は、給電線９に介挿された漏電遮断器ＥＬＣＢ(Earth Limited Circuit Breaker)、電磁接触器ＭＣを介して蓄電池装置７に供給されている。蓄電池装置７では、絶縁トランス７５を経由してＡＣ／ＤＣ変換器７１５によって直流に変換され、さらにＤＣ／ＤＣ変換器７１３によって所望の直流電圧に変換された後、リチウムイオン電池７１１に蓄電される。

【0032】

一方、高圧受電キュービクル３からの商用電源電圧は、電磁接触器ＭＣの下流側で分岐され、配線用遮断器ＭＣＣＢ（Molded Case Circuit Breaker）、保護ＦＵＳＥを介して負荷装置である急速充電器５Ａに供給されている。供給された商用電源電圧はＡＣ／ＤＣ変換器５１１によって直流電圧に変換されて負荷である例えば電気自動車１１に供給される。負荷装置である急速充電器５Ａには制御装置としてのパネコン５３１が設けられており、このパネコン５３１によって負荷である電気自動車１１に供給される放電電力量が計測されている。なお、パネコン５３１と計測対象となるＡＣ／ＤＣ変換器５１１との間はＲＳ−２３２Ｃ方式で通信されている。計測された放電電力量データは、変換部５３５によって、図３（ｂ）に示すような、ビット列中の制御データに変換され、伝送制御コントローラ５３７から分岐制御信号線（イーサネット（登録商標））５７を介して制御信号として蓄電池装置７に伝送される。蓄電池装置７のコントローラ７３７は図２に示す制御回路７３を構成するものであり、ＣＡＮ（Controller Area Network）規格に基づいて制御信号の転送制御を実行している。なお、ＣＡＮは、耐ノイズ性の強化を考慮して設計され、相互接続された機器間のデータ転送に使用される規格である。そして、コントローラ７３７では負荷放電電力量データから、蓄電池放電電力量データが求められて、各リチウムイオン電池に設けられたバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ）７３９に供給される。ＢＭＵ７３９は、蓄電池放電電力量データに基づいて、商用系統に放電する電力量を制御する。すなわち、急速充電器５Ａ（負荷装置５）側で消費される電力量に相当する分の電力量だけが取り出され、ＤＣ／ＤＣ変換器７１３、ＡＣ／ＤＣ変換器５１１によって商用交流電圧に変換された後、リアルタイムで商用系統へ放電される。

【0033】

＜効果＞
本実施形態によれば、急速充電器５Ａで消費される電力量分と等しい電力量だけが、リアルタイムで蓄電池装置７から自動的に供給されるため、商用系統への逆潮流は原理的に発生することはない。このため、高圧受電側での消費電力の検出の必要性はない。

【0034】

また、本実施形態によれば、高圧受電設備が収納されている高圧受電キュービクル３内は、一切施工する必要がなく、施工箇所は蓄電池装置７の制御回路７３と負荷装置５である急速充電器５Ａの制御回路５３といういわゆる弱電系だけであり、しかも通信制御関係だけであるため、システム構成が極めて簡単なものとなる。

【0035】

従って、停電するエリアは、６．６ｋＶの下側にある低圧系統のうち２００Ｖ系統ブレーカー配下の一部分に限定できる。ブレーカーが蓄電池装置７と急速充電器５Ａ(負荷装置５)に限定されていれば、停電はその装置のみの極めて限られた範囲での施工が可能である。

【0036】

これにより、建物全体に停電が及ばず、経済活動への影響を最小限で施工することができる。しかも、電気主任技術者の監督が不要なので、人件費、スケジューリング等の点でローコスト、迅速に施工が可能となる。

【0037】

実務作業も、通信ケーブルの敷設と制御通信機器の増設、ソフトウェア試験のみとなり、施工には特殊な有資格者は不要で、一般電子機器の修理と同等程度の管理レベルで実施できる。施工管理上も、感電事故や作業管理のリスクが大幅に低減でき、時間とコストを大幅に節約できる。

【0038】

更に、制御信号を伝送する制御信号線５５を、負荷装置５（例えば、急速充電器５Ａ）内部で、ＲＳ−２３２Ｃ形式のケーブルを利用して単純に２分岐して分岐制御信号線５７として取り出すだけで蓄電池装置７へ伝送することができるので、時間とコストを大幅に低減することができる。このように、本実施形態によれば、逆潮流を防止しつつ、商用系統と蓄電池との切り替え等の特別な操作を行わずに、ピークシフトやピークカットの各操作を自動的に実現することができる。

【0039】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１：蓄電池制御システム、３：高圧受電キュービクル、５：負荷装置、５Ａ：急速充電器、７：蓄電池装置、９：給電線、５１：パワー回路、５３：制御回路、５５：制御信号線、５７：分岐制御信号線、７１：パワー回路、７３：制御回路、７１１：リチウムイオン電池、
７３１：負荷放電電力量読み取り部、７３３：データ変換部、７３５：放電電力量制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】