JP2000209778A - 家庭用蓄電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】家庭用蓄電装置に深夜電力を蓄電し、放電出力
を交流で商用電源に重畳し、家庭用蓄電装置の出力を逆
潮流させず、商用電源の停電の検出を容易に行えるよう
にする。 【解決手段】深夜電力の供給時間帯以外の時間帯に前記
蓄電手段の直流を商用周波数の交流に変換して宅内の商
用電源に重畳して放電出力する出力手段を設け、該家庭
用蓄電装置の出力電流を、前記消費電流計測手段で計測
した宅内の全消費電流よりも少なくなるように制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池による蓄
電手段を具備した家庭用蓄電装置に係り、深夜電力を蓄
電し、深夜電力の供給時間帯以外の時間帯に商用電源に
交流出力を重畳して宅内の負荷に供給する家庭用蓄電装
置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来各家庭で商用電源に交流出力を重畳
して給電する装置として太陽光発電装置があり、特開平
10−51959 号公報等に記載されているように、太陽電池
で発電された直流をインバータにより連系点に設けた遮
断器を介して商用電源と連系運転して電力を供給する装
置がある。一般住宅に設置される太陽光発電装置とし
て、平成５年に制定された分散型電源（自家用発電設
備）の商用電力系統への連系に係る系統連系技術要件ガ
イドライン（以下、ガイドラインと称す。）の中の、
「低圧配電系統，系統への逆潮流あり」の方式に準拠
し、余剰電力の売電を前提とした装置が開発され、市販
されてきている。太陽光発電は一般住宅では一般的に電
力消費量が少ない昼間に発電し、また太陽光の強弱によ
り発電量が大幅に変動するため、余剰電力が生じたら逆
潮流させて売電するシステムが電力の有効利用の観点か
ら、合理的な方式である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、家庭用
蓄電装置は発電装置ではないため、逆潮流はなしとすべ
きであり、出力を商用電源と系統連系させようとする場
合には逆潮流の発生を防止しなければならない。しか
し、複数の蓄電装置が同じ系統に存在した場合や分散発
電装置が同じ系統に存在した場合には商用電源の停電の
検出が他の蓄電装置や発電装置の出力の影響により難し
くなり、逆潮流が発生する恐れがある。また、蓄電装置
は商用電源の停電中も給電が可能であるため、商用電源
の停電中には自立運転により負荷に給電したいという課
題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は係る課題を解決
することを目的としたものであり、第１の発明の家庭用
蓄電装置及び家庭用蓄電装置の制御方法は、２次電池に
よる蓄電手段を具備した家庭用蓄電装置に於いて、宅内
の全消費電流を計測する消費電流計測手段と、該家庭用
蓄電装置内に深夜電力の交流を直流に変換して前記蓄電
手段に充電する充電手段を設けるとともに、深夜電力の
供給時間帯以外の時間帯に前記蓄電手段の直流を商用周
波数の交流に変換して宅内の商用電源に重畳して放電出
力する出力手段を設け、該家庭用蓄電装置の出力電流
を、前記消費電流計測手段で計測した宅内の全消費電流
よりも少なくなるように制御することを特徴とするもの
であり、家庭用蓄電装置の出力を宅内の全負荷電流より
も常に少なくするように制御するものである。

【０００５】また、第２の発明の家庭用蓄電装置及び家
庭用蓄電装置の制御方法は、２次電池による蓄電手段を
具備した家庭用蓄電装置に於いて、該家庭用蓄電装置内
に深夜電力の交流を直流に変換して前記蓄電手段に充電
する充電手段を設けるとともに、深夜電力の供給時間帯
以外の時間帯に前記蓄電手段の直流を商用周波数の交流
に変換して宅内の商用電源に重畳して放電出力する出力
手段を設け、該出力手段を商用電源と宅内の所定の負荷
との間に接続し、該接続点の商用電源側と負荷側と家庭
用蓄電装置側の各線にそれぞれ各線の電流を計測する電
流計測手段を設け、商用電源側の電流が予め設定した規
定値以上の場合にのみ前記家庭用蓄電装置の出力を可能
とし、該家庭用蓄電装置の出力電流を負荷電流よりも小
さくなるように制御し、かつ商用電源側の電流と家庭用
蓄電装置の出力電流との和が負荷電流と略等しくなるよ
うに制御することを特徴とするものであり、家庭用蓄電
装置の出力を所定の負荷の電流よりも常に規定値以上少
なくなるように制御するものである。

【０００６】また、第３の発明の家庭用蓄電装置及び家
庭用蓄電装置の制御方法は、特許請求項２に記載の家庭
用蓄電装置に於いて、該家庭用蓄電装置の出力部と商用
電源線との接続点の商用電源側に停電検出手段と商用電
源線を遮断する遮断器を設け、商用電源の給電中は家庭
用蓄電装置の出力を電流制御し、商用電源と系統連系し
て宅内の所定の負荷に給電し、商用電源の停電を検出し
たら直ちに前記遮断器を開路するとともに家庭用蓄電装
置の出力制御を電圧制御に変更して自立運転可能とし、
該家庭用蓄電装置が自立運転開始後に所定の負荷の全負
荷電流を前記家庭用蓄電装置で給電するように制御する
ことを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の家庭用蓄電装置及
び家庭用蓄電装置の制御方法の実施例を図１乃至図２に
基づいて説明する。

【０００８】図１は２次電池による蓄電手段を具備した
家庭用蓄電装置１の第１の実施例の構成図である。該家
庭用蓄電装置１は２次電池で構成した蓄電手段２を具備
すると共に、深夜電力３との接続を開閉する深夜電力開
閉手段５，深夜電力３の給電状態を検知する電圧検出手
段６ａ，深夜電力の交流入力を直流に変換するアクティ
ブフィルタで構成した交直変換手段７と前記蓄電手段へ
の充電電圧・電流を制御する充電制御手段８とよりなる
充電手段９，充放電制御・入出力制御・系統連系制御・
保護制御等を行うマイコン等により構成した全体制御手
段１０，放電時の１次電圧変換を行う放電電圧変換手段
１１と直流を商用周波数の交流に変換して出力するイン
バータとローパスフィルタで構成した直交変換手段１２
とで構成した出力手段１３，出力手段１３の出力電圧を
計測する電圧検出手段６ｄ，出力手段１３の出力を開閉
する出力開閉手段１４，出力開閉手段１４の負荷側に設
けて宅内給電線１５の電圧を計測する電圧検出手段６
ｃ，出力手段１３の出力電流を計測する電流検出手段１
６ａ，商用電源側の電流を計測する電流検出手段16ｂ，
負荷電流即ち本実施例の場合の宅内の全消費電流を計測
する電流検出手段16ｃ，商用電源１７の給電を開閉する
商用電源開閉手段１８，商用電源開閉手段１８の商用電
源１７側に設けて商用電源の電圧を計測する電圧検出手
段６ｂを具備している。

【０００９】本実施例では出力開閉手段１４は商用電源
１７との系統連系点となっている。次に係る構成の家庭
用蓄電装置１の第１の実施例の動作を説明する。本第１
の実施例は深夜電力と通常の商用電源である従量電灯電
力の宅内への給電系統が分かれている場合の例であり、
それぞれの給電系統にメインブレーカ４及び１９が設け
てある。この給電形態では深夜電力は所定の時間帯にの
み給電される。

【００１０】充電時は、電圧検出手段６ａにより深夜電
力３の給電状態を検知すると、全体制御手段１０により
蓄電手段２の充電状態をチェックして、該蓄電手段２が
充電可能な状態の場合には出力開閉手段１４を開路した
後若しくは該出力開閉手段１４の開路を確認した後に深
夜電力開閉手段５を閉路し、全体制御部１０からの指示
信号により交直変換手段７で夜間電力３を蓄電手段２の
充電に適した電圧の直流に変換し、降圧チョッパ等によ
り構成した充電制御手段８により蓄電手段２を構成する
２次電池の特性に応じた充電方法（例えばリチウムイオ
ン２次電池の場合には定電流定電圧充電法等）で深夜電
力の供給時間帯内に充電を完了できるように制御し、全
体制御部１０が蓄電手段２の充電完了を検出するか深夜
電力の供給が終了するか若しくは深夜電力の供給時間帯
が終了することにより充電を終了し、深夜電力開閉手段
５を開路する。

【００１１】また、放電時は、電圧検出手段６ａによる
深夜電力３の給電終了の確認と、深夜電力３の給電開始
からの経過時間を全体制御部１０に内蔵した計時手段
（図示せず）により計時することによる深夜電力３の供
給時間帯以外であることの確認と深夜電力開閉手段５の
開路の確認とをした後に、蓄電手段２が放電可能である
ことを確認し、蓄電手段２の直流の電圧を昇圧チョッパ
ー等で構成した放電電圧変換手段１１で商用電源１７と
系統連系させる場合のガイドラインで規定された電圧の
交流出力を発生させるのに適したレベルの直流電圧に変
換し、係る直流電圧を直交変換手段１２で商用電源１７
と系統連系可能な品質の交流出力を生成する。

【００１２】このとき、商用電源１７の電圧波形の情報
は電圧検出手段６ｂで検出して全体制御部１０に伝達
し、商用電源１７から宅内への供給電流の情報は電流検
出手段１６ｂで検出し、全体制御部１０に伝達する。こ
れらの電圧検出手段６ｂと電流検出手段１６ｂとは商用
電源１７の停電を検出する停電検出手段を兼ねている。

【００１３】また、宅内の各負荷２１ａ乃至２１ｉはそ
れぞれ宅内給電線１５と分岐ブレーカー２０ａ乃至２０
ｃを介して接続してあり、これらの負荷２１ａ乃至２１
ｉに供給される全電流は電流検出手段１６ｃにより検出
し、係る各負荷に供給される宅内給電線１５における電
圧は電圧検出手段６ｃで検出し、全負荷電流及び宅内給
電線１５の電圧の情報は全体制御部１０に伝達される。

【００１４】また家庭用蓄電装置１の交流出力電圧は電
圧検出手段６ｄで検出し、出力電流は電流検出手段１６
ａで検出し、家庭用蓄電装置１の出力電圧及び出力電流
の情報はそれぞれ全体制御部１０に伝達される。全体制
御部１０はこれらの情報により、出力電圧の波形，周波
数，位相，電流を制御すると共に、出力開閉手段１４の
開閉を制御する。電圧検出手段６ｂからの情報により商
用電源１７の給電状態を確認し、商用電源開閉手段１８
の閉状態を確認した後に電流検出手段１６ｂからの情報
により商用電源１７からの給電電流ｉ１が予め設定した
許容値ｉ₀ に対し、

【００１５】

【数１】 ｉ₁＞ｉ₀≧０ …（１） であるとき、全体制御部１０からの信号により出力開閉
手段１４を閉路し、家庭用蓄電装置１の出力電流ｉ₂ を
全負荷電流ｉ₃ に対して、

【００１６】

【数２】 ｉ₃−ｉ₂＝ｉ₁＞ｉ₀ …（２） となるような値に電流制御して、商用電源１７に系統連
携して家庭用蓄電装置１より給電する。このとき出力電
圧については電圧検出手段６ｄにより常時監視し、ガイ
ドラインの規定範囲内に収まるように制限している。な
お、ここで各電流は負荷２１ａ乃至２１ｉに電力を供給
する方向を正とする。またこのとき出力電流ｉ₂ は予め
設定した一定値若しくは予め設定した許容範囲内の任意
値のいずれかとする。

【００１７】この第１の実施例では負荷電流が変動した
場合について、負荷電流ｉ₃ が増加した場合には家庭用
蓄電装置１の所定の出力電流ｉ₂ の値以外の電流は全て
商用電源１７が負担し、負荷電流ｉ₃ が減少した場合に
は（１）式が成立する範囲で家庭用蓄電装置１は出力を
継続し、（１）式が成立しない状態になったら直ちに出
力開閉手段１４を開路して家庭用蓄電装置１の出力を停
止する。家庭用蓄電装置１は一旦出力を停止したら、負
荷電流ｉ₃ が増加しても予め設定した所定時間の間は出
力を停止している。これは出力開閉部１４が短時間で頻
繁に開閉して商用電源１７や宅内の負荷２１ａ乃至２１
ｉに悪影響を及ぼすのを防止するためであり、出力開閉
手段１４を開閉させるときの給電電流ｉ₁ の値に差をつ
けてヒステリシスを設けてもよい。

【００１８】また、電圧検出手段６ｂ及び電流検出手段
１６ｂにより商用電源１７の停電を検出した場合は全体
制御部１０からの信号により家庭用蓄電装置１は直ちに
商用電源開閉手段１８及び出力開閉手段１６ａを開路
し、前記商用電源開閉手段１８の開路を確認した後直ち
に家庭用蓄電装置１は全体制御部１０で出力制御時の電
流制御機能を解除し、出力制御を電圧制御にする。前記
商用電源開閉手段１８の開路を確認した後所定時間が経
過したら電圧検出手段６ｂにより商用電源１７の停電状
態を確認し、その後に出力開閉手段１４を閉路し、家庭
用蓄電装置１の自立運転により、宅内の負荷２１ａ乃至
２１ｉに給電を行う。家庭用蓄電装置１は電圧検出手段
６ｂにより常時商用電源１７の復電をチェックし、商用
電源１７の復電を検出したら、出力開閉手段１４を開路
して自立運転による給電を停止し、予め設定した所定時
間の間宅内を停電状態にした後、商用電源１８を閉路し
て商用電源１７による給電を再開する。

【００１９】商用電源１７による給電再開後、予め設定
した所定時間の間は商用電源１７のみの給電を行う。而
る後に家庭用蓄電装置１内の蓄電手段２が放電可能であ
れば、電圧検出手段６ｂ，６ｃ，電流検出手段１６ｂ，
１６ａ，１６ｃの情報に基づいて家庭用蓄電装置１は電
流制御機能を復活させ、出力開閉手段１４を閉路して宅
内給電線１５への出力の送出を再開する。

【００２０】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図２は２次電池による蓄電手段２を具備した家庭用
蓄電装置１の第２の実施例の構成図である。本図におい
て図１と共通のものは同じ記号をつけてある。本実施例
は時間帯別電気料金契約の場合の適用例であり、深夜電
力としては夜間の料金の安価な時間帯の電力を対象と
し、第２の実施例の家庭用蓄電装置１では係る時間帯に
蓄電手段２に充電し、全体制御部１０の内部の計時手段
（図示せず）により時刻を計時し、昼間の電気料金の高
価な時間帯に放電出力する機能を有する。

【００２１】また、本実施例では停電時の給電対象を非
常時給電系１５ｂに限定し、非常時給電系１５ｂに分岐
ブレーカー２０ｄを介して接続した非常灯等の非常時に
停電させたくない負荷２１ｊ，２１ｋに長時間の給電を
可能とするものにしており、宅内給電線１５ａと非常時
給電系１５ｂとの間に自立運転保護遮断手段２２を設
け、商用電源１７の供給電流を計測する電流検出手段１
６ｂは宅内の全負荷電流を計測できる宅内給電線１５ａ
の上流側で、かつ自立運転保護遮断手段２２の上流側に
設けてある。

【００２２】非常給電系１５ｂ以外の宅内給電線１５ａ
は商用電源開閉手段１８より下流側に接続してあり、負
荷電流検出手段１６ｃは非常給電系１５ｂ以外の宅内給
電線１５ａの負荷電流ｉ_3aを計測できる位置即ち前記自
立運転保護遮断手段２２と商用電源１７の給電線の接続
点よりも負荷２１ａ乃至２１ｉ側に設けてある。該家庭
用蓄電装置１の上記以外の構成は実施例１の構成と同等
である。

【００２３】次に係る構成の家庭用蓄電装置１の動作を
説明する。係る家庭用蓄電装置１の充電時は、全体制御
部１０の内部の計時手段（図示せず）により夜間電力給
電時間帯と判断すると、出力開閉手段１４の開路確認若
しくは開路し、電圧検出手段６ｂ及び電流検出手段１６
ｂにより商用電源１７の給電状況をチェックすると共
に、蓄電手段２の充電状態をチェックして、充電可能な
状態であれば、深夜電力開閉手段５を閉路し、実施例１
と同じ手順で蓄電手段２に充電する。

【００２４】全体制御部１０が蓄電手段２の充電完了を
検出するか若しくは深夜電力の供給時間帯が終了するこ
とにより充電を終了し、深夜電力開閉手段５を開路す
る。なお、深夜電力の供給時間帯の管理は全体制御部１
０の内部の計時手段(図示せず)により行う。また放電時
は、全体制御部１０で深夜電力の供給時間帯が終了した
ことと深夜電力開閉手段５が開路していることを確認し
た後、実施例１と同様に蓄電手段２が放電可能であるこ
とを確認し、蓄電手段２の直流の電圧を放電電圧変換手
段１１で商用電源１７と系統連系させる場合のガイドラ
インで規定された電圧の交流出力を発生させるのに適し
たレベルの直流電圧に変換し、係る直流電圧を直交変換
手段１２で商用電源１７と系統連系可能な品質の交流出
力を生成する。電流検出手段１６ｂで商用電源１７から
の給電電流ｉ₁ を監視し、（１）式が成立する状況にな
ったら、出力開閉手段１４を閉路し、非常給電系１５ｂ
以外の宅内給電線１５ａの負荷電流ｉ_3aと家庭用蓄電装
置１の出力電流ｉ₂ に対して、

【００２５】

【数３】 ｉ_3a−ｉ₂＞０ …（３） が成立するように家庭用蓄電装置１の出力電流ｉ₂ を電
流制御して家庭用蓄電装置１より給電する。前記負荷電
流ｉ_3aが減少して、（３）式若しくは（１）式が成立し
なくなったら直ちに出力開閉手段１４を開路し、家庭用
蓄電装置１からの給電を停止する。家庭用蓄電装置１は
一旦出力を停止したら、負荷電流ｉ_3aが増加しても所定
時間は再出力をしない。

【００２６】また、電圧検出手段６ｂ及び電流検出手段
１６ｂにより商用電源１７の停電を検出したら、商用電
源開閉手段１８，出力開閉手段１４及び自立運転保護遮
断手段２２を開路して、宅内の全負荷への給電を停止
し、商用電源開閉手段１８及び自立運転保護遮断手段２
２の開路を確認後所定時間経過したら出力開閉手段１４
を閉路して、家庭用蓄電装置１の自立運転により非常給
電系１５ｂにのみ給電を開始する。

【００２７】家庭用蓄電装置１の自立運転時の出力制御
は電圧制御により行う。なお、非常給電系１５ｂを無停
電にしたい場合には、自立運転保護遮断手段２２を系統
連携点として、非常給電系１５ｂを家庭用蓄電装置１に
付属した管理する方法が考えられる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、第１の発明記載の家庭用
蓄電装置及び家庭用蓄電装置の制御方法によれば、家庭
用蓄電装置の出力電流を宅内の全消費電流よりも少なく
なるように制御するので、前記家庭用蓄電装置の出力が
宅外に逆潮流することがなく、廉価な深夜電力の蓄電を
昼間宅内のみで有効利用でき、また宅内の消費電流の一
部を分担供給するので家庭用蓄電装置の出力定格を小さ
く出来る。

【００２９】更に家庭用蓄電装置の出力は商用電源の給
電電流より常に少なく、商用電源の給電を補完する利用
方法となるため、商用電源の停電の検知が容易になると
ともに、他の蓄電装置や分散電源システムに干渉しな
い。

【００３０】また、第２の発明記載の家庭用蓄電装置及
び家庭用蓄電装置の制御方法によれば、請求項１記載の
ものの効果に加え、家庭用蓄電装置からの給電電流が商
用電源からの給電電流よりも所定値以上少なくなるの
で、宅内の消費電流が減少したときでも宅外への逆潮流
の防止が容易になり、商用電源の停電時の電圧・電流の
変動が大きくなるため商用電源の停電検知がより容易に
なる。

【００３１】また、第３の発明記載の家庭用蓄電装置及
び家庭用蓄電装置の制御方法によれば、商用電源の停電
時には宅内の所定負荷に家庭用蓄電装置から給電するこ
とができ、停電時の災害防止に有効な家庭用蓄電装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である家庭用蓄電装置の構成
を示す回路図である。

【図２】本発明の実施例２である家庭用蓄電装置の構成
を示す回路図である。

【符号の説明】

１…家庭用蓄電装置、２…蓄電手段、３…深夜電力、４
…深夜電力開閉手段。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G015 FA05 FA08 GA11 HA12 JA24 JA32 JA35 JA52 5G066 JA02 JA04 JA20 JB03 5H007 BB00 CC03 CC12 DA05 DB01 DC02 DC05 FA03 FA12 FA14 FA19 GA09

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次電池による蓄電手段を具備した家庭用
   蓄電装置に於いて、宅内の全消費電流を計測する消費電
   流計測手段と、該家庭用蓄電装置内に深夜電力の交流を
   直流に変換して前記蓄電手段に充電する充電手段を設け
   ると共に、深夜電力の供給時間帯以外の時間帯に前記蓄
   電手段の直流を商用周波数の交流に変換して宅内の商用
   電源に重畳して放電出力する出力手段を設け、該家庭用
   蓄電装置の出力電流を、前記消費電流計測手段で計測し
   た宅内の全消費電流よりも少なくなるように制御するこ
   とを特徴とする家庭用蓄電装置。