電力貯蔵・給電装置と方法
【課題】電気料金を削減可能な電力貯蔵・給電装置と方法を提供する。
【解決手段】負荷を、定常的に動作する第１の負荷６１と、オンデマンドに動作する第２の負荷６３に分類する。負荷制御装置８０は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）を算出する。残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が十分な場合は第１の負荷６１と第２の負荷６３に蓄電池１０から給電させ、残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が十分でない場合は、第１の負荷６１にのみ給電させる。
【解決手段】負荷を、定常的に動作する第１の負荷６１と、オンデマンドに動作する第２の負荷６３に分類する。負荷制御装置８０は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）を算出する。残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が十分な場合は第１の負荷６１と第２の負荷６３に蓄電池１０から給電させ、残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が十分でない場合は、第１の負荷６１にのみ給電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源から負荷に給電可能であるとともに、蓄電池（バッテリ）に充電された電力を負荷に給電可能な電力貯蔵・給電装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源が停電した時の緊急電源として、蓄電池（バッテリ）を設けることが以前から実施されている。
【０００３】
そのような蓄電池の有効利用を図るため、電力料金が割安な夜間に蓄電池に蓄電しておき、電力料金が高い昼間に蓄電池に蓄電した電力を負荷に供給する電力貯蔵・給電方法が望まれている。
そのような要望は、これまでのように大規模な電力設備に限らず、電力消費が比較的小規模な一般家庭においても発生している。たとえば、家庭などの小規模の設備においても、電力料金が割安な夜間に蓄電池に蓄電しておき、電力料金が高い昼間に蓄電池に蓄電した電力を負荷に供給する電力貯蔵・給電方法が望まれている。
そのような電力貯蔵・給電装置において、効率の向上対策が講じられている。
【０００４】
特許文献１（特開平２００１−８３８５号公報）は、夜間電力を無駄なく利用するため、複数の負荷パターンを選択する技術を開示している。
【０００５】
特許文献２（特開平２００１−１０３６７８号公報）は、インバータの稼働率の向上を目的に、負荷ごとに電流センサを設けて演算ユニットで負荷の電力消費を算出し、さらに演算ユニットで消費電力の合計値を算出し、さらに負荷ごとに負荷を切り換える切換装置を設け、演算ユニットによって算出した消費電力の合計値に基づいて負荷を切り換える技術を開示している。
【０００６】
特許文献３（特許第０３６２１８５３号）は、クッキングヒータ、ルームエアコン（空調機）などを蓄電装置に接続し、消費電力が最大となる負荷に優先的に給電することにより、ピークカットを目的とした技術を開示している。
【０００７】
【特許文献１】特開平２００１−８３８５号公報
【特許文献２】特開平２００１−１０３６７８号公報
【特許文献３】特許第０３６２１８５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された技術は、給電の対象となる、たとえば、家庭の負荷パターンが千差万別であるため、たとえば、家庭用の電力貯蔵・給電装置などについては、負荷パターンに対応できず、蓄電池の蓄電電力を有効に活用できないという不具合がある。
【０００９】
特許文献２に開示された技術は、負荷ごとに電流センサと切換装置とを設けるので、蓄電システムの構成が複雑になり、設備価格が高くなるという不具合がある。設備価格が高騰することは、家庭などの比較的小規模の負荷を有する設備については好ましくない。
さらに、負荷を頻繁に切り換えるので、切換時に瞬間的に負荷に電力が供給されない場合が発生する可能性がある。特に、負荷にコンピュータなどの電子機器などが内蔵されている場合は電源が瞬間的に断となることは好ましくない。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術について、負荷が頻繁に切り換えると、負荷の接続状態の把握が難しく、メンテナンス上、好ましくない。
さらに、特許文献２に開示された技術では、インバータの容量だけを考慮し、蓄電池の容量を監視していないため、蓄電容量を有効に利用できない。
【００１１】
特許文献３に開示された技術は、インバータなどの電源設備が大型化し、さらに、負荷ごとに切換装置が必要なため設備が複雑になる。その結果、設備の価格が高くなるという不具合がある。
【００１２】
このように、従来の技術は、設備の構成の複雑さ、設備の価格の高額さ、蓄電池に蓄電した電力の有効利用などの観点において改善すべき課題が多々存在する。
以上、主として家庭用の電力貯蔵・給電装置について述べたが、家庭用電力貯蔵・給電装置に限らず、さらに大きな施設などにおいても、改善すべき種々の課題に遭遇している。
【００１３】
本発明は、設備の大型化、価格の高騰がなく、複雑な構成をとらず、電気料金が割安な夜間電力を蓄電池に蓄電し、蓄電した電力を有効に利用し、電気料金を削減可能な電力貯蔵・給電装置と方法を提供することを目的とする。
また本発明は、消費電力のうち、待機電力を蓄電した電力で賄い電気料金を削減することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図１は、旧通産省、工業技術院機械研究所、ニュース１９９９、第１２号に記載された、家庭の待機電力に関する調査結果を示す。この調査結果によれば、家庭ごとに、冷蔵庫のようにほぼ常時電力を消費する負荷への給電量と、日々のうち所定時間帯に必要となる待機電力と、その他の電力とに大別されることが判る。
もちろん、この電力分布は家庭ごと異なる他、各家庭でも季節によって分布が異なる。たとえば、夏はルームエアコン（空調機）を使用する場合が多くなるので電力分布は変化する。
【００１５】
さらに同じ時期（季節）でも時間帯によって電力消費が異なることが知られている。
たとえば、一般家庭では、図２に例示したように、通常、起床とともに電力消費が増加し、出勤・通学するまで電力消費がピーク状態が継続する。その後、昼間、電力消費は低下するが、帰宅時間から就寝時間まで再び電力消費がピークとなる。さらに夜間は電力消費は低下する。このようなサイクルが日々連続する。
【００１６】
図１、図２に例示したデータから推察できることは、（１）たとえば、冷蔵庫のように、電力消費は大きくはないが、ほぼ常時、電力を消費する定常的な負荷と、（２）たとえば、照明器具、ＴＶ受像機、電子レンジ、クッキングヒータ、などの使用時間帯または使用状況に応じて変化するオンデマンド負荷と、（３）たとえば、冷暖房用空調機のように、冬と夏のように季節に応じて、かつ、時間帯に応じて使用するなどの負荷とに大別されることが判る。
【００１７】
このような負荷の電力消費について、まず、電力料金の面で考察する。
定常的な負荷のうち、蓄電池の蓄電容量で賄える程度の比較的な電力消費の少ない負荷について、夜間電力を蓄電池に蓄電した電力を利用すれば、電気料金は安くなる。もちろん、蓄電池が大型になり初期コストが嵩むことは回避したいので、蓄電池の許容蓄電量の範囲でのことである。
オンデマンド負荷については、そのような蓄電池に余剰電力があるときはその余剰電力を給電すれば、電気料金は安くなる。蓄電池に余剰電力がない場合は、商用電源による給電も止むを得ない。
他方、空調機などのように電流容量かつ消費電力が大きな負荷についてまで、蓄電池から給電を行うことは事実上、困難であるから、商用電源を使用する。
【００１８】
次いで、設備の面から考察する。
１日の最大電力消費（ピーク電力消費）を想定して、設備、たとえば、蓄電池、蓄電池に充電するためのインバータ（電力変換器）と蓄電池の蓄電を商用周波数の交流に変換するコンバータ（電力逆変換器）、給電系統、たとえば、給電線の太さ、切換スイッチの遮断容量などを設計すると、これらの装置規模が大きくなり、装置の価格が高騰する。また、１日のうち、電力がピークとなる時価帯は限られており、利用する能力が限られているから、利用効率が低い。たとえば、ピーク電力に合わせて蓄電池を準備すると仮定したら、非常に大きな蓄電池が必要となり、現実的ではない。
他方、少なくとも、たとえば、冷蔵庫などの定常的ではあるが比較的電力消費が少ない負荷についてのみ、あるいは、可能ならば上述したオンデマンド負荷の全部または一部に、給電可能な蓄電池、インバータ／コンバータなどを考慮すると、これらの設備は小規模ですむ。
【００１９】
以上を総合すると、負荷を、好ましくは、たとえば、図３に図解したように、（１）たとえば、冷蔵庫のような定常的な負荷で蓄電池の蓄電容量を賄える程度の負荷（これを本発明において第１の負荷と呼ぶ）と、（２）オンデマンド負荷のうち蓄電池の余剰電力で賄える可能性が高い負荷（これを本発明において第２の負荷と呼ぶ）と、（３）蓄電池の蓄電電力を用いることは困難または現実的ではない、上記以外の一般的な負荷（これを本発明において一般負荷と呼ぶ）に分類して、これらの給電系統を分離する。
第２の負荷については、上述したように、蓄電池の余剰電力で給電可能なときは蓄電池から給電を行い、蓄電池からの給電が困難な場合は商用電源から給電を行う。
一般負荷については、商用電源からのみ給電を行う。
【００２０】
本発明は上述した技術思想に基づき、第１の負荷と第２の負荷に下記のごとく給電を行うことを特徴とする。
本発明の電力貯蔵・給電装置は、
蓄電池と、商用電源を前記蓄電池に充電可能な直流電力に変換し、また、前記蓄電池に充電された電力を商用電源と実質的に同じ交流電力に逆変換可能な双方向電力変換ユニットと、前記蓄電池への充電電流および放電電流を検出する電流センサと、前記双方向電力変換ユニットの出力電力を前記第１の負荷に導く第１負荷給電線と、前記第２の負荷に接続された第２負荷給電線と、第１入力端子が前記商用電源に接続され、第２入力端子が前記第１負荷給電線に接続され、出力端子が前記第２負荷給電線に接続された、給電系統切換スイッチと、負荷制御装置とを有し、
前記負荷制御装置は、
前記第１の負荷の予測電力量および電力余裕分を記憶しており、
前記電流センサで検出した充電電流および放電電流に基づいて、前記蓄電池への充電電力量および放電電力量を算出し、前記蓄電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように、前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２の負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以上のとき前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する。
【００２１】
また、第１の負荷と第２の負荷とに給電する本発明の電力貯蔵・給電方法は、
蓄電池への蓄電電力量を算出し、かつ、前記蓄電池からの放電電力量を算出し、前記蓄電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と予め設定した電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように、給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように、前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２負荷の電力量の積算値との和以上のとき前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２負荷の電力量の積算値との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、設備の大型化かつ価格の高騰がなく、複雑な構成をとらず、電気料金が割安な夜間電力を蓄電池に蓄電し、蓄電した電力を有効に利用し、電気料金を削減可能となる。
また本発明によれば、消費電力のうち、少なく待機電力を蓄電した電力で賄い電気料金を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１実施の形態
本発明の電力貯蔵・給電装置の好適な第１実施の形態を図４を参照して述べる。
電力貯蔵・給電装置１は、蓄電池１０と、双方向電力変換ユニット２０と、充電／非充電・切換スイッチ４１と、給電系統切換スイッチ４３と、充電用タイマ５０と、第１電流センサ７１と、第２電流センサ７３と、負荷制御装置８０とを有する。
【００２４】
負荷の分類
電力貯蔵・給電装置１によって、給電される負荷部６０は、第１の負荷６１と、第２の負荷６３と、一般負荷６５に分類されている。
第１の負荷６１は、たとえば、家庭において冷蔵庫のように、ほぼ常時運転しており、常時給電が必要であるが、その電力消費は比較的少なく、大型の蓄電池１０でなくても十分給電可能な程度の負荷が該当する。第１の負荷６１としては、冷蔵庫の他、複数の負荷を含めることができる。
第２の負荷６３は、常時動作はしないが、日々、所定の時間帯に動作する負荷（オンデマンド負荷）のうち、蓄電池１０の余剰電力で動作可能な電力容量の１または複数の負荷である。蓄電池１０の余剰電力とは第１の負荷６１に供給した後の余剰電力をいう。
一般負荷６５は、たとえば、空調機のように、季節に応じて使用し、使用したときは比較的長時間運転し、かつ、使用電力量が大きく、電力蓄電池１０に蓄電した電力では、所望の時間、継続して給電できないような電力消費の大きな負荷をいう。そのような一般負荷６５としては、空調機の他、たとえば、日々用いる可能性のあるクッキングヒータのようなヒータを用いた機器、電子レンジなどが該当する。
【００２５】
以上述べたように、本発明の電力貯蔵・給電装置の実施に際しては、事前に、たとえば、各家庭ごとに、季節毎に、そして、日々の各種負荷の電力消費状況を測定し、あるいは、予測し、蓄電池１０の容量に合わせて、第１の負荷６１と第２の負荷６３と一般負荷６５の分類を行う。
換言すれば、蓄電池１０はまず、第１の負荷６１に給電可能な電力容量を持つ仕様のものを選択する。好ましくは、蓄電池１０の容量は、第１の負荷６１に給電する電力容量の他に、第２の負荷６３にも給電可能な電力容量を持つ仕様のものを選択する。
【００２６】
給電（配電）系統
このような負荷の分類に伴い、電力貯蔵・給電装置１は給電系統を下記のごとく設計している。
電力貯蔵・給電装置１は、商用電力源３０から主給電線９１を経由して供給される商用電力を分岐する配電ユニット（分電盤）９０を有し、この配電ユニット９０において給電系統を下記のごとく分離する。
一般負荷６５には配電ユニット９０から一般負荷給電線９３を介して直接、商用電力が供給される。なお、一般負荷６５は、商用電力源３０から主給電線９１、一般負荷給電線９３を介して常時、商用電源が供給されるので、下記に述べる負荷制御装置８０の制御の対象外である。
第１の負荷６１には、双方向電力変換ユニット２０において蓄電池１０の直流電圧を変換した商用電力が、蓄電池貯蔵電力給電線９７を介して供給される。
第２の負荷６３には、第１給電系統切換スイッチ４３の選択スイッチが接点Ａに選択されたときは第２負荷・第１給電線９４ａおよび第２負荷・第２給電線９４ｂを経由して商用電力源３０からの商用電力が供給され、選択スイッチが接点Ｂに選択されたときは第１の負荷６１と同様に、双方向電力変換ユニット２０において蓄電池１０の直流電圧を変換した商用電力が第２負荷・第２給電線９４ｂを介して供給される。
【００２７】
負荷制御装置８０は、演算手段８１と、記憶手段８３と、制御手段８５とを有する。
負荷制御装置８０は、好ましくは、コンピュータで構成される。
【００２８】
双方向電力変換ユニット２０は、インバータ（電力変換器）とコンバータ（電力逆変換器）とを有している。充電期間、たとえば、夜１１時から翌朝の午前７時までの電力料金が安い（深夜料金）の充電期間、充電用タイマ５０によって充電／非充電・切換スイッチ４１が閉成されて（オン状態で）蓄電池１０に充電するときはインバータが商用電力源３０からの商用周波数の交流電圧を直流電圧に変換する。他方、蓄電池１０から、たとえば、第１の負荷６１に給電するときは、コンバータが蓄電池１０の直流電圧を商用周波数の交流電圧に変換する。
本実施の形態においては、インバータとコンバータとを一括して双方向電力変換ユニット２０として例示したが、インバータとコンバータとは一体的になっていても、分離されていてもよい。
【００２９】
電力貯蔵・給電装置の概略動作
１．充電
充電用タイマ５０は、充電期間、たとえば、夜１１時から翌朝の午前７時までの電力料金が安い（深夜料金）の充電期間、充電／非充電・切換スイッチ４１を閉成する（オン状態にする）。これにより、商用電力源３０、充電／非充電・切換スイッチ４１、双方向電力変換ユニット２０内のインバータ、電流センサ７１、蓄電池１０の経路が形成されて、インバータが商用電力源３０からの商用周波数の交流電圧を直流電圧に変換することにより、蓄電池１０に充電が行われる。
このとき、第１電流センサ７１は充電電流を検出する。
負荷制御装置８０の演算手段８１は、第１電流センサ７１で検出した充電電流Ｉｃから、たとえば、電流積算方法で、蓄電池１０への充電電力Ｑｃを演算し、記憶手段８３に記憶する。
【００３０】
なお、充電用タイマ５０を削除し、負荷制御装置８０内の、たとえば、演算手段８１で充電時間を管理し、充電期間、たとえば、制御手段８５が充電／非充電・切換スイッチ４１を付勢（オン）または消勢（オフ）することにより、蓄電池１０への充電を制御することもできる。
【００３１】
２．放電
第１の負荷６１への給電は、蓄電池１０、第１電流センサ７１、双方向電力変換ユニット２０内のコンバータ、蓄電池貯蔵電力給電線９７の経路によって行われる。
コンバータは蓄電池１０の直流電圧を商用電力源３０と同じ商用周波数の交流電圧に変換し、変換された商用周波数の交流電圧が主給電線９１に印加される。
このとき、第１電流センサ７１が蓄電池１０から第１の負荷６１に流れる放電電流Ｉｄを検出する。
負荷制御装置８０の演算手段８１が第１電流センサ７１で検出した放電電流Ｉｄから、たとえば、電流積算方法で、蓄電池１０からの放電電力Ｑｄを演算して記憶手段８３に記憶する。
なお、第１電流センサ７１の検出電流値が、正のとき充電電流Ｉｃであり、負のとき放電電流Ｉｄを意味する。
【００３２】
演算手段８１は、記憶手段８３に記憶された、蓄電池１０への充電電力Ｑｃから蓄電池１０からの放電電力Ｑｄを減じることにより、蓄電池１０の現在の蓄電容量を求める。
【００３３】
第１給電系統切換スイッチ４３は、負荷制御装置８０の制御手段８５２からの第１スイッチング信号ＳＷ１に応じて、接点Ａまたは接点Ｂに選択される接点（コンタクト）を有している。第１給電系統切換スイッチ４３が接点Ａに選択された場合は、第２の負荷６３には商用電力源３０から給電が行われ、接点Ｂに選択された場合は蓄電池１０、双方向電力変換ユニット２０のコンバータの経路で給電される。
【００３４】
負荷制御装置の動作
図５を参照して、負荷制御装置８０の動作を述べる。
図５は負荷制御装置８０の動作を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップ１、蓄電池１０の現在の蓄電容量Ｑ（ｎ）の更新
演算手段８１は、充電時間が終了した時の、蓄電池１０の現在ｎの蓄電容量Ｑ（ｎ）を演算して、記憶手段８３に記憶する。
演算手段８１は、上述したように、電力貯蔵・給電装置が動作している間、充電期間の間、第１電流センサ７１で検出した充電電流Ｉｃから算出した蓄電池１０への充電電力Ｑｃを積算していく。
演算手段８１は、蓄電池１０への充電電力Ｑｃから、たとえば、前日の放電電力Ｑｄを減じることにより、充電期間終了直後の、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）を算出して、記憶手段８３に記憶する。もちろん蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）は蓄電池１０の満充電容量以内である。
【００３６】
ステップ２、第１負荷の電力量Ｑ１の予測
演算手段８１は、充電期間が終了した直後、本日の蓄電池１０の放電期間内に、第１の負荷６１で消費する電力量Ｑ１を予測する。
演算手段８１は、図６に例示したように、毎日の放電期間内の実際の第１の負荷の電力量Ｑ１を測定して、記憶手段８３に記憶しておく。演算手段８１は、記憶手段８３に記憶された複数の日々の放電期間内の実際の第１負荷の電力量Ｑ１を平均して、本日の第１負荷の電力量Ｑ１を予測することができる。あるいは、演算手段８１は前日の放電期間内の実際の第１の負荷の電力量Ｑ１を本日の第１の負荷の電力量Ｑ１と予想することもできる。
または、事前に、季節ごとの第１の負荷の電力量Ｑ１の概略値を記憶手段８３に記憶させておくことにより、その第１負荷の電力量Ｑ１を本日の予測第１の負荷の電力量Ｑ１として用いることもできる。
【００３７】
ステップ３：余剰電力の比較
演算手段８１は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、第１の負荷の電力量Ｑ１と電力余裕分Ｑαより大きいか否かをチェックする。
電力余裕分Ｑαとは、第２の負荷６３の１日の合計電力量Ｑ２よりは小さい電力で、蓄電池１０から第１の負荷６１の他、どれだけ、第２の負荷６３に給電可能かを示す余裕（余剰）電力をいう。
電力余裕分Ｑαとしては、たとえば、第２の負荷の電力量Ｑ２の２０％以上で第２の負荷の電力量Ｑ２までの値をいう。あるいは、電力余裕分Ｑαを第１の負荷の電力量Ｑ１の、たとえば、２０％とすることもできる。電力余裕分Ｑαを、たとえば、第２の負荷の電力量Ｑ２の２０％、または、第１の負荷の電力量Ｑ１の２０％としたのは、第２の負荷６３に給電することにより、蓄電池１０の蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が不足して、第１の負荷６１自体に給電できなくなることを防止するための余裕値である。
換言すれば、蓄電池１０から第２の負荷６３に給電を行う場合、ある程度の蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）の余裕をとって行う。
【００３８】
ステップ４：第１の負荷のみ給電
演算手段８１が、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、１日の予測第１の負荷の電力量Ｑ１と電力余裕分Ｑαとの和の電力より少ないと判定したときは、制御手段８５は、第１給電系統切換スイッチ４３の接点（コンタクト）を接点Ａに選択するように、第１スイッチング信号ＳＷ１を出力する。
これにより、蓄電池１０からの給電は第１の負荷６１にのみ行われ、第２の負荷６３には商用電力源３０から給電が行われる。
【００３９】
ステップ５：第１の負荷および第２の負荷への給電
演算手段８１が、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、１日の予測第１の負荷の電力量Ｑ１と電力余裕分Ｑαとの和の電力より多いと判定したときは、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が第１の負荷６１に給電する他、第２の負荷６３に給電する余裕（余剰）電力があるから、制御手段８５は、第１給電系統切換スイッチ４３を接点Ｂを選択するように第１スイッチング信号ＳＷ１を出力する。
これにより、蓄電池１０からの給電は第１の負荷６１と第２の負荷６３に行われる。
【００４０】
ステップ６：第２負荷の電力量Ｑ２の測定
演算手段８１は、第１電流センサ７１で検出した放電電流Ｉｄを連続的に入力して、放電電流Ｉｄを積算して、第２の負荷の電力量Ｑ２を算出する。
図１に図解した電力貯蔵・給電装置１においては、放電電流Ｉｄは、第１の負荷６１および第２の負荷６３における電力消費を示す蓄電池１０からの放電電流であり、第２の負荷６３のみの第２負荷の電力量Ｑ２は直接求めることができない。
ただし、第１の負荷の電力量Ｑ１は予測して判っているから、演算手段８１が放電電流Ｉｄを積算して求めた蓄電池１０の放電電力量から予測第１の負荷の電力量Ｑ１を減じれば、第２の負荷の電力量Ｑ２を推定できる。
そして、演算手段８１は、上述のごとく求めた第２の負荷の電力量Ｑ２を積算して記憶手段８３に記憶する。
【００４１】
ステップ７：蓄電池の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）のチェック
演算手段８１は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、第１の負荷の電力量Ｑ１と積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和より大きいか否かをチェックする。
蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、第１の負荷の電力量Ｑ１と、積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和より大きいか否かをチェックする。
蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、（第１の負荷の電力量Ｑ１と積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和）より大きい場合は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が第２の負荷６３に給電できる余裕があるから、制御手段８５は第１給電系統切換スイッチ４３のコンタクトが接点Ｂを選択している状態を継続する。
この期間、演算手段８１によって、第２の負荷の電力量Ｑ２の積算は継続して行われる。
【００４２】
ステップ８：第１の負荷６１のみ給電
演算手段８１は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、（第１の負荷の電力量Ｑ１と積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和）より小さくなったときは、これ以上、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）は第２の負荷６３に給電する余裕がないと判断する。そこで、制御手段８５は、第１給電系統切換スイッチ４３のコンタクトが接点Ｂを選択し、蓄電池１０から第１の負荷６１にのみ給電されるように、第１スイッチング信号ＳＷ１を出力する。
【００４３】
ステップ９、１０：放電終了チェック
演算手段８１は、充電時間帯に到達したか否かをチェックする。
充電時間帯に到達したら、蓄電池１０からの放電のみは終了する。
なお、万が一、放電終了以前に残存蓄電容量がゼロに近くなった場合には、演算手段８１または制御手段８５によって、強制的に充電／非充電・切替スイッチ４１をＯＮにして、充電を開始する。これにより、第１負荷６１への給電が確実に行われる。
【００４４】
ステップ１１、蓄電池の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）の更新
充電時間帯になると、充電用タイマ５０によって、あるいは、演算手段８１によって、充電／非充電・切換スイッチ４１が閉成される。これにより、商用電力源３０、充電／非充電・切換スイッチ４１、インバータ、第１電流センサ７１、蓄電池１０の経路で、蓄電池１０への充電が行われる。
演算手段８１は、第１電流センサ７１で検出した充電電流Ｉｃを連続的に入力して、充電電流Ｉｃを積算することにより、蓄電池１０の蓄電容量を算出する。
【００４５】
上述した動作を、図７および図８を参照して述べる。
図７は、第１の負荷６１にほぼ一定の電力量が供給される状態を示している。他方、第２の負荷６３には第１回のデマンド動作時には蓄電池１０から給電され、第２回目のデマント動作のときには、途中まで蓄電池１０から給電されたことを示す。これ以降は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が第２の負荷６３にまで給電する余裕がないので、蓄電池１０からの第２の負荷６３への給電は停止され、商用電力源３０から給電される。
【００４６】
図８は、第１の負荷６１と第２の負荷６３との、蓄電池１０の蓄電電力容量の消費状態を示す。第１の負荷の電力量Ｑ１は時間の経過に応じてほぼ比例して増加していく。第２の負荷の電力量Ｑ２は、蓄電池１０から給電されたとき消費される。
第１の負荷の電力量Ｑ１と積算された第２の負荷の電力量Ｑ２の合計が、電力余裕分Ｑαを考慮した、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）を越えない範囲で蓄電池１０から消費される。
【００４７】
このように、充電時間帯（充電期間）に、蓄電池１０に蓄電した電力を、第１の負荷６１と、可能な限り第２の負荷６３に供給する。
充電時間帯の電力料金は低額であるから、これら第１の負荷６１、第２の負荷６３で消費された電力の価格は低い。
【００４８】
本発明の第１実施の形態の電力貯蔵・給電装置は、負荷部６０を、第１の負荷６１と、第２の負荷６３と、一般負荷６５に分類し、一般負荷給電線９３、第２負荷給電線９４（第２負荷・第１給電線９４ａ、第２負荷・第２給電線９４ｂ）と、蓄電池貯蔵電力給電線９７とで配電系統を準備し、負荷制御装置８０を設けて上記の制御処理を行うことにより、負荷部６０で消費する電力の料金を低額することができた。
電力貯蔵・給電装置１の構成としても、負荷制御装置８０、第１電流センサ７１、第２電流センサ７３、第１給電系統切換スイッチ４３を設けるだけなので、比較的低額である。
さらに、蓄電池１０は、最低、第１の負荷６１の給電能力があればよく、蓄電池１０に余剰電力が存在するときのみ，第２の負荷６３に給電するので、蓄電池１０の設備を大きくする必要はない。よって、双方向電力変換ユニット２０も大容量にする必要もない。もちろん、配電ユニット（分電盤）９０からの上記配線の電流容量も大きくする必要はない。
【００４９】
第１実施の形態の第１の変形態様
上述した実施の形態は、第１電流センサ７１によって、蓄電池１０から第１の負荷６１と第２の負荷６３へ給電される放電電流Ｉｄを測定した場合について述べた。この場合、たとえば、ステップ６における第２の負荷の電力量Ｑ２は直接検出できなかった。
これを改善して、正確な第２の負荷の電力量Ｑ２を算出するためには、図９に図解したように、第１給電系統切換スイッチ４３の接点Ｂと蓄電池貯蔵電力給電線９７のノードＮ４との間に、第３電流センサ７５を設け、蓄電池１０から第２の負荷６３に流れる放電電流を検出し、演算手段８１においてその放電電流を積算して、蓄電池１０から第２の負荷６３に供給される第２負荷の電力量Ｑ２を算出することもできる。
【００５０】
第１実施の形態の第２の変形態様
もちろん、図１０に図解したように、第２電流センサ７３をノードＮ４と第１の負荷６１との間に接続し、第３電流センサ７５を第１給電系統切換スイッチ４３の接点Ａと粗６３との間に接続して、演算手段８１において、第２電流センサ７３による電流を積算すれば、第１の負荷の電力量Ｑ１を算出することができ、第３電流センサ７５による電流を積算すれば、第２の負荷の電力量Ｑ２を算出することができる。
電流センサを２個用いる場合、第１の負荷の電力量Ｑ１と第２の負荷の電力量Ｑ２とを分離して独立に正確に算出できるから、図１０に図解した構成が望ましい。
【００５１】
第２実施の形態
図１１を参照して本発明の電力貯蔵・給電装置の第２実施の形態を述べる。
上述した第１およびド第２実施の形態においては、蓄電池１０が第１の負荷６１に十分給電可能な状態を想定した例を述べた。
しかしながら、電力貯蔵・給電装置１の初期状態においては、蓄電池１０は十分な蓄電がなく、第１の負荷６１への給電も出来ない。
このように初期状態において、第１の負荷６１を動作させるには、図１１に図解したように、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１において、さらに第２給電系統切換スイッチ４５を設けて、商用電力源３０から直接、第１の負荷６１に給電可能とする。
なお、第２給電系統切換スイッチ４５を設けることにより、上述した初期状態の他に、蓄電池１０の保守などのときも、第１の負荷６１が動作可能となる。
なお、この場合、第２給電系統切換スイッチ４５と連動するスイッチ４６を設けることが望ましい。これにより、蓄電電力が系統へ逆流するのを防止できる。
さらにこれらのスイッチ４５、４６を、たとえば制御手段７５によって、充電／非充電・切換スイッチ４１と連動制御させ、充電時間帯に第２給電系統切換スイッチ４５をオン、スイッチ４６をオフすることで、コンバータやインバータを介さず効率良く電力供給が可能となる。
第２給電系統切換スイッチ４５を付加する第３実施の形態は、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１の他、図９、図１０などに図解した電力貯蔵・給電装置１についても適用できる。
【００５２】
第３実施の形態
蓄電池１０への充電は、たとえば、夜間のみ、商用電力源３０からの電力が行われるだけでなく、太陽光によって発電される太陽電池から充電される場合も可能である。
図１２はこのような電力貯蔵・給電装置１Ａを図解する。
電力貯蔵・給電装置１Ａは、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１に、太陽電池ユニット１１０と、ＤＣ・ＤＣコンバータ１２０と、第３給電系統切換スイッチ１３０と、第４電流センサ１４０とが追加されている。
ＤＣ・ＤＣコンバータ１２０は、太陽電池ユニット１１０で発電された直流電力を、蓄電池１０の電圧レベルに変換する。第３給電系統切換スイッチ１３０はＤＣ・ＤＣコンバータ１２０の出力を蓄電池１０に接続する。これにより、蓄電池１０は太陽電池ユニット１１０で発電された電力によっても充電される。
第４電流センサ１４０はそのときの充電電流Ｉｃ２を計測する。
第３給電系統切換スイッチ１３０は必須ではないが、太陽電池ユニット１１０の電力を蓄電池１０に充電するとき、オン状態になる。第３給電系統切換スイッチ１３０のオン・オフは、手動で行うこともできるし、制御手段８５からオン・オフすることもできる。
【００５３】
負荷制御装置８０の演算手段８１は、第４電流センサ１４０で検出した充電電流Ｉｃ２を積算することにより、太陽電池ユニット１１０からの充電量Ｑ４（ｎ）を算出する。演算手段８１により、充電量Ｑ４（ｎ）の算出は連続的に行われる。
演算手段８１は、上述した蓄電池１０の現在の蓄電容量Ｑ（ｎ）（または、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ））に、充電量Ｑ４（ｎ）を加算する。これにより、蓄電池１０の現在の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が更新される。
【００５４】
第３実施の形態においては、蓄電池１０は、たとえば、電気料金の安い夜間に商用電力源３０からの電力が行われるだけでなく、昼間など、太陽光によって発電される太陽電池から充電されるから、第２の負荷６３への給電の可能性が著しく高まる。
よって、第２の負荷６３の選択の範囲が広がる、たとえば、クッキングヒータ、電子レンジなども蓄電池１０による給電で使用可能となる可能性が高まる。
さらに、第１実施の形態として述べたように、充電期間、放電期間といった、期間の判断を行うことなく、第１の負荷６１への給電を行い、さらに、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）がある限り、第２の負荷６３に給電を行うことが可能となる。
【００５５】
上記太陽電池ユニット１１０、ＤＣ・ＤＣコンバータ１２０、第３給電系統切換スイッチ１３０および第３電流センサ１４０を追加した第３実施の形態は、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１に限らず、図９、図１０、図１１に図解した電力貯蔵・給電装置にも適用できる。
【００５６】
本発明の電力貯蔵・給電装置の実施に際しては、上述した実施の形態に限らず、種々の変形態様をとることができる。もちろん、上述した実施の形態を適宜，組み合わせることもできる。
なお、上述した実施の形態は例示として、家庭に適用する電力貯蔵・給電装置を述べたが、本発明の電力貯蔵・給電装置は家庭への適用に限定されない。本発明の電力貯蔵・給電装置が電気負荷を有する種々の設備に適用可能なことは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は家庭の待機電力に関する調査結果を示すグラフである。
【図２】図２は一日の電力消費の例示的な状況を示すグラフである。
【図３】図３は負荷の分類を図解したグラフである。
【図４】図４は本発明の電力貯蔵・給電装置の第１実施の形態の構成図である。
【図５】図５は図４における負荷制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は図４に図解した負荷制御装置による第１負荷の予測電力量の求め方の１例を示すグラフである。
【図７】図７は図４に図解した電力貯蔵・給電装置による負荷への給電状態の例を示すグラフである。
【図８】図８は図４に図解した電力貯蔵・給電装置による負荷への給電による消費容量Ｑ（ｎ）状態の例を示すグラフである。
【図９】図９は本発明の電力貯蔵・給電装置の第１実施の形態の第１の変形態様を示す構成図である。
【図１０】図１０は本発明の電力貯蔵・給電装置の第１実施の形態の第２の変形態様を示す構成図である。
【図１１】図１１は本発明の電力貯蔵・給電装置の第２実施の形態を示す構成図である。
【図１２】図１２は本発明の電力貯蔵・給電装置の第３実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ａ…電力貯蔵・給電装置
１０…蓄電池、２０…双方向電力変換ユニット、３０…商用電力源
４１…充電／非充電・切換スイッチ、
４３、４５…給電系統切換スイッチ、
５０…充電用タイマ、
６０…負荷部、６１…第１の負荷、６３…第２の負荷
６５…一般負荷
７１、７３、７５〜…電流センサ
８０…負荷制御装置
８１…演算手段、８３…記憶手段、８５…制御手段
ＳＷ１…第１スイッチング信号
９０…配電ユニット（分電盤）
９１…主給電線、９２…分電線、９３…一般負荷給電線
９４……第２負荷給電線、
９４ａ…第２負荷・第１給電線
９４ｂ…第２負荷・第２給電線
９５…充電用給電線
９５ａ…充電用第１給電線
９５ｂ…充電用第２給電線
９６…充放電用電線
９７…蓄電池貯蔵電力給電線
１１０…太陽電池ユニット、１２０…ＤＣ・ＤＣコンバータ
１３０…第３給電系統切換スイッチ、１４０…第４電流センサ
Ｑ１…第１の負荷の電力量
Ｑ２…第２の負荷の電力量
Ｑ（ｎ）…蓄電池の残存（現在の）蓄電容量
Ｑα…電力余裕分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源から負荷に給電可能であるとともに、蓄電池（バッテリ）に充電された電力を負荷に給電可能な電力貯蔵・給電装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源が停電した時の緊急電源として、蓄電池（バッテリ）を設けることが以前から実施されている。
【０００３】
そのような蓄電池の有効利用を図るため、電力料金が割安な夜間に蓄電池に蓄電しておき、電力料金が高い昼間に蓄電池に蓄電した電力を負荷に供給する電力貯蔵・給電方法が望まれている。
そのような要望は、これまでのように大規模な電力設備に限らず、電力消費が比較的小規模な一般家庭においても発生している。たとえば、家庭などの小規模の設備においても、電力料金が割安な夜間に蓄電池に蓄電しておき、電力料金が高い昼間に蓄電池に蓄電した電力を負荷に供給する電力貯蔵・給電方法が望まれている。
そのような電力貯蔵・給電装置において、効率の向上対策が講じられている。
【０００４】
特許文献１（特開平２００１−８３８５号公報）は、夜間電力を無駄なく利用するため、複数の負荷パターンを選択する技術を開示している。
【０００５】
特許文献２（特開平２００１−１０３６７８号公報）は、インバータの稼働率の向上を目的に、負荷ごとに電流センサを設けて演算ユニットで負荷の電力消費を算出し、さらに演算ユニットで消費電力の合計値を算出し、さらに負荷ごとに負荷を切り換える切換装置を設け、演算ユニットによって算出した消費電力の合計値に基づいて負荷を切り換える技術を開示している。
【０００６】
特許文献３（特許第０３６２１８５３号）は、クッキングヒータ、ルームエアコン（空調機）などを蓄電装置に接続し、消費電力が最大となる負荷に優先的に給電することにより、ピークカットを目的とした技術を開示している。
【０００７】
【特許文献１】特開平２００１−８３８５号公報
【特許文献２】特開平２００１−１０３６７８号公報
【特許文献３】特許第０３６２１８５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された技術は、給電の対象となる、たとえば、家庭の負荷パターンが千差万別であるため、たとえば、家庭用の電力貯蔵・給電装置などについては、負荷パターンに対応できず、蓄電池の蓄電電力を有効に活用できないという不具合がある。
【０００９】
特許文献２に開示された技術は、負荷ごとに電流センサと切換装置とを設けるので、蓄電システムの構成が複雑になり、設備価格が高くなるという不具合がある。設備価格が高騰することは、家庭などの比較的小規模の負荷を有する設備については好ましくない。
さらに、負荷を頻繁に切り換えるので、切換時に瞬間的に負荷に電力が供給されない場合が発生する可能性がある。特に、負荷にコンピュータなどの電子機器などが内蔵されている場合は電源が瞬間的に断となることは好ましくない。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術について、負荷が頻繁に切り換えると、負荷の接続状態の把握が難しく、メンテナンス上、好ましくない。
さらに、特許文献２に開示された技術では、インバータの容量だけを考慮し、蓄電池の容量を監視していないため、蓄電容量を有効に利用できない。
【００１１】
特許文献３に開示された技術は、インバータなどの電源設備が大型化し、さらに、負荷ごとに切換装置が必要なため設備が複雑になる。その結果、設備の価格が高くなるという不具合がある。
【００１２】
このように、従来の技術は、設備の構成の複雑さ、設備の価格の高額さ、蓄電池に蓄電した電力の有効利用などの観点において改善すべき課題が多々存在する。
以上、主として家庭用の電力貯蔵・給電装置について述べたが、家庭用電力貯蔵・給電装置に限らず、さらに大きな施設などにおいても、改善すべき種々の課題に遭遇している。
【００１３】
本発明は、設備の大型化、価格の高騰がなく、複雑な構成をとらず、電気料金が割安な夜間電力を蓄電池に蓄電し、蓄電した電力を有効に利用し、電気料金を削減可能な電力貯蔵・給電装置と方法を提供することを目的とする。
また本発明は、消費電力のうち、待機電力を蓄電した電力で賄い電気料金を削減することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図１は、旧通産省、工業技術院機械研究所、ニュース１９９９、第１２号に記載された、家庭の待機電力に関する調査結果を示す。この調査結果によれば、家庭ごとに、冷蔵庫のようにほぼ常時電力を消費する負荷への給電量と、日々のうち所定時間帯に必要となる待機電力と、その他の電力とに大別されることが判る。
もちろん、この電力分布は家庭ごと異なる他、各家庭でも季節によって分布が異なる。たとえば、夏はルームエアコン（空調機）を使用する場合が多くなるので電力分布は変化する。
【００１５】
さらに同じ時期（季節）でも時間帯によって電力消費が異なることが知られている。
たとえば、一般家庭では、図２に例示したように、通常、起床とともに電力消費が増加し、出勤・通学するまで電力消費がピーク状態が継続する。その後、昼間、電力消費は低下するが、帰宅時間から就寝時間まで再び電力消費がピークとなる。さらに夜間は電力消費は低下する。このようなサイクルが日々連続する。
【００１６】
図１、図２に例示したデータから推察できることは、（１）たとえば、冷蔵庫のように、電力消費は大きくはないが、ほぼ常時、電力を消費する定常的な負荷と、（２）たとえば、照明器具、ＴＶ受像機、電子レンジ、クッキングヒータ、などの使用時間帯または使用状況に応じて変化するオンデマンド負荷と、（３）たとえば、冷暖房用空調機のように、冬と夏のように季節に応じて、かつ、時間帯に応じて使用するなどの負荷とに大別されることが判る。
【００１７】
このような負荷の電力消費について、まず、電力料金の面で考察する。
定常的な負荷のうち、蓄電池の蓄電容量で賄える程度の比較的な電力消費の少ない負荷について、夜間電力を蓄電池に蓄電した電力を利用すれば、電気料金は安くなる。もちろん、蓄電池が大型になり初期コストが嵩むことは回避したいので、蓄電池の許容蓄電量の範囲でのことである。
オンデマンド負荷については、そのような蓄電池に余剰電力があるときはその余剰電力を給電すれば、電気料金は安くなる。蓄電池に余剰電力がない場合は、商用電源による給電も止むを得ない。
他方、空調機などのように電流容量かつ消費電力が大きな負荷についてまで、蓄電池から給電を行うことは事実上、困難であるから、商用電源を使用する。
【００１８】
次いで、設備の面から考察する。
１日の最大電力消費（ピーク電力消費）を想定して、設備、たとえば、蓄電池、蓄電池に充電するためのインバータ（電力変換器）と蓄電池の蓄電を商用周波数の交流に変換するコンバータ（電力逆変換器）、給電系統、たとえば、給電線の太さ、切換スイッチの遮断容量などを設計すると、これらの装置規模が大きくなり、装置の価格が高騰する。また、１日のうち、電力がピークとなる時価帯は限られており、利用する能力が限られているから、利用効率が低い。たとえば、ピーク電力に合わせて蓄電池を準備すると仮定したら、非常に大きな蓄電池が必要となり、現実的ではない。
他方、少なくとも、たとえば、冷蔵庫などの定常的ではあるが比較的電力消費が少ない負荷についてのみ、あるいは、可能ならば上述したオンデマンド負荷の全部または一部に、給電可能な蓄電池、インバータ／コンバータなどを考慮すると、これらの設備は小規模ですむ。
【００１９】
以上を総合すると、負荷を、好ましくは、たとえば、図３に図解したように、（１）たとえば、冷蔵庫のような定常的な負荷で蓄電池の蓄電容量を賄える程度の負荷（これを本発明において第１の負荷と呼ぶ）と、（２）オンデマンド負荷のうち蓄電池の余剰電力で賄える可能性が高い負荷（これを本発明において第２の負荷と呼ぶ）と、（３）蓄電池の蓄電電力を用いることは困難または現実的ではない、上記以外の一般的な負荷（これを本発明において一般負荷と呼ぶ）に分類して、これらの給電系統を分離する。
第２の負荷については、上述したように、蓄電池の余剰電力で給電可能なときは蓄電池から給電を行い、蓄電池からの給電が困難な場合は商用電源から給電を行う。
一般負荷については、商用電源からのみ給電を行う。
【００２０】
本発明は上述した技術思想に基づき、第１の負荷と第２の負荷に下記のごとく給電を行うことを特徴とする。
本発明の電力貯蔵・給電装置は、
蓄電池と、商用電源を前記蓄電池に充電可能な直流電力に変換し、また、前記蓄電池に充電された電力を商用電源と実質的に同じ交流電力に逆変換可能な双方向電力変換ユニットと、前記蓄電池への充電電流および放電電流を検出する電流センサと、前記双方向電力変換ユニットの出力電力を前記第１の負荷に導く第１負荷給電線と、前記第２の負荷に接続された第２負荷給電線と、第１入力端子が前記商用電源に接続され、第２入力端子が前記第１負荷給電線に接続され、出力端子が前記第２負荷給電線に接続された、給電系統切換スイッチと、負荷制御装置とを有し、
前記負荷制御装置は、
前記第１の負荷の予測電力量および電力余裕分を記憶しており、
前記電流センサで検出した充電電流および放電電流に基づいて、前記蓄電池への充電電力量および放電電力量を算出し、前記蓄電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように、前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２の負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以上のとき前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する。
【００２１】
また、第１の負荷と第２の負荷とに給電する本発明の電力貯蔵・給電方法は、
蓄電池への蓄電電力量を算出し、かつ、前記蓄電池からの放電電力量を算出し、前記蓄電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と予め設定した電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように、給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように、前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２負荷の電力量の積算値との和以上のとき前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２負荷の電力量の積算値との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、設備の大型化かつ価格の高騰がなく、複雑な構成をとらず、電気料金が割安な夜間電力を蓄電池に蓄電し、蓄電した電力を有効に利用し、電気料金を削減可能となる。
また本発明によれば、消費電力のうち、少なく待機電力を蓄電した電力で賄い電気料金を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１実施の形態
本発明の電力貯蔵・給電装置の好適な第１実施の形態を図４を参照して述べる。
電力貯蔵・給電装置１は、蓄電池１０と、双方向電力変換ユニット２０と、充電／非充電・切換スイッチ４１と、給電系統切換スイッチ４３と、充電用タイマ５０と、第１電流センサ７１と、第２電流センサ７３と、負荷制御装置８０とを有する。
【００２４】
負荷の分類
電力貯蔵・給電装置１によって、給電される負荷部６０は、第１の負荷６１と、第２の負荷６３と、一般負荷６５に分類されている。
第１の負荷６１は、たとえば、家庭において冷蔵庫のように、ほぼ常時運転しており、常時給電が必要であるが、その電力消費は比較的少なく、大型の蓄電池１０でなくても十分給電可能な程度の負荷が該当する。第１の負荷６１としては、冷蔵庫の他、複数の負荷を含めることができる。
第２の負荷６３は、常時動作はしないが、日々、所定の時間帯に動作する負荷（オンデマンド負荷）のうち、蓄電池１０の余剰電力で動作可能な電力容量の１または複数の負荷である。蓄電池１０の余剰電力とは第１の負荷６１に供給した後の余剰電力をいう。
一般負荷６５は、たとえば、空調機のように、季節に応じて使用し、使用したときは比較的長時間運転し、かつ、使用電力量が大きく、電力蓄電池１０に蓄電した電力では、所望の時間、継続して給電できないような電力消費の大きな負荷をいう。そのような一般負荷６５としては、空調機の他、たとえば、日々用いる可能性のあるクッキングヒータのようなヒータを用いた機器、電子レンジなどが該当する。
【００２５】
以上述べたように、本発明の電力貯蔵・給電装置の実施に際しては、事前に、たとえば、各家庭ごとに、季節毎に、そして、日々の各種負荷の電力消費状況を測定し、あるいは、予測し、蓄電池１０の容量に合わせて、第１の負荷６１と第２の負荷６３と一般負荷６５の分類を行う。
換言すれば、蓄電池１０はまず、第１の負荷６１に給電可能な電力容量を持つ仕様のものを選択する。好ましくは、蓄電池１０の容量は、第１の負荷６１に給電する電力容量の他に、第２の負荷６３にも給電可能な電力容量を持つ仕様のものを選択する。
【００２６】
給電（配電）系統
このような負荷の分類に伴い、電力貯蔵・給電装置１は給電系統を下記のごとく設計している。
電力貯蔵・給電装置１は、商用電力源３０から主給電線９１を経由して供給される商用電力を分岐する配電ユニット（分電盤）９０を有し、この配電ユニット９０において給電系統を下記のごとく分離する。
一般負荷６５には配電ユニット９０から一般負荷給電線９３を介して直接、商用電力が供給される。なお、一般負荷６５は、商用電力源３０から主給電線９１、一般負荷給電線９３を介して常時、商用電源が供給されるので、下記に述べる負荷制御装置８０の制御の対象外である。
第１の負荷６１には、双方向電力変換ユニット２０において蓄電池１０の直流電圧を変換した商用電力が、蓄電池貯蔵電力給電線９７を介して供給される。
第２の負荷６３には、第１給電系統切換スイッチ４３の選択スイッチが接点Ａに選択されたときは第２負荷・第１給電線９４ａおよび第２負荷・第２給電線９４ｂを経由して商用電力源３０からの商用電力が供給され、選択スイッチが接点Ｂに選択されたときは第１の負荷６１と同様に、双方向電力変換ユニット２０において蓄電池１０の直流電圧を変換した商用電力が第２負荷・第２給電線９４ｂを介して供給される。
【００２７】
負荷制御装置８０は、演算手段８１と、記憶手段８３と、制御手段８５とを有する。
負荷制御装置８０は、好ましくは、コンピュータで構成される。
【００２８】
双方向電力変換ユニット２０は、インバータ（電力変換器）とコンバータ（電力逆変換器）とを有している。充電期間、たとえば、夜１１時から翌朝の午前７時までの電力料金が安い（深夜料金）の充電期間、充電用タイマ５０によって充電／非充電・切換スイッチ４１が閉成されて（オン状態で）蓄電池１０に充電するときはインバータが商用電力源３０からの商用周波数の交流電圧を直流電圧に変換する。他方、蓄電池１０から、たとえば、第１の負荷６１に給電するときは、コンバータが蓄電池１０の直流電圧を商用周波数の交流電圧に変換する。
本実施の形態においては、インバータとコンバータとを一括して双方向電力変換ユニット２０として例示したが、インバータとコンバータとは一体的になっていても、分離されていてもよい。
【００２９】
電力貯蔵・給電装置の概略動作
１．充電
充電用タイマ５０は、充電期間、たとえば、夜１１時から翌朝の午前７時までの電力料金が安い（深夜料金）の充電期間、充電／非充電・切換スイッチ４１を閉成する（オン状態にする）。これにより、商用電力源３０、充電／非充電・切換スイッチ４１、双方向電力変換ユニット２０内のインバータ、電流センサ７１、蓄電池１０の経路が形成されて、インバータが商用電力源３０からの商用周波数の交流電圧を直流電圧に変換することにより、蓄電池１０に充電が行われる。
このとき、第１電流センサ７１は充電電流を検出する。
負荷制御装置８０の演算手段８１は、第１電流センサ７１で検出した充電電流Ｉｃから、たとえば、電流積算方法で、蓄電池１０への充電電力Ｑｃを演算し、記憶手段８３に記憶する。
【００３０】
なお、充電用タイマ５０を削除し、負荷制御装置８０内の、たとえば、演算手段８１で充電時間を管理し、充電期間、たとえば、制御手段８５が充電／非充電・切換スイッチ４１を付勢（オン）または消勢（オフ）することにより、蓄電池１０への充電を制御することもできる。
【００３１】
２．放電
第１の負荷６１への給電は、蓄電池１０、第１電流センサ７１、双方向電力変換ユニット２０内のコンバータ、蓄電池貯蔵電力給電線９７の経路によって行われる。
コンバータは蓄電池１０の直流電圧を商用電力源３０と同じ商用周波数の交流電圧に変換し、変換された商用周波数の交流電圧が主給電線９１に印加される。
このとき、第１電流センサ７１が蓄電池１０から第１の負荷６１に流れる放電電流Ｉｄを検出する。
負荷制御装置８０の演算手段８１が第１電流センサ７１で検出した放電電流Ｉｄから、たとえば、電流積算方法で、蓄電池１０からの放電電力Ｑｄを演算して記憶手段８３に記憶する。
なお、第１電流センサ７１の検出電流値が、正のとき充電電流Ｉｃであり、負のとき放電電流Ｉｄを意味する。
【００３２】
演算手段８１は、記憶手段８３に記憶された、蓄電池１０への充電電力Ｑｃから蓄電池１０からの放電電力Ｑｄを減じることにより、蓄電池１０の現在の蓄電容量を求める。
【００３３】
第１給電系統切換スイッチ４３は、負荷制御装置８０の制御手段８５２からの第１スイッチング信号ＳＷ１に応じて、接点Ａまたは接点Ｂに選択される接点（コンタクト）を有している。第１給電系統切換スイッチ４３が接点Ａに選択された場合は、第２の負荷６３には商用電力源３０から給電が行われ、接点Ｂに選択された場合は蓄電池１０、双方向電力変換ユニット２０のコンバータの経路で給電される。
【００３４】
負荷制御装置の動作
図５を参照して、負荷制御装置８０の動作を述べる。
図５は負荷制御装置８０の動作を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップ１、蓄電池１０の現在の蓄電容量Ｑ（ｎ）の更新
演算手段８１は、充電時間が終了した時の、蓄電池１０の現在ｎの蓄電容量Ｑ（ｎ）を演算して、記憶手段８３に記憶する。
演算手段８１は、上述したように、電力貯蔵・給電装置が動作している間、充電期間の間、第１電流センサ７１で検出した充電電流Ｉｃから算出した蓄電池１０への充電電力Ｑｃを積算していく。
演算手段８１は、蓄電池１０への充電電力Ｑｃから、たとえば、前日の放電電力Ｑｄを減じることにより、充電期間終了直後の、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）を算出して、記憶手段８３に記憶する。もちろん蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）は蓄電池１０の満充電容量以内である。
【００３６】
ステップ２、第１負荷の電力量Ｑ１の予測
演算手段８１は、充電期間が終了した直後、本日の蓄電池１０の放電期間内に、第１の負荷６１で消費する電力量Ｑ１を予測する。
演算手段８１は、図６に例示したように、毎日の放電期間内の実際の第１の負荷の電力量Ｑ１を測定して、記憶手段８３に記憶しておく。演算手段８１は、記憶手段８３に記憶された複数の日々の放電期間内の実際の第１負荷の電力量Ｑ１を平均して、本日の第１負荷の電力量Ｑ１を予測することができる。あるいは、演算手段８１は前日の放電期間内の実際の第１の負荷の電力量Ｑ１を本日の第１の負荷の電力量Ｑ１と予想することもできる。
または、事前に、季節ごとの第１の負荷の電力量Ｑ１の概略値を記憶手段８３に記憶させておくことにより、その第１負荷の電力量Ｑ１を本日の予測第１の負荷の電力量Ｑ１として用いることもできる。
【００３７】
ステップ３：余剰電力の比較
演算手段８１は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、第１の負荷の電力量Ｑ１と電力余裕分Ｑαより大きいか否かをチェックする。
電力余裕分Ｑαとは、第２の負荷６３の１日の合計電力量Ｑ２よりは小さい電力で、蓄電池１０から第１の負荷６１の他、どれだけ、第２の負荷６３に給電可能かを示す余裕（余剰）電力をいう。
電力余裕分Ｑαとしては、たとえば、第２の負荷の電力量Ｑ２の２０％以上で第２の負荷の電力量Ｑ２までの値をいう。あるいは、電力余裕分Ｑαを第１の負荷の電力量Ｑ１の、たとえば、２０％とすることもできる。電力余裕分Ｑαを、たとえば、第２の負荷の電力量Ｑ２の２０％、または、第１の負荷の電力量Ｑ１の２０％としたのは、第２の負荷６３に給電することにより、蓄電池１０の蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が不足して、第１の負荷６１自体に給電できなくなることを防止するための余裕値である。
換言すれば、蓄電池１０から第２の負荷６３に給電を行う場合、ある程度の蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）の余裕をとって行う。
【００３８】
ステップ４：第１の負荷のみ給電
演算手段８１が、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、１日の予測第１の負荷の電力量Ｑ１と電力余裕分Ｑαとの和の電力より少ないと判定したときは、制御手段８５は、第１給電系統切換スイッチ４３の接点（コンタクト）を接点Ａに選択するように、第１スイッチング信号ＳＷ１を出力する。
これにより、蓄電池１０からの給電は第１の負荷６１にのみ行われ、第２の負荷６３には商用電力源３０から給電が行われる。
【００３９】
ステップ５：第１の負荷および第２の負荷への給電
演算手段８１が、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、１日の予測第１の負荷の電力量Ｑ１と電力余裕分Ｑαとの和の電力より多いと判定したときは、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が第１の負荷６１に給電する他、第２の負荷６３に給電する余裕（余剰）電力があるから、制御手段８５は、第１給電系統切換スイッチ４３を接点Ｂを選択するように第１スイッチング信号ＳＷ１を出力する。
これにより、蓄電池１０からの給電は第１の負荷６１と第２の負荷６３に行われる。
【００４０】
ステップ６：第２負荷の電力量Ｑ２の測定
演算手段８１は、第１電流センサ７１で検出した放電電流Ｉｄを連続的に入力して、放電電流Ｉｄを積算して、第２の負荷の電力量Ｑ２を算出する。
図１に図解した電力貯蔵・給電装置１においては、放電電流Ｉｄは、第１の負荷６１および第２の負荷６３における電力消費を示す蓄電池１０からの放電電流であり、第２の負荷６３のみの第２負荷の電力量Ｑ２は直接求めることができない。
ただし、第１の負荷の電力量Ｑ１は予測して判っているから、演算手段８１が放電電流Ｉｄを積算して求めた蓄電池１０の放電電力量から予測第１の負荷の電力量Ｑ１を減じれば、第２の負荷の電力量Ｑ２を推定できる。
そして、演算手段８１は、上述のごとく求めた第２の負荷の電力量Ｑ２を積算して記憶手段８３に記憶する。
【００４１】
ステップ７：蓄電池の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）のチェック
演算手段８１は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、第１の負荷の電力量Ｑ１と積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和より大きいか否かをチェックする。
蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、第１の負荷の電力量Ｑ１と、積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和より大きいか否かをチェックする。
蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、（第１の負荷の電力量Ｑ１と積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和）より大きい場合は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が第２の負荷６３に給電できる余裕があるから、制御手段８５は第１給電系統切換スイッチ４３のコンタクトが接点Ｂを選択している状態を継続する。
この期間、演算手段８１によって、第２の負荷の電力量Ｑ２の積算は継続して行われる。
【００４２】
ステップ８：第１の負荷６１のみ給電
演算手段８１は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が、（第１の負荷の電力量Ｑ１と積算した第２の負荷の電力量Ｑ２との和）より小さくなったときは、これ以上、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）は第２の負荷６３に給電する余裕がないと判断する。そこで、制御手段８５は、第１給電系統切換スイッチ４３のコンタクトが接点Ｂを選択し、蓄電池１０から第１の負荷６１にのみ給電されるように、第１スイッチング信号ＳＷ１を出力する。
【００４３】
ステップ９、１０：放電終了チェック
演算手段８１は、充電時間帯に到達したか否かをチェックする。
充電時間帯に到達したら、蓄電池１０からの放電のみは終了する。
なお、万が一、放電終了以前に残存蓄電容量がゼロに近くなった場合には、演算手段８１または制御手段８５によって、強制的に充電／非充電・切替スイッチ４１をＯＮにして、充電を開始する。これにより、第１負荷６１への給電が確実に行われる。
【００４４】
ステップ１１、蓄電池の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）の更新
充電時間帯になると、充電用タイマ５０によって、あるいは、演算手段８１によって、充電／非充電・切換スイッチ４１が閉成される。これにより、商用電力源３０、充電／非充電・切換スイッチ４１、インバータ、第１電流センサ７１、蓄電池１０の経路で、蓄電池１０への充電が行われる。
演算手段８１は、第１電流センサ７１で検出した充電電流Ｉｃを連続的に入力して、充電電流Ｉｃを積算することにより、蓄電池１０の蓄電容量を算出する。
【００４５】
上述した動作を、図７および図８を参照して述べる。
図７は、第１の負荷６１にほぼ一定の電力量が供給される状態を示している。他方、第２の負荷６３には第１回のデマンド動作時には蓄電池１０から給電され、第２回目のデマント動作のときには、途中まで蓄電池１０から給電されたことを示す。これ以降は、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が第２の負荷６３にまで給電する余裕がないので、蓄電池１０からの第２の負荷６３への給電は停止され、商用電力源３０から給電される。
【００４６】
図８は、第１の負荷６１と第２の負荷６３との、蓄電池１０の蓄電電力容量の消費状態を示す。第１の負荷の電力量Ｑ１は時間の経過に応じてほぼ比例して増加していく。第２の負荷の電力量Ｑ２は、蓄電池１０から給電されたとき消費される。
第１の負荷の電力量Ｑ１と積算された第２の負荷の電力量Ｑ２の合計が、電力余裕分Ｑαを考慮した、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）を越えない範囲で蓄電池１０から消費される。
【００４７】
このように、充電時間帯（充電期間）に、蓄電池１０に蓄電した電力を、第１の負荷６１と、可能な限り第２の負荷６３に供給する。
充電時間帯の電力料金は低額であるから、これら第１の負荷６１、第２の負荷６３で消費された電力の価格は低い。
【００４８】
本発明の第１実施の形態の電力貯蔵・給電装置は、負荷部６０を、第１の負荷６１と、第２の負荷６３と、一般負荷６５に分類し、一般負荷給電線９３、第２負荷給電線９４（第２負荷・第１給電線９４ａ、第２負荷・第２給電線９４ｂ）と、蓄電池貯蔵電力給電線９７とで配電系統を準備し、負荷制御装置８０を設けて上記の制御処理を行うことにより、負荷部６０で消費する電力の料金を低額することができた。
電力貯蔵・給電装置１の構成としても、負荷制御装置８０、第１電流センサ７１、第２電流センサ７３、第１給電系統切換スイッチ４３を設けるだけなので、比較的低額である。
さらに、蓄電池１０は、最低、第１の負荷６１の給電能力があればよく、蓄電池１０に余剰電力が存在するときのみ，第２の負荷６３に給電するので、蓄電池１０の設備を大きくする必要はない。よって、双方向電力変換ユニット２０も大容量にする必要もない。もちろん、配電ユニット（分電盤）９０からの上記配線の電流容量も大きくする必要はない。
【００４９】
第１実施の形態の第１の変形態様
上述した実施の形態は、第１電流センサ７１によって、蓄電池１０から第１の負荷６１と第２の負荷６３へ給電される放電電流Ｉｄを測定した場合について述べた。この場合、たとえば、ステップ６における第２の負荷の電力量Ｑ２は直接検出できなかった。
これを改善して、正確な第２の負荷の電力量Ｑ２を算出するためには、図９に図解したように、第１給電系統切換スイッチ４３の接点Ｂと蓄電池貯蔵電力給電線９７のノードＮ４との間に、第３電流センサ７５を設け、蓄電池１０から第２の負荷６３に流れる放電電流を検出し、演算手段８１においてその放電電流を積算して、蓄電池１０から第２の負荷６３に供給される第２負荷の電力量Ｑ２を算出することもできる。
【００５０】
第１実施の形態の第２の変形態様
もちろん、図１０に図解したように、第２電流センサ７３をノードＮ４と第１の負荷６１との間に接続し、第３電流センサ７５を第１給電系統切換スイッチ４３の接点Ａと粗６３との間に接続して、演算手段８１において、第２電流センサ７３による電流を積算すれば、第１の負荷の電力量Ｑ１を算出することができ、第３電流センサ７５による電流を積算すれば、第２の負荷の電力量Ｑ２を算出することができる。
電流センサを２個用いる場合、第１の負荷の電力量Ｑ１と第２の負荷の電力量Ｑ２とを分離して独立に正確に算出できるから、図１０に図解した構成が望ましい。
【００５１】
第２実施の形態
図１１を参照して本発明の電力貯蔵・給電装置の第２実施の形態を述べる。
上述した第１およびド第２実施の形態においては、蓄電池１０が第１の負荷６１に十分給電可能な状態を想定した例を述べた。
しかしながら、電力貯蔵・給電装置１の初期状態においては、蓄電池１０は十分な蓄電がなく、第１の負荷６１への給電も出来ない。
このように初期状態において、第１の負荷６１を動作させるには、図１１に図解したように、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１において、さらに第２給電系統切換スイッチ４５を設けて、商用電力源３０から直接、第１の負荷６１に給電可能とする。
なお、第２給電系統切換スイッチ４５を設けることにより、上述した初期状態の他に、蓄電池１０の保守などのときも、第１の負荷６１が動作可能となる。
なお、この場合、第２給電系統切換スイッチ４５と連動するスイッチ４６を設けることが望ましい。これにより、蓄電電力が系統へ逆流するのを防止できる。
さらにこれらのスイッチ４５、４６を、たとえば制御手段７５によって、充電／非充電・切換スイッチ４１と連動制御させ、充電時間帯に第２給電系統切換スイッチ４５をオン、スイッチ４６をオフすることで、コンバータやインバータを介さず効率良く電力供給が可能となる。
第２給電系統切換スイッチ４５を付加する第３実施の形態は、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１の他、図９、図１０などに図解した電力貯蔵・給電装置１についても適用できる。
【００５２】
第３実施の形態
蓄電池１０への充電は、たとえば、夜間のみ、商用電力源３０からの電力が行われるだけでなく、太陽光によって発電される太陽電池から充電される場合も可能である。
図１２はこのような電力貯蔵・給電装置１Ａを図解する。
電力貯蔵・給電装置１Ａは、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１に、太陽電池ユニット１１０と、ＤＣ・ＤＣコンバータ１２０と、第３給電系統切換スイッチ１３０と、第４電流センサ１４０とが追加されている。
ＤＣ・ＤＣコンバータ１２０は、太陽電池ユニット１１０で発電された直流電力を、蓄電池１０の電圧レベルに変換する。第３給電系統切換スイッチ１３０はＤＣ・ＤＣコンバータ１２０の出力を蓄電池１０に接続する。これにより、蓄電池１０は太陽電池ユニット１１０で発電された電力によっても充電される。
第４電流センサ１４０はそのときの充電電流Ｉｃ２を計測する。
第３給電系統切換スイッチ１３０は必須ではないが、太陽電池ユニット１１０の電力を蓄電池１０に充電するとき、オン状態になる。第３給電系統切換スイッチ１３０のオン・オフは、手動で行うこともできるし、制御手段８５からオン・オフすることもできる。
【００５３】
負荷制御装置８０の演算手段８１は、第４電流センサ１４０で検出した充電電流Ｉｃ２を積算することにより、太陽電池ユニット１１０からの充電量Ｑ４（ｎ）を算出する。演算手段８１により、充電量Ｑ４（ｎ）の算出は連続的に行われる。
演算手段８１は、上述した蓄電池１０の現在の蓄電容量Ｑ（ｎ）（または、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ））に、充電量Ｑ４（ｎ）を加算する。これにより、蓄電池１０の現在の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）が更新される。
【００５４】
第３実施の形態においては、蓄電池１０は、たとえば、電気料金の安い夜間に商用電力源３０からの電力が行われるだけでなく、昼間など、太陽光によって発電される太陽電池から充電されるから、第２の負荷６３への給電の可能性が著しく高まる。
よって、第２の負荷６３の選択の範囲が広がる、たとえば、クッキングヒータ、電子レンジなども蓄電池１０による給電で使用可能となる可能性が高まる。
さらに、第１実施の形態として述べたように、充電期間、放電期間といった、期間の判断を行うことなく、第１の負荷６１への給電を行い、さらに、蓄電池１０の残存蓄電容量Ｑ（ｎ）がある限り、第２の負荷６３に給電を行うことが可能となる。
【００５５】
上記太陽電池ユニット１１０、ＤＣ・ＤＣコンバータ１２０、第３給電系統切換スイッチ１３０および第３電流センサ１４０を追加した第３実施の形態は、図４に図解した電力貯蔵・給電装置１に限らず、図９、図１０、図１１に図解した電力貯蔵・給電装置にも適用できる。
【００５６】
本発明の電力貯蔵・給電装置の実施に際しては、上述した実施の形態に限らず、種々の変形態様をとることができる。もちろん、上述した実施の形態を適宜，組み合わせることもできる。
なお、上述した実施の形態は例示として、家庭に適用する電力貯蔵・給電装置を述べたが、本発明の電力貯蔵・給電装置は家庭への適用に限定されない。本発明の電力貯蔵・給電装置が電気負荷を有する種々の設備に適用可能なことは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は家庭の待機電力に関する調査結果を示すグラフである。
【図２】図２は一日の電力消費の例示的な状況を示すグラフである。
【図３】図３は負荷の分類を図解したグラフである。
【図４】図４は本発明の電力貯蔵・給電装置の第１実施の形態の構成図である。
【図５】図５は図４における負荷制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は図４に図解した負荷制御装置による第１負荷の予測電力量の求め方の１例を示すグラフである。
【図７】図７は図４に図解した電力貯蔵・給電装置による負荷への給電状態の例を示すグラフである。
【図８】図８は図４に図解した電力貯蔵・給電装置による負荷への給電による消費容量Ｑ（ｎ）状態の例を示すグラフである。
【図９】図９は本発明の電力貯蔵・給電装置の第１実施の形態の第１の変形態様を示す構成図である。
【図１０】図１０は本発明の電力貯蔵・給電装置の第１実施の形態の第２の変形態様を示す構成図である。
【図１１】図１１は本発明の電力貯蔵・給電装置の第２実施の形態を示す構成図である。
【図１２】図１２は本発明の電力貯蔵・給電装置の第３実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ａ…電力貯蔵・給電装置
１０…蓄電池、２０…双方向電力変換ユニット、３０…商用電力源
４１…充電／非充電・切換スイッチ、
４３、４５…給電系統切換スイッチ、
５０…充電用タイマ、
６０…負荷部、６１…第１の負荷、６３…第２の負荷
６５…一般負荷
７１、７３、７５〜…電流センサ
８０…負荷制御装置
８１…演算手段、８３…記憶手段、８５…制御手段
ＳＷ１…第１スイッチング信号
９０…配電ユニット（分電盤）
９１…主給電線、９２…分電線、９３…一般負荷給電線
９４……第２負荷給電線、
９４ａ…第２負荷・第１給電線
９４ｂ…第２負荷・第２給電線
９５…充電用給電線
９５ａ…充電用第１給電線
９５ｂ…充電用第２給電線
９６…充放電用電線
９７…蓄電池貯蔵電力給電線
１１０…太陽電池ユニット、１２０…ＤＣ・ＤＣコンバータ
１３０…第３給電系統切換スイッチ、１４０…第４電流センサ
Ｑ１…第１の負荷の電力量
Ｑ２…第２の負荷の電力量
Ｑ（ｎ）…蓄電池の残存（現在の）蓄電容量
Ｑα…電力余裕分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の負荷と、第２の負荷とに給電する電力貯蔵・給電装置であって、
蓄電池と、
商用電源を前記蓄電池に充電可能な直流電力に変換し、また、前記蓄電池に充電された電力を商用電源と実質的に同じ交流電力に逆変換可能な双方向電力変換ユニットと、
前記蓄電池への充電電流を検出する電流センサと、
前記双方向電力変換ユニットの出力電力を前記第１の負荷に導く第１負荷給電線と、
前記第２の負荷に接続された第２負荷給電線と、
第１入力端子が前記商用電源に接続され、第２入力端子が前記第１負荷給電線に接続され、出力端子が前記第２負荷給電線に接続された、給電系統切換スイッチと、
負荷制御装置と
を有し、
前記負荷制御装置は、
前記第１の負荷の予測電力量および電力余裕分を記憶しており、
前記電流センサで検出した充電電流および放電電流に基づいて、前記蓄電池への充電電力量および放電電力量を算出し、前記充電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき、前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２の負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以上のとき前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以下のとき、前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する、
電力貯蔵・給電装置。
【請求項２】
前記負荷制御装置は、
前記電流センサで検出した放電電流に基づいて出した前記蓄電池からの放電電力量から、前記第１の負荷の予測電力量を減じて、前記第２の負荷の電力量の積算値を算出する、
請求項１に記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項３】
前記蓄電池貯蔵電力給電線と前記給電系統切換スイッチの前記第２入力端子との間に第２電流センサが設けられ、
前記負荷制御装置は、前記第２電流センサが検出した電流に基づいて、前記第２の負荷の電力量の積算値を算出する、
請求項１に記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項４】
前記商用電源と前記蓄電池との間に設けられ、前記蓄電池の充電期間、前記双方向電力変換ユニットに商用電源を接続する充電／非充電・切換スイッチを有する、
請求項１〜３のいずれかに記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項５】
太陽電池ユニットと、
前記太陽電池ユニットで発電された電力を前記蓄電池に充電可能な電力に変換するＤＣ・ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ・ＤＣコンバータから前記蓄電池への充電電流を検出する第３電流センサと
を更に有し、
前記負荷制御装置は、前記第３電流センサが検出した充電電流に基づいて前記太陽電池ユニットから前記蓄電池への充電電力を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量に該算出した太陽電池ユニットからの充電電力を加算して前記蓄電池の新たな残存蓄電容量として更新する
請求項１〜４のいずれかに記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項６】
第１の負荷と第２の負荷とに給電する電力貯蔵・給電方法であって、
蓄電池への蓄電電力量を算出し、かつ、前記蓄電池からの放電電力量を算出し、前記蓄電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と予め設定した電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２の負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２負荷の電力量の積算値との和以上のとき、前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する、
電力貯蔵・給電方法。
【請求項１】
第１の負荷と、第２の負荷とに給電する電力貯蔵・給電装置であって、
蓄電池と、
商用電源を前記蓄電池に充電可能な直流電力に変換し、また、前記蓄電池に充電された電力を商用電源と実質的に同じ交流電力に逆変換可能な双方向電力変換ユニットと、
前記蓄電池への充電電流を検出する電流センサと、
前記双方向電力変換ユニットの出力電力を前記第１の負荷に導く第１負荷給電線と、
前記第２の負荷に接続された第２負荷給電線と、
第１入力端子が前記商用電源に接続され、第２入力端子が前記第１負荷給電線に接続され、出力端子が前記第２負荷給電線に接続された、給電系統切換スイッチと、
負荷制御装置と
を有し、
前記負荷制御装置は、
前記第１の負荷の予測電力量および電力余裕分を記憶しており、
前記電流センサで検出した充電電流および放電電流に基づいて、前記蓄電池への充電電力量および放電電力量を算出し、前記充電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき、前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２の負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以上のとき前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以下のとき、前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する、
電力貯蔵・給電装置。
【請求項２】
前記負荷制御装置は、
前記電流センサで検出した放電電流に基づいて出した前記蓄電池からの放電電力量から、前記第１の負荷の予測電力量を減じて、前記第２の負荷の電力量の積算値を算出する、
請求項１に記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項３】
前記蓄電池貯蔵電力給電線と前記給電系統切換スイッチの前記第２入力端子との間に第２電流センサが設けられ、
前記負荷制御装置は、前記第２電流センサが検出した電流に基づいて、前記第２の負荷の電力量の積算値を算出する、
請求項１に記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項４】
前記商用電源と前記蓄電池との間に設けられ、前記蓄電池の充電期間、前記双方向電力変換ユニットに商用電源を接続する充電／非充電・切換スイッチを有する、
請求項１〜３のいずれかに記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項５】
太陽電池ユニットと、
前記太陽電池ユニットで発電された電力を前記蓄電池に充電可能な電力に変換するＤＣ・ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ・ＤＣコンバータから前記蓄電池への充電電流を検出する第３電流センサと
を更に有し、
前記負荷制御装置は、前記第３電流センサが検出した充電電流に基づいて前記太陽電池ユニットから前記蓄電池への充電電力を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量に該算出した太陽電池ユニットからの充電電力を加算して前記蓄電池の新たな残存蓄電容量として更新する
請求項１〜４のいずれかに記載の電力貯蔵・給電装置。
【請求項６】
第１の負荷と第２の負荷とに給電する電力貯蔵・給電方法であって、
蓄電池への蓄電電力量を算出し、かつ、前記蓄電池からの放電電力量を算出し、前記蓄電電力量から前記放電電力量を減じて前記蓄電池の残存蓄電容量を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と予め設定した電力余裕分との和以上のとき前記第１の負荷および前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記電力余裕分との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、
前記第２の負荷の電力量の積算値を算出し、
前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２負荷の電力量の積算値との和以上のとき、前記第１の負荷と前記第２の負荷に前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動し、前記蓄電池の残存蓄電容量が前記第１の負荷の予測電力量と前記第２の負荷の電力量の積算値との和以下のとき前記第１の負荷のみに前記蓄電池から給電されるように前記給電系統切換スイッチを駆動する、
電力貯蔵・給電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２５９５９８（Ｐ２００７−２５９５９８Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８１４６１（Ｐ２００６−８１４６１）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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