蓄電池充電制御システム
【課題】本発明は、他の電力機器の使用を妨げないで、適正に蓄電池を充電することができる蓄電池充電制御システムを提供することを目的とする。
【解決手段】送配電線路１４からの受電電力を監視して宅内機器２２に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段４４と、測定された負荷電流と蓄電池２６の充電電流とを加算したとき、受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、蓄電池２６の適正充電電流を計算する充電電流計算手段４６と、蓄電池２６を適正充電電流で充電するとともに、測定された負荷電流が一定量だけ変化するたびに、蓄電池の適正充電電流を再計算して、蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段４８とを備えた。
【解決手段】送配電線路１４からの受電電力を監視して宅内機器２２に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段４４と、測定された負荷電流と蓄電池２６の充電電流とを加算したとき、受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、蓄電池２６の適正充電電流を計算する充電電流計算手段４６と、蓄電池２６を適正充電電流で充電するとともに、測定された負荷電流が一定量だけ変化するたびに、蓄電池の適正充電電流を再計算して、蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段４８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宅内機器の運転を妨げずに蓄電池を充電できる蓄電池充電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置や風力発電装置は、再生可能エネルギによる電源装置として広く実用化されている。また、クリーンなエネルギを利用した燃料電池も、次世代の自家発電電源装置として実用化が図られている。これらの自家発電電源装置により供給される電力は、宅内機器により消費されるとともに、余剰分が蓄電池に蓄積される。さらに、売電のために一部が送配電線側に送り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
自家発電電源装置により発電した電力は、宅内配線に供給されて使用される。また、その一部は売電のため送配電線側へ送り出される。さらに、余剰分の電力で蓄電池を充電して夜間に使用する。一方、自家発電電源装置の発電能力が低い場合には、送配電線から夜間電力を受け入れて蓄電池を充電する。この電力を昼間に使用する。ここで、蓄電池に夜間電力を充電するときには、蓄電池は他の電力機器と同様に、電源に対する負荷として動作する。即ち、電源から蓄電池に向かって負荷電流が流れる。
【０００５】
このように蓄電池を充電しながら暖房機や給湯器を動作させると、契約電力容量を越えてしまう場合がある。特に、蓄電池の特性上、充電開始時には大きな充電電流が流れ、充電終了時には充電電流が減少する。これにより、他の電力機器の使用を妨げ、ブレーカを動作させてしまうおそれもある。充電電流を十分に低く設定しておけば、この問題は無いが、充電時間が長時間になってしまう。
【０００６】
本発明は、他の電力機器の使用を妨げないで、適正に蓄電池を充電することができる蓄電池充電制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
送配電線路からの受電電力を監視して宅内機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、測定された前記負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、前記受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、前記蓄電池を適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の適正充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【０００８】
〈構成２〉
自家発電電源装置の発電電力を監視して宅内電力機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、前記測定した負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、自家発電電源装置の発電電力に対応する最大動作電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、前記蓄電池を前記適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流と前記自家発電電源装置の発電電力が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【０００９】
〈構成３〉
構成１に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記充電電流計算手段は、前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、最大許容負荷電流をＩＡとし、ＩＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１０】
〈構成４〉
構成２に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、前記最大動作電流をＩＧＡとし、ＩＧＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１１】
〈構成５〉
構成１乃至４のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記蓄電池充電制御手段は、前記宅内機器に供給される負荷電流と、前記適正充電電流で充電した場合の蓄電池の充電終了時刻とをディスプレイに表示することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１２】
〈構成６〉
構成１乃至５のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、自家発電電源装置から第１充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１３】
〈構成７〉
構成１乃至６のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、送配電線路から第２充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１４】
〈構成８〉
構成１乃至７のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記宅内機器の使用状態を監視して、予め設定したエネルギ使用基準に従って前記宅内機器を自動的にオンオフしてそのエネルギ使用量を制御するＨＥＭＳ管理サーバが設けられており、ＨＥＭＳ管理サーバがいずれかの宅内機器を自動的にオンするときに、前記蓄電池充電制御手段は、前記蓄電池の充電を一時停止することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１５】
〈構成９〉
構成１乃至８のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記蓄電池充電制御手段は、充電をするべき蓄電池が複数あるとき、各蓄電池の充電の開始時刻と充電の終了時刻とをそれぞれ時間的にシフトさせて、宅内機器の負荷電流と蓄電池の充電電流の合計値を適正範囲に制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【発明の効果】
【００１６】
〈構成１の効果〉
契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、蓄電池の適正充電電流を計算して、許容値の範囲内で効率良く蓄電池を充電できる。
〈構成２の効果〉
自家発電電源装置の発電電力が変化すると、適正な最大動作電流も変化する。負荷電流の測定値と自家発電電源装置の発電電力を時間的に連続的に測定して、蓄電池の適正充電電流を計算して追従させることができる。
〈構成３の効果〉
蓄電池を充電中に最大の負荷電流が流れる電力機器が起動しても、ブレーカが作動する心配がない。
〈構成４の効果〉
蓄電池を充電中に最大の負荷電流が流れる電力機器が起動しても、ブレーカが作動する心配がない。
〈構成５の効果〉
蓄電池の充電終了を早めたいときは、ディスプレイを見て、宅内機器の一部をオフして、節電をすることができる。
〈構成６の効果〉
宅内機器の影響で、自家発電電源装置による十分な充電ができず、充電を中断することがある。このとき、廉価な夜間電力送電開始時を指定しておくと、その時刻から充電を再開できる。
〈構成７の効果〉
宅内機器の影響で、自家発電電源装置による十分な充電ができず、充電を中断することがある。このとき、廉価な夜間電力送電開始時を指定しておくと、その時刻から充電を再開できる。
〈構成８の効果〉
ホームエネルギマネジメントシステム（HEMS）管理サーバが、例えば、エアコンを自動的にオンオフ制御することがある。エアコンは起動時に大電流を必要とするから、一時的に許容値を越える負荷電流が流れるおそれがある。蓄電池の充電は自由に遮断しても弊害は無い。そこで、こうした宅内機器の起動時に蓄電池の充電を一時停止する。
〈構成９の効果〉
充電すべき蓄電池が複数ある場合には、同時に充電をせずに、充電のタイミングをシフトさせて、充電電流を平準化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の蓄電池充電制御システムを示すブロック図である。
【図２】演算処理に使用するデータの例を示す説明図である。
【図３】充電制御の説明図である。
【図４】図３とは別の充電制御の説明図である。
【図５】ディスプレイに表示された蓄電池モニター画面説明図である。
【図６】複数の蓄電池がある場合の蓄電池モニター画面説明図である。
【図７】複数の蓄電池に対する充電制御回路である。
【図８】蓄電池が複数のブレーカに隔てられた回路に接続されている状態での充電制御回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
一般には、商用電力を利用する場合に、受電電力について契約電力容量が定められている。宅内機器による使用電力はこの契約電力容量を越えないように使用される。通常は、ブレーカの遮断電流を指して、４０アンペア契約とか５０アンペア契約と呼んでいる。ここで、例えば、宅内機器を各種使用中に、電気自動車に使用されているような大容量の蓄電池を急速充電すると、大電流が流れて契約電力容量を越えてしまうおそれがあった。
【００１９】
一方、蓄電池は一般の宅内機器と異なり、充電電流が一時的に変動しても断続をしても、なんの問題もなく充電が可能という特徴がある。本発明ではこの特徴を利用して、蓄電池の充電電流を他の宅内機器の状態に応じて動的に制御する。さらに、このような制御をしながら、安価に充電ができる時間を求めて充電の中断や再開をすることも可能にする。以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は実施例１の蓄電池充電制御システム１０を示すブロック図である。
図のシステム１０は、一般家庭のような建物に設置される。この建物には、送配電線路１４から分電盤１６を介して宅内配線１５に商用電力が供給されている。また、この建物には、自家発電電源装置２４が設けられている。さらに、建物内部で使用する電力を蓄積するための蓄電池２６が設けられている。この図の蓄電池の場所に、電気自動車２７の蓄電池も接続できる。
【００２１】
この蓄電池２６に電力を充電するために、第１充電回路２８と第２充電回路３０とが設けられている。また、この蓄電池２６から宅内配線１５側に電力を供給するために放電回路３２が設けられている。第１充電回路２８と第２充電回路３０と放電回路３２のいずれかに蓄電池２６を選択的に接続をするために、スイッチ回路３３が設けられている。
【００２２】
また、自家発電電源装置２４の余剰電力の売電制御をするために、よく知られたパワーコンディショナ１８が設けられている。さらに、宅内配線１５に流れる負荷電流を測定し、積算電力を電力会社にリモートで読み取らせるために、よく知られたスマートメータ２０が設けられている。まず、以上の部分について、各部の具体的な構成の説明をする。
【００２３】
［自家発電電源装置］
蓄電池２６の充電には、自家発電電源装置２４と、送配電線路１４から供給される電力を使用する。自家発電電源装置２４は、太陽エネルギを電気エネルギに変換して出力する太陽光発電装置の他に、風力エネルギを電気エネルギに変換して出力する風力発電装置や、水素等を燃料として発電する燃料電池が良く知られている。この他に、熱エネルギや水力波力を電気エネルギに変換して出力する電源装置も知られている。これらは全て、本発明のシステムで自家発電電源装置として使用することができる。
【００２４】
［送配電線路と宅内配線］
送配電線路１４は、電力会社から商用電源を供給するための線路である。宅内配線１５は、送配電線路１４と分電盤１６を介して接続される。宅内配線１５は、送配電線路１４と分電盤１６等の受電設備により隔てられた配電設備で、住宅やマンション等に設置された宅内機器２２を駆動するための電力を供給する。分電盤１６は、宅内配電用の分岐回路やブレーカ等を内蔵した機器である。
【００２５】
［蓄電池］
蓄電池２６は充放電により電力を蓄積したり放出したりする機能を持つ２次電池である。蓄電池２６は、自家発電電源装置２４から供給される電力の蓄積に使用される。また、電気自動車等の任意の電池使用機器の蓄電池も、このシステムによる充電の対象である。図のスイッチ回路３３を使用して、複数の蓄電池を同時に第１充電回路２８や第２充電回路３０に接続したり、選択的に接続をしたりして、充電が制御される。
【００２６】
なお、自家発電電源装置２４の出力は、パワーコンディショナ１８を通じて直接宅内配線１５に供給されてもよいし、蓄電池２６にいったん蓄積してから放電回路３２を通じて使用されてもよい。また、蓄電池２６は、送配電線路１２から供給される電力の蓄積にも使用され、割安な夜間電力を蓄積することができる。
【００２７】
［充放電回路］
蓄電池２６の充放電のために以下の回路を備えている。
第１充電回路２８は、自家発電電源装置２４の電力を受け入れて要求されている直流電力を出力し蓄電池２６を充電する回路である。第２充電回路３０は、宅内配線１５の電力を受け入れて要求されている直流電力を出力し、蓄電池２６を充電する回路である。放電回路３２は、蓄電池２６の電力を受け入れて要求されている交流電力を出力し、宅内配線１５に供給する回路である。
【００２８】
第１充電回路２８は、例えば、太陽光発電装置の出力する直流電圧を、蓄電池２６の充電に適当な電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、充電電流を制御する電流制御回路と、充電時間を制御するタイマー等を備える。第２充電回路３０は、例えば、ＡＣ１００ボルトの宅内配線１５に接続して、蓄電池２６の充電に適当な直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータと、充電電流を制御する電流制御回路と、充電時間を制御するタイマー等を備える。放電回路３２は、蓄電池２６に接続して宅内配線１５用の交流電圧を出力するＤＣ−ＡＣコンバータと過電流保護回路等を備える。
【００２９】
［蓄電池の放電制御］
図１に示したシステムは、例えば、ＨＥＭＳ（ホームエネルギマネージメントサービス）管理サーバ３４により制御されるとよい。ＨＥＭＳ管理サーバ３４は、一般住宅等の建物内部のエネルギ供給量とエネルギ消費量とを詳細にモニターして、その結果をディスプレイ４０に表示したり、例えば、エアコンの運転を制御して、適正温度に制御するといった機能を持つ。この実施例では、このＨＥＭＳ管理サーバ３４に、蓄電池２６の充電制御機能を付与する。なお、蓄電池２６の充電制御専用のコンピュータを使用しても、同様の制御が可能である。
【００３０】
図１に示したＨＥＭＳ管理サーバ３４は、既知のコンピュータであって、演算処理装置３６と記憶装置３８とを備える。演算処理結果を表示するためのディスプレイ４０は、例えば、タッチパネルによりデータ入力のためのインタフェースを兼ねることができる。
【００３１】
演算処理装置３６の部分に示した各手段は、コンピュータプログラムによって機能する機能ブロックである。ＨＥＭＳ制御手段４２と負荷電流測定手段４４と充電電流計算手段４６と蓄電池充電制御手段４８とが設けられている。記憶装置３８には、演算処理のために、図２に例示したような、各種のデータが記憶される。これらを総合して、図１では、ＨＥＭＳ管理データ５０と表示した。
【００３２】
負荷電流測定手段４４は、スマートメータ２０を通じて送配電線路１４からの受電電力を監視して、宅内機器２２に供給される負荷電流ＩＬを測定する機能を持つ。充電電流計算手段４６は、測定された負荷電流ＩＬと蓄電池２６の充電電流ＩＢとを加算したとき、受電電力ＰＴに関する契約電力容量ＰＫから求められる最大許容負荷電流ＩＡを越えない範囲で、蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを計算する機能を持つ。
【００３３】
蓄電池充電制御手段４８は、蓄電池２６を適正充電電流ＩＢＢで充電するとともに、測定された負荷電流ＩＬが一定量ＩＣだけ変化するたびに、蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを再計算して、蓄電池２６の充電電流を変更する機能を持つ。実際の充電電流は、計算をして得た適正充電電流ＩＢＢ以下であればよい。また、実際には、負荷電流ＩＬが一定量ＩＣ以上変化したことを検出したときに、蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを再計算すればよく、負荷電流ＩＬの検出タイミングは任意である。
【００３４】
図２は、上記の演算処理に使用するデータの例を示す説明図である。
図のデータ５０〜７８は、図１に示した記憶装置３８に記憶されている。ＨＥＭＳ管理データ５０は、既知のＨＥＭＳ管理のために使用するデータで、この発明には関係しないので説明を省略する。データ５２〜７０はそれぞれアルファベットで示したので、説明中での数字の符号は省略する。
【００３５】
本発明では宅内機器２２の使用を妨げないように、許容量の範囲で蓄電池２６に充電電流ＩＢを供給する。最大許容負荷電流ＩＡは、例えば、５０Ａ契約では５０Ａと設定すればよい。また、後で説明するように、一台のブレーカを通じて電力を供給する部屋毎に、最大許容負荷電流ＩＡを設定して、その部屋で充電される蓄電池の充電電流ＩＢを制御してもよい。従って、最大許容負荷電流ＩＡは契約電力容量ＰＫの制限下で任意に設定される。
【００３６】
また、自家発電電源装置２４を利用して蓄電池２６の充電を行う場合には、自家発電電源装置２４の発電電力ＰＧが問題になる。太陽光発電装置の場合には、最適動作点での動作電流の範囲内で運転をすることが好ましい。この最適動作点での動作電流を最大動作電流ＩＧＡと表現した。最大動作電流ＩＧＡについても、自家発電電源装置２４の特性等を考慮して、任意に設定をしてよい。各データは、それぞれ図２の右側に示した演算式に代入して使用される。
【００３７】
なお、受電設備や電気機器の容量は電力で表示されるものが多いが、商用電源の受電電圧は一定だから、電流値に着目して計算をするとよい。１００ボルト系と２００ボルト系の２系統の宅内配線がある場合には、いずれか一方、例えば、１００ボルト系に換算をして上記の電流値の計算をするとよい。
【００３８】
自家発電電源装置２４が太陽光発電装置の場合は、直流電流が出力されるから、蓄電池２６の充電電流ＩＢは直流電流値で計算をしてよい。蓄電池２６を充電中は、パワーコンディショナ１８内部のＤＣ／ＡＣ変換器を介して、自家発電電源装置２４から宅内機器２２へ電力が供給される。このときの宅内機器２２の負荷電流ＩＬは、ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ入力電流値を使用するとよい。また、電気自動車等、各種の蓄電池を充電する場合には、蓄電池特性データ７９を予め記憶装置３８に記憶させておくとよい。これにより、蓄電池２６の充電電流特性等を考慮した充電制御ができる。各データの具体的な内容は、動作説明のところで説明する。
【００３９】
図３は、充電制御の説明図である。
図の横軸は１日の時間の経過を示す。縦軸は電流値で、太い実線は宅内機器２２の負荷電流ＩＬの時間変化を示す。負荷電流ＩＬは、例えば、宅内配線１５に接続された全ての宅内機器２２の負荷電流の合計値で、一時間毎の平均値を表示している。最上部の一点鎖線の直線は、契約電力容量ＰＫから求められる最大許容負荷電流ＩＡである。
【００４０】
充電電流計算手段４６（図１）は、負荷電流をＩＬとし、蓄電池２６の充電電流をＩＢとし、最大許容負荷電流をＩＡとしたとき、ＩＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）が負荷電流の予備分ＩＲとなるように制御する。即ち、（ＩＬ＋ＩＢ）が（ＩＡ−ＩＲ）を越えない範囲で蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを計算する。ＩＲは、他の宅内機器２２の使用を妨げないように余裕を持たせるためのもので、例えば、最大許容負荷電流をＩＡの１０％というように設定してもよい。
【００４１】
また、宅内配線１５に接続された全ての宅内機器２２のうち、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる宅内機器２２の負荷電流を求めて、それをＩＲに設定してもよい。これにより、蓄電池の充電中に利用者がどの宅内機器２２を起動しても、ブレーカが作動することはない。以上のように、例えば、毎時間負荷電流ＩＬを測定して、そのつど適正充電電流ＩＢＢを計算し、適切な充電電流に変更する。こうして、図３中の破線のように、時間的に動的に変化する充電電流となる。最大許容負荷電流をＩＡを示す一点鎖線の直下の一点鎖線は、（ＩＬ＋ＩＢ）を示している。これ以下の充電電流を選択すれば、許容値の範囲内で効率良く蓄電池２６を充電することができる。
【実施例２】
【００４２】
図４は別の充電制御の説明図である。
図４のグラフの形式は図３と同様である。この実施例では、宅内機器２２の負荷電流ＩＬが一定値ＩＣ以上（例えば、１０アンペア以上）変化したとき、蓄電池の充電電流ＩＢを変更するように制御する。そのときの電流値の計算方法は図３の例と同様でよい。また、宅内機器２２の負荷電流ＩＬが閾値（例えば、最大許容負荷電流ＩＡの８０％）を越えたときは自動的に充電電流ＩＢを遮断する。
【００４３】
図３や図４を見てわかるように、送配電線路から深夜電力を受電できる時間帯は、比較的大電流での充電が可能である。一方、昼間に自家発電電源装置２４を使用して蓄電池２６を充電する場合にはきめの細かい制御が必要になる。なお、充電する蓄電池の充電完了時刻に指定がなければ、小さい電流で充電をし、例えば、昼間は自家発電電源装置２４から充電して、残りは深夜電力を充電するといった制御が可能である。
【００４４】
この場合には、自家発電電源装置２４を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御する。廉価な夜間電力送電開始時を、充電再開時刻に指定しておくとよい。また、逆に廉価な夜間電力を使用して充電を開始しても、充電が完了しないまま、夜間電力送電時刻を過ぎたときには、充電を中断させる。そして、自家発電電源装置２４が動作する時刻に充電を再開するとよい。
【実施例３】
【００４５】
図５は、ディスプレイに表示された蓄電池モニター画面説明図である。
図のような画面がディスプレイ４０（図１）に表示されれば、利用者は、宅内機器２２の使用状況と蓄電池２６の充電状況とを同時に監視できる。図の帯グラフは、現在使用されている宅内機器２２の消費電力を横幅で表し、色分けをしたものである。これにより、利用者はどの機器がどの程度電力を消費しているかを理解できる。
【００４６】
この状態で、蓄電池２６の現在の充電量が２色に色分けして表示される。この例では約５０％充電が完了していることを示している。蓄電池のアイコンの右側に、現在の充電電流で充電を続けた場合の充電終了時刻が表示されている。他の宅内機器２２による使用電力の合計が少ないほど、充電終了までの時間が短くなるとわかれば、利用者は節電を意識するという効果がある。
【００４７】
また、図１に示したＨＥＭＳ管理サーバ３４が、例えば、エアコンを自動的にオンオフ制御することがある。エアコンは起動時に大電流を必要とするから、一時的に許容値を越える負荷電流が流れるおそれがある。蓄電池２６の充電は自由に遮断しても弊害は無い。そこで、ＨＥＭＳ管理サーバ３４がいずれかの宅内機器２２を自動的にオンするときに、蓄電池充電制御手段４８は、蓄電池２６の充電を一時停止するとよい。この一時停止時間は、例えば、一分程度で構わない。
【００４８】
また、図５に示すような画面を使用して、ＨＥＭＳ管理サーバ３４に、蓄電池２６の充電を完了する希望時刻を設定しておくこともできる。ＨＥＭＳ管理サーバは、充電開始時刻から充電終了時刻までの、他の電力機器の分を含めた負荷電流の合計値が許容値を越えない範囲で最大の充電電流を供給する。逆に十分に余裕があれば、低い充電電流で長時間をかけて充電をするとよい。
【実施例４】
【００４９】
図６は複数の蓄電池がある場合の蓄電池モニター画面説明図である。
例えば、建物内部で自家発電電源装置２４や廉価な夜間電力の充電用とされた蓄電池と、電気自動車用の蓄電池の両方について、同時に充電を要求する場合がある。また、例えば、建物の内部の部屋毎に、別々の蓄電池を設置しているような場合がある。この場合に同時並行して充電をすると、充電電流が大きくなり、他の宅内機器２２の使用を制限してしまう。
【００５０】
そこで、例えば、図２に示した蓄電池特性データ７９に、各蓄電池の充電特性とともに、充電の優先度や、あるいは、充電終了時刻の指定データを入力しておく。蓄電池充電制御手段４８は、図６に示すように、充電の対象となる蓄電池のアイコンを表示する。アイコンの下には、蓄電池を識別する記号（蓄電池０１等）と、各蓄電池２６の充電の開始時刻７６と充電の終了時刻７８とを表示している。アイコンの着色をした部分は充電量の割合を示す。左側二つはフル充電されており、三番目は５０％充電済み、一番右は未充電である。
【００５１】
このように、蓄電池充電制御手段４８は、各蓄電池２６の充電の開始時刻７６と充電の終了時刻７８とをそれぞれ時間的にシフトさせて、宅内機器２２の負荷電流と蓄電池２６の充電電流の合計値を適正範囲に制御する。即ち、充電すべき蓄電池が複数ある場合には、同時に充電をせずに、例えば、優先順に充電のタイミングをシフトさせて、充電電流を平準化することができる。
【００５２】
図７は複数の蓄電池に対する充電制御回路である。
図のように、例えば、４個の蓄電池２６への充電が要求されている場合に、各蓄電池２６をスイッチ８２を介して給電線８０に接続する。給電線８０から充電用の電流が供給されるものとする。この回路で、蓄電池充電制御手段４８がスイッチ８２を交互にオンオフして、各蓄電池２６を充電する。充電の優先度がある場合や、どの蓄電池２６も充電終了時刻の指定がないときは、例えば、左の端から順番に充電をするように制御する。一個蓄電池の充電が終了したら次の一個を充電するというように制御する。
【００５３】
また、全ての蓄電池の充電を、ほぼ同じ時刻に終了させたいことがある。例えば、複数の蓄電池を並列接続して使用する用途があるような場合である。このときは、例えば、各蓄電池に約１０分毎に充電をしては接続を切り替え、短い間隔で交互に充電するよう制御するとよい。そのつど充電電流が異なる場合には、充電電流と充電時間の積が一定になるようにして、交互に充電をするよう制御するとよい。
【００５４】
図８は蓄電池が複数のブレーカに隔てられた回路に接続されている状態での、充電制御回路である。
この図のように、複数の蓄電池が、例えば、別々の部屋に配置されており、それぞれ別々のブレーカ８４を介して宅内配線１５に接続されていることがある。ガレージに駐車された電気自動車の蓄電池もこの回路に接続されている。このような場合には、各ブレーカ８４の動作電流を最大許容負荷電流ＩＡとして制御するとよい。また、この制御とあわせて、図１に示した分電盤１６の場所で、建物内部の全宅内機器２２に供給される負荷電流を測定して、実施例１の制御をするとよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 蓄電池充電制御システム
１４ 送配電線路
１５ 宅内配線
１６ 分電盤
１８ パワーコンディショナ
２０ スマートメータ
２２ 宅内機器
２４ 自家発電電源装置
２６ 蓄電池
２７ 電気自動車
２８ 第１充電回路
３０ 第２充電回路
３２ 放電回路
３３ スイッチ回路
３４ ＨＥＭＳ管理サーバ
３６ 演算処理装置
３８ 記憶装置
４０ ディスプレイ
４２ ＨＥＭＳ制御手段
４４ 負荷電流測定手段
４６ 充電電流計算手段
４８ 蓄電池充電制御手段
５０ ＨＥＭＳ管理データ
５２ 受電電力ＰＴ
５４ 負荷電流ＩＬ
５６ 充電電流ＩＢ
５８ 契約電力容量ＰＫ
６０ 最大許容負荷電流ＩＡ
６２ 負荷電流の予備分ＩＲ
６４ 適正充電電流ＩＢＢ
６６ 発電電力ＰＧ
６８ 最大動作電流ＩＧＡ
７０ 一定値ＩＣ
７２ エネルギ使用基準
７６ 充電の開始時刻
７８ 充電の終了時刻
７９ 蓄電池特性データ
８０ 給電線
８２ スイッチ
８４ ブレーカ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宅内機器の運転を妨げずに蓄電池を充電できる蓄電池充電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置や風力発電装置は、再生可能エネルギによる電源装置として広く実用化されている。また、クリーンなエネルギを利用した燃料電池も、次世代の自家発電電源装置として実用化が図られている。これらの自家発電電源装置により供給される電力は、宅内機器により消費されるとともに、余剰分が蓄電池に蓄積される。さらに、売電のために一部が送配電線側に送り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
自家発電電源装置により発電した電力は、宅内配線に供給されて使用される。また、その一部は売電のため送配電線側へ送り出される。さらに、余剰分の電力で蓄電池を充電して夜間に使用する。一方、自家発電電源装置の発電能力が低い場合には、送配電線から夜間電力を受け入れて蓄電池を充電する。この電力を昼間に使用する。ここで、蓄電池に夜間電力を充電するときには、蓄電池は他の電力機器と同様に、電源に対する負荷として動作する。即ち、電源から蓄電池に向かって負荷電流が流れる。
【０００５】
このように蓄電池を充電しながら暖房機や給湯器を動作させると、契約電力容量を越えてしまう場合がある。特に、蓄電池の特性上、充電開始時には大きな充電電流が流れ、充電終了時には充電電流が減少する。これにより、他の電力機器の使用を妨げ、ブレーカを動作させてしまうおそれもある。充電電流を十分に低く設定しておけば、この問題は無いが、充電時間が長時間になってしまう。
【０００６】
本発明は、他の電力機器の使用を妨げないで、適正に蓄電池を充電することができる蓄電池充電制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
送配電線路からの受電電力を監視して宅内機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、測定された前記負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、前記受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、前記蓄電池を適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の適正充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【０００８】
〈構成２〉
自家発電電源装置の発電電力を監視して宅内電力機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、前記測定した負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、自家発電電源装置の発電電力に対応する最大動作電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、前記蓄電池を前記適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流と前記自家発電電源装置の発電電力が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【０００９】
〈構成３〉
構成１に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記充電電流計算手段は、前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、最大許容負荷電流をＩＡとし、ＩＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１０】
〈構成４〉
構成２に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、前記最大動作電流をＩＧＡとし、ＩＧＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１１】
〈構成５〉
構成１乃至４のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記蓄電池充電制御手段は、前記宅内機器に供給される負荷電流と、前記適正充電電流で充電した場合の蓄電池の充電終了時刻とをディスプレイに表示することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１２】
〈構成６〉
構成１乃至５のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、自家発電電源装置から第１充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１３】
〈構成７〉
構成１乃至６のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、送配電線路から第２充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１４】
〈構成８〉
構成１乃至７のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記宅内機器の使用状態を監視して、予め設定したエネルギ使用基準に従って前記宅内機器を自動的にオンオフしてそのエネルギ使用量を制御するＨＥＭＳ管理サーバが設けられており、ＨＥＭＳ管理サーバがいずれかの宅内機器を自動的にオンするときに、前記蓄電池充電制御手段は、前記蓄電池の充電を一時停止することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【００１５】
〈構成９〉
構成１乃至８のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、前記蓄電池充電制御手段は、充電をするべき蓄電池が複数あるとき、各蓄電池の充電の開始時刻と充電の終了時刻とをそれぞれ時間的にシフトさせて、宅内機器の負荷電流と蓄電池の充電電流の合計値を適正範囲に制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【発明の効果】
【００１６】
〈構成１の効果〉
契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、蓄電池の適正充電電流を計算して、許容値の範囲内で効率良く蓄電池を充電できる。
〈構成２の効果〉
自家発電電源装置の発電電力が変化すると、適正な最大動作電流も変化する。負荷電流の測定値と自家発電電源装置の発電電力を時間的に連続的に測定して、蓄電池の適正充電電流を計算して追従させることができる。
〈構成３の効果〉
蓄電池を充電中に最大の負荷電流が流れる電力機器が起動しても、ブレーカが作動する心配がない。
〈構成４の効果〉
蓄電池を充電中に最大の負荷電流が流れる電力機器が起動しても、ブレーカが作動する心配がない。
〈構成５の効果〉
蓄電池の充電終了を早めたいときは、ディスプレイを見て、宅内機器の一部をオフして、節電をすることができる。
〈構成６の効果〉
宅内機器の影響で、自家発電電源装置による十分な充電ができず、充電を中断することがある。このとき、廉価な夜間電力送電開始時を指定しておくと、その時刻から充電を再開できる。
〈構成７の効果〉
宅内機器の影響で、自家発電電源装置による十分な充電ができず、充電を中断することがある。このとき、廉価な夜間電力送電開始時を指定しておくと、その時刻から充電を再開できる。
〈構成８の効果〉
ホームエネルギマネジメントシステム（HEMS）管理サーバが、例えば、エアコンを自動的にオンオフ制御することがある。エアコンは起動時に大電流を必要とするから、一時的に許容値を越える負荷電流が流れるおそれがある。蓄電池の充電は自由に遮断しても弊害は無い。そこで、こうした宅内機器の起動時に蓄電池の充電を一時停止する。
〈構成９の効果〉
充電すべき蓄電池が複数ある場合には、同時に充電をせずに、充電のタイミングをシフトさせて、充電電流を平準化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の蓄電池充電制御システムを示すブロック図である。
【図２】演算処理に使用するデータの例を示す説明図である。
【図３】充電制御の説明図である。
【図４】図３とは別の充電制御の説明図である。
【図５】ディスプレイに表示された蓄電池モニター画面説明図である。
【図６】複数の蓄電池がある場合の蓄電池モニター画面説明図である。
【図７】複数の蓄電池に対する充電制御回路である。
【図８】蓄電池が複数のブレーカに隔てられた回路に接続されている状態での充電制御回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
一般には、商用電力を利用する場合に、受電電力について契約電力容量が定められている。宅内機器による使用電力はこの契約電力容量を越えないように使用される。通常は、ブレーカの遮断電流を指して、４０アンペア契約とか５０アンペア契約と呼んでいる。ここで、例えば、宅内機器を各種使用中に、電気自動車に使用されているような大容量の蓄電池を急速充電すると、大電流が流れて契約電力容量を越えてしまうおそれがあった。
【００１９】
一方、蓄電池は一般の宅内機器と異なり、充電電流が一時的に変動しても断続をしても、なんの問題もなく充電が可能という特徴がある。本発明ではこの特徴を利用して、蓄電池の充電電流を他の宅内機器の状態に応じて動的に制御する。さらに、このような制御をしながら、安価に充電ができる時間を求めて充電の中断や再開をすることも可能にする。以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は実施例１の蓄電池充電制御システム１０を示すブロック図である。
図のシステム１０は、一般家庭のような建物に設置される。この建物には、送配電線路１４から分電盤１６を介して宅内配線１５に商用電力が供給されている。また、この建物には、自家発電電源装置２４が設けられている。さらに、建物内部で使用する電力を蓄積するための蓄電池２６が設けられている。この図の蓄電池の場所に、電気自動車２７の蓄電池も接続できる。
【００２１】
この蓄電池２６に電力を充電するために、第１充電回路２８と第２充電回路３０とが設けられている。また、この蓄電池２６から宅内配線１５側に電力を供給するために放電回路３２が設けられている。第１充電回路２８と第２充電回路３０と放電回路３２のいずれかに蓄電池２６を選択的に接続をするために、スイッチ回路３３が設けられている。
【００２２】
また、自家発電電源装置２４の余剰電力の売電制御をするために、よく知られたパワーコンディショナ１８が設けられている。さらに、宅内配線１５に流れる負荷電流を測定し、積算電力を電力会社にリモートで読み取らせるために、よく知られたスマートメータ２０が設けられている。まず、以上の部分について、各部の具体的な構成の説明をする。
【００２３】
［自家発電電源装置］
蓄電池２６の充電には、自家発電電源装置２４と、送配電線路１４から供給される電力を使用する。自家発電電源装置２４は、太陽エネルギを電気エネルギに変換して出力する太陽光発電装置の他に、風力エネルギを電気エネルギに変換して出力する風力発電装置や、水素等を燃料として発電する燃料電池が良く知られている。この他に、熱エネルギや水力波力を電気エネルギに変換して出力する電源装置も知られている。これらは全て、本発明のシステムで自家発電電源装置として使用することができる。
【００２４】
［送配電線路と宅内配線］
送配電線路１４は、電力会社から商用電源を供給するための線路である。宅内配線１５は、送配電線路１４と分電盤１６を介して接続される。宅内配線１５は、送配電線路１４と分電盤１６等の受電設備により隔てられた配電設備で、住宅やマンション等に設置された宅内機器２２を駆動するための電力を供給する。分電盤１６は、宅内配電用の分岐回路やブレーカ等を内蔵した機器である。
【００２５】
［蓄電池］
蓄電池２６は充放電により電力を蓄積したり放出したりする機能を持つ２次電池である。蓄電池２６は、自家発電電源装置２４から供給される電力の蓄積に使用される。また、電気自動車等の任意の電池使用機器の蓄電池も、このシステムによる充電の対象である。図のスイッチ回路３３を使用して、複数の蓄電池を同時に第１充電回路２８や第２充電回路３０に接続したり、選択的に接続をしたりして、充電が制御される。
【００２６】
なお、自家発電電源装置２４の出力は、パワーコンディショナ１８を通じて直接宅内配線１５に供給されてもよいし、蓄電池２６にいったん蓄積してから放電回路３２を通じて使用されてもよい。また、蓄電池２６は、送配電線路１２から供給される電力の蓄積にも使用され、割安な夜間電力を蓄積することができる。
【００２７】
［充放電回路］
蓄電池２６の充放電のために以下の回路を備えている。
第１充電回路２８は、自家発電電源装置２４の電力を受け入れて要求されている直流電力を出力し蓄電池２６を充電する回路である。第２充電回路３０は、宅内配線１５の電力を受け入れて要求されている直流電力を出力し、蓄電池２６を充電する回路である。放電回路３２は、蓄電池２６の電力を受け入れて要求されている交流電力を出力し、宅内配線１５に供給する回路である。
【００２８】
第１充電回路２８は、例えば、太陽光発電装置の出力する直流電圧を、蓄電池２６の充電に適当な電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、充電電流を制御する電流制御回路と、充電時間を制御するタイマー等を備える。第２充電回路３０は、例えば、ＡＣ１００ボルトの宅内配線１５に接続して、蓄電池２６の充電に適当な直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータと、充電電流を制御する電流制御回路と、充電時間を制御するタイマー等を備える。放電回路３２は、蓄電池２６に接続して宅内配線１５用の交流電圧を出力するＤＣ−ＡＣコンバータと過電流保護回路等を備える。
【００２９】
［蓄電池の放電制御］
図１に示したシステムは、例えば、ＨＥＭＳ（ホームエネルギマネージメントサービス）管理サーバ３４により制御されるとよい。ＨＥＭＳ管理サーバ３４は、一般住宅等の建物内部のエネルギ供給量とエネルギ消費量とを詳細にモニターして、その結果をディスプレイ４０に表示したり、例えば、エアコンの運転を制御して、適正温度に制御するといった機能を持つ。この実施例では、このＨＥＭＳ管理サーバ３４に、蓄電池２６の充電制御機能を付与する。なお、蓄電池２６の充電制御専用のコンピュータを使用しても、同様の制御が可能である。
【００３０】
図１に示したＨＥＭＳ管理サーバ３４は、既知のコンピュータであって、演算処理装置３６と記憶装置３８とを備える。演算処理結果を表示するためのディスプレイ４０は、例えば、タッチパネルによりデータ入力のためのインタフェースを兼ねることができる。
【００３１】
演算処理装置３６の部分に示した各手段は、コンピュータプログラムによって機能する機能ブロックである。ＨＥＭＳ制御手段４２と負荷電流測定手段４４と充電電流計算手段４６と蓄電池充電制御手段４８とが設けられている。記憶装置３８には、演算処理のために、図２に例示したような、各種のデータが記憶される。これらを総合して、図１では、ＨＥＭＳ管理データ５０と表示した。
【００３２】
負荷電流測定手段４４は、スマートメータ２０を通じて送配電線路１４からの受電電力を監視して、宅内機器２２に供給される負荷電流ＩＬを測定する機能を持つ。充電電流計算手段４６は、測定された負荷電流ＩＬと蓄電池２６の充電電流ＩＢとを加算したとき、受電電力ＰＴに関する契約電力容量ＰＫから求められる最大許容負荷電流ＩＡを越えない範囲で、蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを計算する機能を持つ。
【００３３】
蓄電池充電制御手段４８は、蓄電池２６を適正充電電流ＩＢＢで充電するとともに、測定された負荷電流ＩＬが一定量ＩＣだけ変化するたびに、蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを再計算して、蓄電池２６の充電電流を変更する機能を持つ。実際の充電電流は、計算をして得た適正充電電流ＩＢＢ以下であればよい。また、実際には、負荷電流ＩＬが一定量ＩＣ以上変化したことを検出したときに、蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを再計算すればよく、負荷電流ＩＬの検出タイミングは任意である。
【００３４】
図２は、上記の演算処理に使用するデータの例を示す説明図である。
図のデータ５０〜７８は、図１に示した記憶装置３８に記憶されている。ＨＥＭＳ管理データ５０は、既知のＨＥＭＳ管理のために使用するデータで、この発明には関係しないので説明を省略する。データ５２〜７０はそれぞれアルファベットで示したので、説明中での数字の符号は省略する。
【００３５】
本発明では宅内機器２２の使用を妨げないように、許容量の範囲で蓄電池２６に充電電流ＩＢを供給する。最大許容負荷電流ＩＡは、例えば、５０Ａ契約では５０Ａと設定すればよい。また、後で説明するように、一台のブレーカを通じて電力を供給する部屋毎に、最大許容負荷電流ＩＡを設定して、その部屋で充電される蓄電池の充電電流ＩＢを制御してもよい。従って、最大許容負荷電流ＩＡは契約電力容量ＰＫの制限下で任意に設定される。
【００３６】
また、自家発電電源装置２４を利用して蓄電池２６の充電を行う場合には、自家発電電源装置２４の発電電力ＰＧが問題になる。太陽光発電装置の場合には、最適動作点での動作電流の範囲内で運転をすることが好ましい。この最適動作点での動作電流を最大動作電流ＩＧＡと表現した。最大動作電流ＩＧＡについても、自家発電電源装置２４の特性等を考慮して、任意に設定をしてよい。各データは、それぞれ図２の右側に示した演算式に代入して使用される。
【００３７】
なお、受電設備や電気機器の容量は電力で表示されるものが多いが、商用電源の受電電圧は一定だから、電流値に着目して計算をするとよい。１００ボルト系と２００ボルト系の２系統の宅内配線がある場合には、いずれか一方、例えば、１００ボルト系に換算をして上記の電流値の計算をするとよい。
【００３８】
自家発電電源装置２４が太陽光発電装置の場合は、直流電流が出力されるから、蓄電池２６の充電電流ＩＢは直流電流値で計算をしてよい。蓄電池２６を充電中は、パワーコンディショナ１８内部のＤＣ／ＡＣ変換器を介して、自家発電電源装置２４から宅内機器２２へ電力が供給される。このときの宅内機器２２の負荷電流ＩＬは、ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ入力電流値を使用するとよい。また、電気自動車等、各種の蓄電池を充電する場合には、蓄電池特性データ７９を予め記憶装置３８に記憶させておくとよい。これにより、蓄電池２６の充電電流特性等を考慮した充電制御ができる。各データの具体的な内容は、動作説明のところで説明する。
【００３９】
図３は、充電制御の説明図である。
図の横軸は１日の時間の経過を示す。縦軸は電流値で、太い実線は宅内機器２２の負荷電流ＩＬの時間変化を示す。負荷電流ＩＬは、例えば、宅内配線１５に接続された全ての宅内機器２２の負荷電流の合計値で、一時間毎の平均値を表示している。最上部の一点鎖線の直線は、契約電力容量ＰＫから求められる最大許容負荷電流ＩＡである。
【００４０】
充電電流計算手段４６（図１）は、負荷電流をＩＬとし、蓄電池２６の充電電流をＩＢとし、最大許容負荷電流をＩＡとしたとき、ＩＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）が負荷電流の予備分ＩＲとなるように制御する。即ち、（ＩＬ＋ＩＢ）が（ＩＡ−ＩＲ）を越えない範囲で蓄電池２６の適正充電電流ＩＢＢを計算する。ＩＲは、他の宅内機器２２の使用を妨げないように余裕を持たせるためのもので、例えば、最大許容負荷電流をＩＡの１０％というように設定してもよい。
【００４１】
また、宅内配線１５に接続された全ての宅内機器２２のうち、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる宅内機器２２の負荷電流を求めて、それをＩＲに設定してもよい。これにより、蓄電池の充電中に利用者がどの宅内機器２２を起動しても、ブレーカが作動することはない。以上のように、例えば、毎時間負荷電流ＩＬを測定して、そのつど適正充電電流ＩＢＢを計算し、適切な充電電流に変更する。こうして、図３中の破線のように、時間的に動的に変化する充電電流となる。最大許容負荷電流をＩＡを示す一点鎖線の直下の一点鎖線は、（ＩＬ＋ＩＢ）を示している。これ以下の充電電流を選択すれば、許容値の範囲内で効率良く蓄電池２６を充電することができる。
【実施例２】
【００４２】
図４は別の充電制御の説明図である。
図４のグラフの形式は図３と同様である。この実施例では、宅内機器２２の負荷電流ＩＬが一定値ＩＣ以上（例えば、１０アンペア以上）変化したとき、蓄電池の充電電流ＩＢを変更するように制御する。そのときの電流値の計算方法は図３の例と同様でよい。また、宅内機器２２の負荷電流ＩＬが閾値（例えば、最大許容負荷電流ＩＡの８０％）を越えたときは自動的に充電電流ＩＢを遮断する。
【００４３】
図３や図４を見てわかるように、送配電線路から深夜電力を受電できる時間帯は、比較的大電流での充電が可能である。一方、昼間に自家発電電源装置２４を使用して蓄電池２６を充電する場合にはきめの細かい制御が必要になる。なお、充電する蓄電池の充電完了時刻に指定がなければ、小さい電流で充電をし、例えば、昼間は自家発電電源装置２４から充電して、残りは深夜電力を充電するといった制御が可能である。
【００４４】
この場合には、自家発電電源装置２４を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御する。廉価な夜間電力送電開始時を、充電再開時刻に指定しておくとよい。また、逆に廉価な夜間電力を使用して充電を開始しても、充電が完了しないまま、夜間電力送電時刻を過ぎたときには、充電を中断させる。そして、自家発電電源装置２４が動作する時刻に充電を再開するとよい。
【実施例３】
【００４５】
図５は、ディスプレイに表示された蓄電池モニター画面説明図である。
図のような画面がディスプレイ４０（図１）に表示されれば、利用者は、宅内機器２２の使用状況と蓄電池２６の充電状況とを同時に監視できる。図の帯グラフは、現在使用されている宅内機器２２の消費電力を横幅で表し、色分けをしたものである。これにより、利用者はどの機器がどの程度電力を消費しているかを理解できる。
【００４６】
この状態で、蓄電池２６の現在の充電量が２色に色分けして表示される。この例では約５０％充電が完了していることを示している。蓄電池のアイコンの右側に、現在の充電電流で充電を続けた場合の充電終了時刻が表示されている。他の宅内機器２２による使用電力の合計が少ないほど、充電終了までの時間が短くなるとわかれば、利用者は節電を意識するという効果がある。
【００４７】
また、図１に示したＨＥＭＳ管理サーバ３４が、例えば、エアコンを自動的にオンオフ制御することがある。エアコンは起動時に大電流を必要とするから、一時的に許容値を越える負荷電流が流れるおそれがある。蓄電池２６の充電は自由に遮断しても弊害は無い。そこで、ＨＥＭＳ管理サーバ３４がいずれかの宅内機器２２を自動的にオンするときに、蓄電池充電制御手段４８は、蓄電池２６の充電を一時停止するとよい。この一時停止時間は、例えば、一分程度で構わない。
【００４８】
また、図５に示すような画面を使用して、ＨＥＭＳ管理サーバ３４に、蓄電池２６の充電を完了する希望時刻を設定しておくこともできる。ＨＥＭＳ管理サーバは、充電開始時刻から充電終了時刻までの、他の電力機器の分を含めた負荷電流の合計値が許容値を越えない範囲で最大の充電電流を供給する。逆に十分に余裕があれば、低い充電電流で長時間をかけて充電をするとよい。
【実施例４】
【００４９】
図６は複数の蓄電池がある場合の蓄電池モニター画面説明図である。
例えば、建物内部で自家発電電源装置２４や廉価な夜間電力の充電用とされた蓄電池と、電気自動車用の蓄電池の両方について、同時に充電を要求する場合がある。また、例えば、建物の内部の部屋毎に、別々の蓄電池を設置しているような場合がある。この場合に同時並行して充電をすると、充電電流が大きくなり、他の宅内機器２２の使用を制限してしまう。
【００５０】
そこで、例えば、図２に示した蓄電池特性データ７９に、各蓄電池の充電特性とともに、充電の優先度や、あるいは、充電終了時刻の指定データを入力しておく。蓄電池充電制御手段４８は、図６に示すように、充電の対象となる蓄電池のアイコンを表示する。アイコンの下には、蓄電池を識別する記号（蓄電池０１等）と、各蓄電池２６の充電の開始時刻７６と充電の終了時刻７８とを表示している。アイコンの着色をした部分は充電量の割合を示す。左側二つはフル充電されており、三番目は５０％充電済み、一番右は未充電である。
【００５１】
このように、蓄電池充電制御手段４８は、各蓄電池２６の充電の開始時刻７６と充電の終了時刻７８とをそれぞれ時間的にシフトさせて、宅内機器２２の負荷電流と蓄電池２６の充電電流の合計値を適正範囲に制御する。即ち、充電すべき蓄電池が複数ある場合には、同時に充電をせずに、例えば、優先順に充電のタイミングをシフトさせて、充電電流を平準化することができる。
【００５２】
図７は複数の蓄電池に対する充電制御回路である。
図のように、例えば、４個の蓄電池２６への充電が要求されている場合に、各蓄電池２６をスイッチ８２を介して給電線８０に接続する。給電線８０から充電用の電流が供給されるものとする。この回路で、蓄電池充電制御手段４８がスイッチ８２を交互にオンオフして、各蓄電池２６を充電する。充電の優先度がある場合や、どの蓄電池２６も充電終了時刻の指定がないときは、例えば、左の端から順番に充電をするように制御する。一個蓄電池の充電が終了したら次の一個を充電するというように制御する。
【００５３】
また、全ての蓄電池の充電を、ほぼ同じ時刻に終了させたいことがある。例えば、複数の蓄電池を並列接続して使用する用途があるような場合である。このときは、例えば、各蓄電池に約１０分毎に充電をしては接続を切り替え、短い間隔で交互に充電するよう制御するとよい。そのつど充電電流が異なる場合には、充電電流と充電時間の積が一定になるようにして、交互に充電をするよう制御するとよい。
【００５４】
図８は蓄電池が複数のブレーカに隔てられた回路に接続されている状態での、充電制御回路である。
この図のように、複数の蓄電池が、例えば、別々の部屋に配置されており、それぞれ別々のブレーカ８４を介して宅内配線１５に接続されていることがある。ガレージに駐車された電気自動車の蓄電池もこの回路に接続されている。このような場合には、各ブレーカ８４の動作電流を最大許容負荷電流ＩＡとして制御するとよい。また、この制御とあわせて、図１に示した分電盤１６の場所で、建物内部の全宅内機器２２に供給される負荷電流を測定して、実施例１の制御をするとよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 蓄電池充電制御システム
１４ 送配電線路
１５ 宅内配線
１６ 分電盤
１８ パワーコンディショナ
２０ スマートメータ
２２ 宅内機器
２４ 自家発電電源装置
２６ 蓄電池
２７ 電気自動車
２８ 第１充電回路
３０ 第２充電回路
３２ 放電回路
３３ スイッチ回路
３４ ＨＥＭＳ管理サーバ
３６ 演算処理装置
３８ 記憶装置
４０ ディスプレイ
４２ ＨＥＭＳ制御手段
４４ 負荷電流測定手段
４６ 充電電流計算手段
４８ 蓄電池充電制御手段
５０ ＨＥＭＳ管理データ
５２ 受電電力ＰＴ
５４ 負荷電流ＩＬ
５６ 充電電流ＩＢ
５８ 契約電力容量ＰＫ
６０ 最大許容負荷電流ＩＡ
６２ 負荷電流の予備分ＩＲ
６４ 適正充電電流ＩＢＢ
６６ 発電電力ＰＧ
６８ 最大動作電流ＩＧＡ
７０ 一定値ＩＣ
７２ エネルギ使用基準
７６ 充電の開始時刻
７８ 充電の終了時刻
７９ 蓄電池特性データ
８０ 給電線
８２ スイッチ
８４ ブレーカ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送配電線路からの受電電力を監視して宅内機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、
測定された前記負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、前記受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、
前記蓄電池を適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の適正充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項２】
自家発電電源装置の発電電力を監視して宅内電力機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、
前記測定した負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、自家発電電源装置の発電電力に対応する最大動作電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、
前記蓄電池を前記適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流と前記自家発電電源装置の発電電力が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記充電電流計算手段は、
前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、最大許容負荷電流をＩＡとし、ＩＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、
負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項４】
請求項２に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、前記最大動作電流をＩＧＡとし、ＩＧＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、
負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記蓄電池充電制御手段は、
前記宅内機器に供給される負荷電流と、前記適正充電電流で充電した場合の蓄電池の充電終了時刻とをディスプレイに表示することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
自家発電電源装置から第１充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
送配電線路から第２充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記宅内機器の使用状態を監視して、予め設定したエネルギ使用基準に従って前記宅内機器を自動的にオンオフしてそのエネルギ使用量を制御するＨＥＭＳ管理サーバが設けられており、ＨＥＭＳ管理サーバがいずれかの宅内機器を自動的にオンするときに、前記蓄電池充電制御手段は、前記蓄電池の充電を一時停止することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記蓄電池充電制御手段は、
充電をするべき蓄電池が複数あるとき、各蓄電池の充電の開始時刻と充電の終了時刻とををそれぞれ時間的にシフトさせて、宅内機器の負荷電流と蓄電池の充電電流の合計値を適正範囲に制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項１】
送配電線路からの受電電力を監視して宅内機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、
測定された前記負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、前記受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、
前記蓄電池を適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の適正充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項２】
自家発電電源装置の発電電力を監視して宅内電力機器に供給される負荷電流を測定する負荷電流測定手段と、
前記測定した負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、自家発電電源装置の発電電力に対応する最大動作電流を越えない範囲で、前記蓄電池の適正充電電流を計算する充電電流計算手段と、
前記蓄電池を前記適正充電電流で充電するとともに、測定された前記負荷電流と前記自家発電電源装置の発電電力が一定量以上変化するたびに、前記蓄電池の充電電流を再計算して、前記蓄電池の充電電流を変更する蓄電池充電制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記充電電流計算手段は、
前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、最大許容負荷電流をＩＡとし、ＩＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、
負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項４】
請求項２に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記負荷電流をＩＬとし、前記蓄電池の充電電流をＩＢとし、前記最大動作電流をＩＧＡとし、ＩＧＡ−（ＩＬ＋ＩＢ）を負荷電流の予備分ＩＲとしたとき、
負荷電流の予備分ＩＲを、単体で起動したときに最大の負荷電流が流れる電力機器の負荷電流以上になるように、前記蓄電池の充電電流を設定することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記蓄電池充電制御手段は、
前記宅内機器に供給される負荷電流と、前記適正充電電流で充電した場合の蓄電池の充電終了時刻とをディスプレイに表示することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
自家発電電源装置から第１充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
送配電線路から第２充電回路を使用して蓄電池の充電を開始して、充電が中断したときには、指定された時刻まで待って充電を再開するように制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記宅内機器の使用状態を監視して、予め設定したエネルギ使用基準に従って前記宅内機器を自動的にオンオフしてそのエネルギ使用量を制御するＨＥＭＳ管理サーバが設けられており、ＨＥＭＳ管理サーバがいずれかの宅内機器を自動的にオンするときに、前記蓄電池充電制御手段は、前記蓄電池の充電を一時停止することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
前記蓄電池充電制御手段は、
充電をするべき蓄電池が複数あるとき、各蓄電池の充電の開始時刻と充電の終了時刻とををそれぞれ時間的にシフトさせて、宅内機器の負荷電流と蓄電池の充電電流の合計値を適正範囲に制御することを特徴とする蓄電池充電制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９１７７３（Ｐ２０１２−１９１７７３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３８５０（Ｐ２０１１−５３８５０）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００１８３４２８）住友林業株式会社 (540)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００１８３４２８）住友林業株式会社 (540)
【Ｆターム（参考）】
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