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発明の名称 電力貯蔵システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−298872(P2001−298872A)
公開日 平成13年10月26日(2001.10.26)
出願番号 特願2000−112116(P2000−112116)
出願日 平成12年4月13日(2000.4.13)
代理人 【識別番号】100064746
【弁理士】
【氏名又は名称】深見 久郎 (外4名)
【テーマコード(参考)】
5G003
5G066
【Fターム(参考)】
5G003 AA01 AA07 BA01 CA14 CC02 DA07 DA13 GB06 
5G066 JA07 JB03
発明者 出口 洋成 / 徳田 信幸
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 電力系統の安定化を図るための電力貯蔵システムであって、前記電力系統の過剰電力が充電され、その放電電力によって前記電力系統の不足電力を補償するための電力貯蔵電池、前記電力貯蔵電池の充電状態を検出する充電状態検出手段、前記電力系統の電力の過不足のレベルを検出する電力レベル検出手段、前記電力レベル検出手段の検出結果に基づいて前記電力貯蔵電池の充電電力/放電電力を指令する充放電指令手段、前記充電状態検出手段の検出結果に基づいて前記電力貯蔵電池に充電する電力の上限値を設定し、前記電力貯蔵電池の過充電を防止するための過充電防止手段、および前記充放電指令手段によって指令された充電電力が前記過充電防止手段によって設定された上限値よりも大きい場合はその上限値の電力を前記電力貯蔵電池に充電し、それ以外の場合は前記充放電指令手段の指令に従って前記電力貯蔵電池の充放電を行なう充放電実行手段を備える、電力貯蔵システム。
【請求項2】 さらに、前記充電状態検出手段の検出結果に基づいて前記電力貯蔵電池の放電電力の上限値を設定し、前記電力貯蔵電池の過放電を防止するための過放電防止手段を備え、前記充放電実行手段は、前記充放電指令手段によって指令された放電電力が前記過放電防止手段によって設定された上限値よりも大きい場合はその上限値の電力を前記電力貯蔵電池から放電させる、請求項1に記載の電力貯蔵システム。
【請求項3】 電力系統の安定化を図るための電力貯蔵システムであって、前記電力系統の過剰電力が充電され、その放電電力によって前記電力系統の不足電力を補償するための電力貯蔵電池、前記電力貯蔵電池の端子電圧を検出する電圧検出手段、前記電力系統の電力の過不足のレベルを検出する電力レベル検出手段、前記電力レベル検出手段の検出結果に基づいて前記電力貯蔵電池の充電電力/放電電力を指令する充放電指令手段、および前記電圧検出手段によって検出された前記電力貯蔵電子の端子電圧が予め定められた上限値に到達した場合は前記電力貯蔵電池の端子電圧を前記上限値に保持し、それ以外の場合は前記充放電指令手段の指令に従って前記電力貯蔵電池の充放電を行なう充放電実行手段を備える、電力貯蔵システム。
【請求項4】 前記充放電実行手段は、前記電圧検出手段によって検出された前記電力貯蔵電池の端子電圧が予め定められた下限値に到達した場合は前記電力貯蔵電池の端子電圧を前記下限値に保持する、請求項3に記載の電力貯蔵システム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電力貯蔵システムに関し、特に、電力系統の安定化を図るための電力貯蔵システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電力系統の余分な電力を電力貯蔵電池に貯蔵し、電力系統の電力が不足したときに電力貯蔵電池の電力を電力系統に与えることにより、電力系統の周波数・電圧の安定化を図る電力貯蔵システムが開発されている。
【0003】たとえば離島において風力発電機が電力系統に連係されている場合は、図7に示すように、風力発電機の発生電力PWは羽根の回転や風の変動に伴って変動する。発生電力PWが目標値よりも大きいときは過剰分を電力貯蔵池に貯蔵し(この場合、電池の出力電力Poutは負になる)、発生電力PWが目標値よりも小さいときは電力貯蔵電池の電力Poutを電力系統に与える。これにより、PW+Poutは一定になり、電力系統の周波数・電圧の安定化を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵電池の充放電状態の管理・制御が十分に行なわれていなかったので、電池の過充電や過放電が生じて電池の寿命が短くなったり、電池の使用効率が低いという問題があった。
【0005】それゆえに、この発明の主たる目的は、電力貯蔵電池の長寿命化およびその使用効率の向上を図ることが可能な電力貯蔵システムを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、電力系統の安定化を図るための電力貯蔵システムであって、電力系統の過剰電力が充電され、その放電電力によって電力系統の不足電力を補償するための電力貯蔵電池と、電力貯蔵電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、電力系統の電力の過不足のレベルを検出する電力レベル検出手段と、電力レベル検出手段の検出結果に基づいて電力貯蔵電池の充電電力/放電電力を指令する充放電指令手段と、充電状態検出手段の検出結果に基づいて電力貯蔵電池に充電する電力の上限値を設定し、電力貯蔵電池の過充電を防止するための過充電防止手段と、充放電指令手段によって指令された充電電力が過充電防止手段によって設定された上限値よりも大きい場合はその上限値の電力を電力貯蔵電池に充電し、それ以外の場合は充放電指令手段の指令に従って電力貯蔵電池の充放電を行なう充放電実行手段とを備えたものである。
【0007】請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明に、充電状態検出手段の検出結果に基づいて電力貯蔵電池の放電電力の上限値を設定し、電力貯蔵電池の過放電を防止するための過放電防止手段がさらに設けられる。充放電実行手段は、充放電指令手段によって指令された放電電力が過放電防止手段によって設定された上限値よりも大きい場合はその上限値の電力を電力貯蔵電池から放電させる。
【0008】請求項3に係る発明は、電力系統の安定化を図るための電力貯蔵システムであって、電力系統の過剰電力が充電され、その放電電力によって電力系統の不足電力を補償するための電力貯蔵電池と、電力貯蔵電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、電力系統の電力の過不足のレベルを検出する電力レベル検出手段と、電力レベル検出手段の検出結果に基づいて電力貯蔵電池の充電電力/放電電力を指令する充放電指令手段と、電圧検出手段によって検出された電力貯蔵電子の端子電圧が予め定められた上限値に到達した場合は電力貯蔵電池の端子電圧を上限値に保持し、それ以外の場合は充放電指令手段の指令に従って電力貯蔵電池の充放電を行なう充放電実行手段とを備えたものである。
【0009】請求項4に係る発明では、請求項3に係る発明の充放電実行手段は、電圧検出手段によって検出された電力貯蔵電池の端子電圧が予め定められた下限値に到達した場合は電力貯蔵電池の端子電圧を下限値に保持する。
【0010】
【発明の実施の形態】実施の形態を説明する前に、まずこの発明に係る電力貯蔵システムの原理について説明する。図1は、この電力貯蔵システムで用いられる電力貯蔵電池の充放電特性を示す図である。電力貯蔵電池としては、従来と同様、化学反応により充放電を行なうもの(NAS電池、鉛電池、レドックスフロー電池など)が用いられる。
【0011】図1において、この電力貯蔵電池では、充電状態の高低によって充放電特性が異なる。電池の充電状態が高くなると開放端子電圧VO(充放電電力が0の場合の端子電圧V)が高くなり、電池の充電状態が低くなると開放端子電圧VOが低くなる。
【0012】電池の放電電力PDが大きくなるに従って端子電圧Vが低下し、端子電圧Vが下限値VDよりも低くなると端子電圧Vは急に低下する。端子電圧Vが下限値VDよりも低い過放電状態で電池を使用すると、電池内部の電極の表面に絶縁層が形成され、電池の寿命が短くなる。
【0013】逆に、電池の充電電力PCが大きくなるに従って端子電圧Vが上昇し、端子電圧Vが上限値VUよりも高くなると端子電圧Vは急に上昇する。端子電圧Vが上限値VUよりも高い過充電状態で電池を使用すると、電池内部の電解質が分解され、電池の寿命が短くなる。
【0014】そこで、この発明に係る電力貯蔵システムでは、電力貯蔵電池は、その端子電圧VがVD〜VUの範囲に収まるように使用される。たとえば、図中充電状態が高い場合において端子電圧Vが下限値VDよりも低下するような電力PD(>PD1)を放電するように指令された場合は放電電力PDをPD1に保持し端子電圧Vを下限値VDに保持する。また、端子電圧Vが上限値VUよりも上昇するような電力PC(>PC1)を充電するように指令された場合は充電電力PCをPC1に保持し端子電圧Vを上限値VUに保持する。端子電圧VがVD〜VUになるような電力PC,PDを充電または放電するように指令された場合は指令された電力PC,PDをそのまま充電または放電する。
【0015】したがって、この発明に係る電力貯蔵システムでは、電力貯蔵電池が過充電されたり過放電されることがないので、電池の長寿命化が図られる。また、過充電または過放電状態になるような充電または放電が指令された場合は、開放端子電圧VOに応じて過充電または過放電にならない最大の電力を充電または放電するので、電池の使用効率が高くなり、高い系統安定化力が得られる。以下、図に従って、この発明に係る電力貯蔵システムについて詳細に説明する。
【0016】図2は、この発明の一実施の形態による電力貯蔵システムの構成を示すブロック図である。図2において、この電力貯蔵システムは、制御装置1、電力貯蔵電池8およびDC/AC変換器9を備え、制御装置1は、変動量検出器2、補償信号生成部3、基準動作指令部4、加算器5、リミッタ6および充電量検出器7を含む。この電力貯蔵システムは、たとえば風力発電機10の発生電力PWを受ける電力供給線11に接続される。
【0017】変動量検出器2は、電力供給線11に接続され、風力発電機10の発生電力PWを検出し、検出値に応じたレベルの変動量検出信号PW′を生成して補償信号生成部3に与える。信号PW′は、図3(a)に示すように、風力発電機10の羽根の回転、風の変動などに応じて変動する。
【0018】補償信号生成部3は、変動量検出器2から与えられた信号PW′の変動成分を抽出し、その変動を補償するための補償信号Hを生成して加算器5に与える。信号Hは、図3(b)に示すように、信号PW′から直流成分を除去した信号となる。
【0019】基準動作指令部4は、風力発電機10の発生電力PWに関係なく、基準動作指令信号Bによって電力貯蔵電池8およびDC/AC変換器9の充放電動作を指令する。基準動作指令部4は、たとえば電力消費量が大きな日中は電池8の放電を指令し、電力消費量が小さな深夜は電池8の充電を指令する。図3(c)では、ある時刻t0までは信号Bは正の値になって電池8の放電を指令し、その時刻t0以後は信号Bは負の値になって電池8の充電を指令する。
【0020】加算器5は、図3(d)に示すように、補償信号生成部3からの信号Hと基準動作指令部4からの信号Bのレベルを加算して充放電指令信号Pを生成する。信号Pは、リミッタ6に与えられる。充電量検出器7は、電力貯蔵電池8の開放端子電圧VOを検出し、その検出値に応じたレベルの信号VO′をリミッタ6に与える。
【0021】リミッタ6は、電力貯蔵電池8の過充電および過放電が生じないように、信号VO′のレベルに応じて信号Pのレベルを制限する。すなわち、リミッタ6は、図4(a)(b)に示すように、信号VO′の各レベルに応じた信号Pの上限値Paおよび下限値−Pbを記憶している。
【0022】充電状態が比較的高く信号VO′のレベルが高い場合(VO′=V1)は、図4(a)に示すように、信号Pの上限値Pa1は比較的高く、信号Pの下限値−Pb1は比較的低い。これは図1において、充電状態が高い場合は放電電力PDの上限値PD1が比較的大きく、充電電力PCの下限値PC1が比較的小さいことに対応している。
【0023】また、充電状態が比較的低く信号VO′のレベルが低い場合(VO′=V2)は、図4(b)に示すように、信号Pの上限値Paには比較的低く、信号Pの下限値−Pb2は比較的高い。これは図1において、充電状態が低い場合は放電電力PDの上限値PD2が比較的小さく、充電電力PCの下限値PC2が比較的大きいことに対応している。
【0024】リミッタ6の出力信号P′のレベルは、信号Pのレベルが上限値Paよりも高い場合(Pa<P)は上限値Paとなり、信号Pのレベルが下限値Pbよりも低い場合(P<−Pb)は下限値−Pbとなり、信号Pのレベルが上限値Paと下限値Pbの間にある場合(−Pb≦P≦Pa)は信号Pのレベルに等しくなる。したがって、図3(d)(e)に示すように、連続的に放電を指令した場合は充電状態が低下して信号Pの上限値Paが低下し、信号P′の上限が低下する。また、連続的に充電を指令した場合は充電状態が上昇して信号Pの下限値−Pbが上昇し、信号P′の下限値が上昇する。信号P′は、DC/AC変換器9に与えられる。
【0025】DC/AC変換器9は、電力貯蔵電池8と電力供給線11との間に設けられ、リミッタ6からの信号P′に従って電力貯蔵電池8の充放電を行なう。信号P′のレベルが正の場合は、電力貯蔵電池8の直流電圧がDC/AC変換器9によって信号P′に応じたレベルの交流電圧に変換されて電力供給線11に与えられる。信号P′のレベルが負の場合は、電力供給線11の交流電圧がDC/AC変換器9によって信号P′に応じたレベルの直流電圧に変換されて電力貯蔵電池8に与えられる。DC/AC変換器9は、たとえばPWM制御方式のインバータで構成される。
【0026】図5は、制御装置1の動作を示すフローチャートである。この図5に従って、この電力貯蔵システムの動作について説明する。
【0027】まずステップS1で変動量検出器2によって風力発電機10の発生電力PWに応じたレベルの変動量検出信号PW′が生成され、ステップS2で補償信号生成部3によって信号PW′から直流成分が除去されて補償信号Hが生成される。
【0028】次いでステップS3で基準動作指令部4によって基準動作指令信号Bが生成され、ステップS4で加算器5によって信号HとBのレベルが加算されて充放電指令信号Pが生成される。
【0029】次いでステップS5で充電量検出器7によって電力貯蔵電池8の開放端子電圧VOが検出され、その検出値に応じたレベルの信号VO′が生成される。信号PとVO′はリミッタ6に与えられる。
【0030】リミッタ6は、ステップS6で信号VO′のレベルに基づいて信号Pの上限値Paおよび下限値−Pbを読出し、ステップS7で信号Pのレベルが下限値−Pbよりも低いか否かを判別し、低い場合(P<−Pb)はステップS8で信号P′のレベルを−Pbとする。
【0031】またリミッタ6は、ステップS7で信号Pのレベルが下限値−Pbよりも高いと判別した場合は、ステップS9で信号Pのレベルが上限値Paよりも高いか否かを判別し、高い場合(P>Pa)はステップS10で信号P′のレベルPaとし、低い場合(−Pb≦P≦Pa)はステップS11で信号P′のレベルを信号Pのレベルに等しくする。ステップS1〜S11は、風力発電機10の発生電力PWの変動よりも十分に短い周期で繰返し行なわれる。信号P′は、DC/AC変換器9に与えられる。
【0032】信号P′のレベルが正の場合は電力貯蔵電池8の直流電圧がDC/AC変換器9によって交流電圧に変換されて電力供給線11に与えられ、電力貯蔵電池8の電力が電力供給線11に与えられる。信号P′のレベルが負の場合は電力供給線11の交流電圧がDC/AC変換器9によって直流電圧に変換されて電力貯蔵電池8に与えられ、電力供給線11の電力が電力貯蔵電池8に与えられる。したがって、電力供給線11の周波数および電圧が安定化され、電力供給線11に連係された電力系統の安定化が図られる。
【0033】なお、この実施の形態では、電力貯蔵電池8の開放端子電圧VOを測定し、その測定値に基づいて電力貯蔵電池8の充電状態を検出したが、これに限るものではなく、電池8の端子電圧Vおよび出力電力Iを測定し、その電流値Iと電池8の内部抵抗値Rとの積算値で端子電圧Vを補正して開放端子電圧VO=V−IRまたはVO=V+IRを求めてもよい。また、電池8の充電電力と放電電力を積分し、その積分値から電力貯蔵電池8の充電状態を検出してもよい。さらに、電池8の電解質(たとえば鉛電池の希硫酸、レドックスフロー電池の電解液)を取出して分析し、その分析結果に基づいて電力貯蔵電池8の充電状態を検出してもよい。
【0034】また、この実施の形態では、風力発電機10の発生電力PWを検出し、その検出結果に基づいて電池8の充放電を行なったが、これに限るものではなく、電力系統の周波数を検出し、その検出結果に基づいて電池8の充放電を行なってもよい。
【0035】図6は、この実施の形態の変更例による電力貯蔵システムの構成を示すブロック図であって、図2と対比される図である。図6において、この電力貯蔵システムが図2の電力貯蔵システムと異なる点は、リミッタ6および充電量検出器7がそれぞれリミッタ16および端子電圧検出器17で置換されている点である。
【0036】端子電圧検出器17は、電力貯蔵電池8の端子電圧Vを検出し、その検出値に応じたレベルの信号V′をリミッタ16に与える。リミッタ16は、信号V′に基づいて、電力貯蔵電池8の端子電圧Vが図1で示した下限値VDに到達したときは端子電圧Vが下限値VDに保持されるように信号Pのレベルを制御し、電力貯蔵電池8の端子電圧Vが図1で示した上限値VUに到達したときは端子電圧Vが上限値VUに保持されるように信号Pのレベルを制御して、信号P′を生成する。したがって、この変更例でも、電力貯蔵電池8の過充電および過放電が防止され、かつ電力貯蔵電池8の使用効率が高くなる。
【0037】なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0038】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る発明では、電力貯蔵電池の充電状態を検出し、その検出結果に基づいて電力貯蔵電池に充電する電力の上限値を設定する。そして、指定された充電電力が設定された上限値よりも大きい場合はその上限値の電力を電力貯蔵電池に充電し、それ以外の場合は指令どおりに電力貯蔵電池の充放電を行なう。したがって、電力貯蔵電池が過充電されるのを防止することができ、電池の長寿命化を図ることができる。また、指令された充電電力が上限値を超える場合は、充電電力をその上限値に保持するので、電池の使用効率が高くなる。
【0039】請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明において、さらに、電力貯蔵電池の充電状態の検出結果に基づいて電力貯蔵電池の放電電力の上限値を設定し、指令された放電電力が設定された上限値よりも大きい場合はその上限値の電力を電力貯蔵電池から放電させる。したがって、電力貯蔵電池が過放電されるのを防止することができ、さらに電池の長寿命化を図ることができる。また、指令された放電電力が上限値を超える場合は、放電電力をその上限値に保持するので、さらに電池の使用効率が高くなる。
【0040】請求項3に係る発明では、電力貯蔵電池の端子電圧を検出し、その検出値が予め定められた上限値に到達した場合は電力貯蔵電池の端子電圧をその上限値に保持し、それ以外の場合は指令どおりに電力貯蔵電池の充放電を行なう。したがって、電力貯蔵電池が過充電されるのを防止することができ、電池の長寿命化を図ることができる。また、電力貯蔵電池の端子電圧が上限値に到達した場合はその上限値に保持するので、電池の使用効率が高くなる。
【0041】請求項4に係る発明では、請求項3に係る発明において、電力貯蔵電池の端子電圧の検出値が予め定められた下限値に到達した場合は電力貯蔵電池の端子電圧をその下限値に保持する。したがって、電力貯蔵電池が過放電されるのを防止することができ、さらに電池の長寿命化を図ることができる。また、電力貯蔵電池の端子電圧が下限値に到達した場合はその下限値に保持するので、さらに電池の使用効率が高くなる。




 

 


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