CN102170150A - 蓄电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可高效地将来自太阳能电池或蓄电池的任意一个直流电流转换成交流电流的蓄电系统。该系统包括：太阳能电池；将由该太阳能电池发电的直流电力转换成规定的频率的交流电力、提供给连接有负载的室内交流布线的太阳能电池用DC/AC转换器；蓄电池；使用直流电力或对经由上述室内交流布线得到的交流电力进行整流后得到的直流电力中的任意一个直流电力、对上述蓄电池进行充电的充电器；和将对上述蓄电池进行充电的直流电力转换成交流电力、提供给上述室内交流布线的蓄电池用DC/AC转换器。上述太阳能电池用DC/AC转换器进行MPPT控制，以使得上述太阳能电池的发电容量接近最大，上述蓄电池用DC/AC转换器结构为，控制转换量，以使得经过上述室内交流布线提供给上述负载的电力不低于预先设定的值。

Description

蓄电系统
技术领域
本发明涉及一种蓄电系统，具备蓄电池、DC/AC转换器等构成的蓄电系统。
背景技术
此种蓄电系统，在从商用的电力系统提供电力的室内交流布线上重叠太阳能电池的发电电力或蓄电池的充电电力，向负载提供电力，可使来自系统的消耗电力减少提供发电电力或充电电力的部分，能降低从系统提供的电力的最大值。
此情况下，由于太阳能电池的发电电力或蓄电池的充电电力是直流电力，所以在与作为交流的电力系统之间具备DC/AC转换器(逆变器：inverter)，用此DC/AC转换器将直流电力转换成与电力系统相同频率的交流电力后，重叠在室内交流布线上(参照专利文献1)。
此外，由于太阳能电池的发电电力随太阳的日射量的变化而改变，所以在太阳能电池用的DC/AC转换器中具备对其前级进行升压的DC/DC电路(动力调节器：power conditioner)是已知的，为了在该升压时使太阳能电池的发电电力变得最大而调节升压后的电压和电流的值(参照专利文献2)。
专利文献1 JP特开平6-266458号公报
专利文献2 JP特开2002-354677号公报
发明内容
但是，上述专利文献1及2所述的技术，任何一个技术都是具备1个DC/AC转换器(逆变器)的结构，用此DC/AC转换器将太阳能电池的发电电力或蓄电池的充电电力转换成交流电力提供给电力系统。
为此，在想要同时用单一的DC/AC转换器转换太阳能电池的发电电力和蓄电池的充电电力的时候，作为任何一个的发电效率或放电效率被优先的整体的发电效率无法提高。
因此，鉴于上述问题进行本发明，提供一种可高效地将来自太阳能电池或蓄电池的直流电流的任意一个直流电流转换成交流电流的蓄电系统。
为了解决上述课题，本发明把握以下的结构。
(1)本发明的蓄电系统，包括：太阳能电池；将由该太阳能电池发电的直流电力转换成规定的频率的交流电力后、提供给连接有负载的室内交流布线的太阳能电池用DC/AC转换器；蓄电池；使用直流电力或对经由上述室内交流布线得到的交流电力进行整流后得到的直流电力中的任意一个直流电力、对上述蓄电池进行充电的充电器；和将对上述蓄电池进行充电的直流电力转换成交流电力，并提供给上述室内交流布线的蓄电池用DC/AC转换器；对上述太阳能电池用DC/AC转换器进行最大功率跟踪控制(MPPT控制)，以使得上述太阳能电池的发电容量接近最大，上述蓄电池用DC/AC转换器控制转换量，以使得经过上述室内交流布线提供给上述负载的电力不低于预先设定的值。
(2)本发明的蓄电系统，进一步地，上述充电器具备使用由上述太阳能电池发电的直流电力对上述蓄电池进行充电的结构。
(3)本发明的蓄电系统，进一步地，具备检测从上述室内交流布线提供给负载的电力的检测器，在由上述检测器检测出的上述电力低于规定的值或低于从上述太阳能电池用DC/AC转换器向上述室内交流布线提供的电力的时候，停止上述蓄电池用DC/AC转换器的工作，使上述充电器工作。
(4)本发明的蓄电系统，进一步地，具备检测从上述室内交流布线提供给负载的电力的检测器，在由上述检测器检测出的上述电力低于规定的值或低于从上述太阳能电池用DC/AC转换器向上述室内交流布线提供的电力的时候，停止上述太阳能电池用DC/AC转换器及上述蓄电池用DC/AC转换器的工作，将从上述太阳能电池用DC/AC转换器的DC部提供的直流电力提供给上述充电器，对上述蓄电池进行充电。
(5)本发明的蓄电系统，进一步地，上述太阳能电池用DC/AC转换器的DC部被构成为输出被控制在规定的电压的直流电力，利用该直流电力对上述蓄电池进行充电。
(6)本发明的蓄电系统，具备将蓄电池的充电电力转换成交流电力提供给室内交流布线的蓄电池用DC/AC转换器，其中，该室内交流布线将由太阳能电池发电的直流电力转换成规定的频率的交流电力来提供；具备使用上述蓄电池中的直流电力或对经由上述室内交流布线得到的交流电力进行整流后得到的直流电力中的任意一个直流电力、对上述蓄电池进行充电的充电器；并且上述蓄电池用DC/AC转换器，控制转换量，以使得经过上述室内交流布线提供给负载的电力不低于预先设定的值。
根据本发明的蓄电系统，可高效地将来自太阳能电池或蓄电池的任意一个直流电流转换成交流电流。
附图说明
图1是表示本发明的蓄电系统的实施例1的整体概括图。
图2是表示图1所示的太阳能电池用的DC/AC转换器的内部结构的一实施例的电路图。
图3是表示在本发明的蓄电系统中充电和MPPT控制之间的关系的工作流程图。
图4是表示在本发明的蓄电系统中蓄电池的充电及从太阳能电池向室内交流布线的放电的工作流程图。
图5是表示本发明的蓄电系统的实施例2的说明图。
图6是表示在用于明确本发明的效果的图中不适用图5的结构时的一例的假设图。
图7是表示在用于明确本发明的效果的图中不适用图5的结构时的另一例的假设图。
图8是表示在图5所示的结构中进一步改良的结构的图。
图9是图8所示的控制部的工作流程图。
符号说明
10-太阳能电池，12-电池单元，14-开关组，20-太阳能电池用DC/AC转换器，21-DC/DC电路，22-逆变器电路，23-控制器，30-配电盘，31-室内交流布线，32-负载，40-控制器，42-检测器，50-分配器，60-充电器，70-蓄电池，71-旁路(bypass)电路，80-整流器，90-蓄电池用DC/AC转换器，91-开关，100-串并联切换BOX，101-连接箱，104-控制部，105-PCS控制器
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的蓄电系统的优选实施方式。再有，在各图中，对于相同的构成要素分别付与相同的符号进行表示。
(实施方式1)
首先，图1是表示本发明的蓄电系统的整体的概括图。在此图中，10是太阳能电池，串联连接多个太阳能电池单元而构成太阳能电池。
由太阳能电池10发电的电力(直流电力)被提供给分配器50，选择性地提供给太阳能电池用DC/AC转换器(称为动力调节器)20或充电器60中的任意一个。太阳能电池用DC/AC转换器20将直流电力转换成规定的频率的交流电力后，向室内交流布线31上重叠。此室内交流布线31经由具有电流断路器(breaker)等的配电盘30连向电力系统，上述规定的频率是此电力系统的频率(50Hz或60Hz)。
例如，在室内交流布线31上连接有电视机、空调机、电冰箱等负载32。再有，图中，控制器40，构成未图示的上述控制部的一部分，具有通过检测器(变流器(current transformer)等)42检测提供给负载32的交流电流、与电压一起计算消耗电力的功能。
太阳能电池用DC/AC转换器20的更详细的说明在后面进行，其具有对由DC/DC转换器进行升压的电压进行调节以使得太阳能电池10中的发电电力(电压和电流的积)变得最大的最大功率跟踪控制(MPPT控制)功能。
此外，具有将经由分配器50向充电器60提供的太阳能电池10的发电电力储备在蓄电池70中的结构。例如，充电器60由DC/DC转换器等构成，能使从太阳能电池10输出的电压进行升压或降压。例如，蓄电池70由铅蓄电池、锂电池、或其它电池构成。
例如，锂电池的时候，要是此电池的端子电压在规定电压以下就进行基于恒定电流控制的充电，如果比规定电压大就进行基于恒定电压控制的充电，在端子电压达到相当于作为目标的充电量的电压时，判断充电结束。
再有，来自室内交流布线31的交流电力经由整流器80进行整流变为直流电力后，提供给充电器60，并与上述同样地对蓄电池70进行充电。由此，就能按照要求从室内交流布线31进行向蓄电池70的充电。即，充电器60就能够将对来自太阳能电池10的直流电力和来自室内交流布线31的交流电流进行整流后得到的直流电力中的任何一个直流电力对上述蓄电池70进行充电。
并且，来自蓄电池70的直流电力，经由蓄电池用DC/AC转换器90转换成交流电力后，经由开关91就提供给室内交流布线31。此交流电力是与太阳能电池用DC/AC转换器20同样地，在将直流电力转换成规定的频率的交流电力后，向室内交流布线31重叠的交流电力，此规定的频率也是电力系统的频率。
蓄电池用DC/AC转换器90通过控制器40输入来自检测器42的输出，输出对蓄电池用DC/AC转换器90的工作进行控制的信号，以使得基于此检测器42检测出的电流得到的负载32的消耗电力不超过蓄电池用DC/AC转换器90的输出电力。由此，就能防止来自蓄电池70的输出引起的逆潮流。
蓄电池用DC/AC转换器90既可以与太阳能电池用DC/AC转换器20结构相同，也可以不同。再有，蓄电池用DC/AC转换器90可构成为与太阳能电池用DC/AC转换器20相独立的结构。即，蓄电池用DC/AC转换器90的控制和太阳能电池用DC/AC转换器20的控制分别由未图示的控制部相互独立地进行。由此，起到可按照太阳能电池用DC/AC转换器20高效地进行太阳能电池用DC/AC转换器20的电力转换，可按照蓄电池70的电压高效地进行蓄电池用DC/AC转换器90的电力转换的效果。
图2是表示太阳能电池用DC/AC转换器20的内部结构的详情的电路图。此外，图2还一起示出了太阳能电池用DC/AC转换器20与太阳能电池10、充电器60、蓄电池70、蓄电池用DC/AC转换器90、及负载32之间的连线关系。省略分配器50及其连线、控制部40等的图示。
如图2所示，太阳能电池用DC/AC转换器20由连接在太阳能电池10一侧的DC/DC转换器(升压电路)21、和连接在室内交流布线31一侧的逆变器电路22构成。DC/DC转换器21由电抗(reactance)、二极管、电容器、开关元件等构成，是改变此开关元件的占空比(ON duty)、将连接点J的电压控制在目标值的、通常已知的PWM方式的升压电路，省略详细的说明。
向控制器23输入太阳能电池10的电压及电流，进行监视。控制器23基于此电压及电流计算太阳能电池10的发电电力，进行所谓改变开关元件的占空比以使得此发电电力变得最大的MPPT控制。在此，MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制也称为最大功率跟踪控制，成为用于有效地取出对应来自太阳能电池10的发电电力的最大电力的控制。在太阳能电池10的输出电压-输出电流特性中，直到输出电压达到规定值以前、输出电流都是固定的，如果输出电压变得比此规定值高，就会急剧地变化，此外，太阳能电池10的发电电力受日射量的影响而会变化，这样的控制成为解决以上的不适合的控制。
此外，逆变器电路22由所谓单相的全桥电路和与此全桥电路连接的电抗器(滤波器)构成，构成全桥的各片(臂)与开关元件和二极管并联连接。逆变器电路22，将来自DC/DC电路21的直流电力转换成交流电力，此时通过提供用于向构成全桥电路的4个晶体管输出疑似正弦波的PWM(Pulse Width Modulation)信号，就能调整输出电力及频率。此时的控制也能由未图示的控制部进行。
此外，此实施例的时候，如图2所表明的，结构为，来自太阳能电池用DC/AC转换器20的DC部的直流电力可经由充电器60对蓄电池70进行充电的结构。图3是表示此时的充电和MPPT控制之间的关系的工作流程图。
在图3中，首先，如步骤S1所示，判定是否用来自太阳能电池用DC/AC转换器20的DC部的直流电力对蓄电池70进行充电。在进行充电的情况下，如步骤S2所示，用控制器23检测来自太阳能电池用DC/AC转换器的DC部的电压及电流，计算直流电力(电压×电流)。在不对蓄电池70进行充电的时候，移向步骤S5，对室内交流布线31释放来自太阳能电池10的电力。
接着，如步骤S3所示，比较本次的直流电力是否比前一次的直流电力大。在本次的直流电力比前次的直流电力大的时候，如步骤S4所示，利用控制器23向使DC/DC电路21的升压电压上升的方向进行驱动。在本次的直流电力不比前一次的直流电力大的时候，在步骤S6中向使DC/DC电路21的升压电压下降的方向进行驱动后，返回步骤S1，下面重复进行工作。
返回图1，蓄电池用DC/AC转换器90例如与太阳能电池用DC/AC转换器20结构相同。但是，不限于此，也可以是由其它结构构成的蓄电池用DC/AC转换器。但是，如上所述，蓄电池用DC/AC转换器90的控制和太阳能电池用DC/AC转换器20的控制可分别由未图示的控制部彼此独立的进行。此情况下，蓄电池用DC/AC转换器90的结构为，控制工作或转换量，以使得从室内交流布线31流向负载32的电流不超过预先设定的值。蓄电池用DC/AC转换器90可利用经由控制器40来自检测器42的输出进行上述控制。
通过进行这种控制，在从蓄电池用DC/AC转换器90向室内交流布线31上重叠的交流电力超过负载32的消耗电力时，就能控制其剩余电力逆潮流向电力系统。
图4是表示在上述结构的蓄电系统中向蓄电池70的充电及从蓄电池70向室内交流布线31的放电的工作流程图。
在图4中，首先，如步骤S11所示，比较来自蓄电池70的电力和提供给负载32的交流电力。在此，来自蓄电池70的电力，例如使用从蓄电池用DC/AC转换器90向上述室内交流布线31提供的电力，向负载32提供的交流电力，例如可使用由上述检测器42检测出的电力。而且，在提供给负载32的交流电力比来自蓄电池70的电力低的时候，如步骤S12所示，减少来自蓄电池70的放电量。例如，通过改变逆变器电路中的PWM信号、降低疑似正弦波的电压来进行此放电量。在提供给负载32的交流电力不低于来自蓄电池70的电力的时候，就移向后述的步骤S13。在步骤S13中，比较提供给负载32的交流电力和固定值W1。在此，W1是考虑放电效率等从蓄电池70实际上最少放电量。提供给负载32的交流电力低于固定值W1的时候，如步骤S14所示，来自蓄电池70的放电就会停止。在提供给负载32的交流电力不低于W1的时候，就仍旧这样维持放电。此后，返回步骤S11，重复上述工作。
如此构成的蓄电系统，太阳能电池用DC/AC转换器20和蓄电池用DC/AC转换器90被单个构成，此外，各自的控制也彼此独立地进行。为此，就能高效地将来自太阳能电池或蓄电池的直流电流中的任意一个直流电流转换成交流电流。
(实施方式2)
在上述实施例中，构成这样的结构，在将来自太阳能电池10的直流电力充电给蓄电池70的时候，能从太阳能电池用DC/AC转换器20的DC部取出直流电力，此直流电力，如图1、图2所示，经由充电器60充电给蓄电池70。
但是，如图5所示，也可以构成为来自太阳能电池用DC/AC转换器20的DC部的直流电力，在固定的条件下，不经由充电器60(使充电器60旁路)，而对蓄电池70充电的结构。此情况下，在此说明书中，将从太阳能电池用DC/AC转换器20的DC部直接给蓄电池70充电的电路称为旁路电路71。再有，图5为仅从图1抽出太阳能电池10、太阳能电池用DC/AC转换器20、充电器60、蓄电池70、及负载32的图。此外，在图5中，构成配置图1中未绘出的串并联切换BOX100的结构。但是，也可以没有此串并联切换BOX100。
此外，在图5中虽然未明确示出，但如图2所示，来自太阳能电池用DC/AC转换器20的直流电压的取出能从太阳能电池用DC/AC转换器20的DC部进行。
这样构成的蓄电系统具有在从太阳能电池10向蓄电池70进行充电的系统中可减少太阳能电池用DC/AC转换器20的损失及充电器60的转换损失，可实现电力消耗的节减的效果。
即，图6是表示假定使来自太阳能电池10的电力经由太阳能电池用DC/AC转换器20及充电器60对蓄电池70进行充电的情形的图，对应图5进行描绘。此情况下，就成为来自对蓄电池70进行充电的太阳能电池的电力，通过太阳能电池用DC/AC转换器20及充电器60而没有避免大幅度的转换损失的结构。此外，图7是描绘假定构成从串并联切换BOX100的输出侧取出来自太阳能电池10的电力、输入到蓄电池10的结构，由此不经由太阳能电池用DC/AC转换器20及充电器60进行充电、避免转换损失的图。但是，这种结构会产生对蓄电池70进行充电的电力不是从太阳能电池10在最大电力点获取的电力这样的不合格。
如此，如基于图6、图7的结构比较所表明的，图5所示的结构，在对蓄电池10充电的电力中可减少转换损失、此外可在最大电力点进行工作。
此外，在图5中，为了实现蓄电池70的充电的效率化，可利用未图示的控制部来进行下面的控制。即，太阳能电池10的输出电压与电池模块的端子电压相比在规定的值以上、或在电池模块的满充电电压以下时，可通过旁路电路71直接连接太阳能电池10和蓄电池70，对蓄电池70进行充电。此外，在太阳能电池10的输出电压与电池模块的电压相比在规定的值以下、及比电池模块的满充电电压高任意一种情况下，可不通过旁路电路71而通过充电器60对蓄电池70进行充电。在此，太阳能电池10由串联连接多个电池单元构成的电池模块构成，成为可检测各电池单元间的电压、至少可检测电池单元的过电压、过充电、电池模块的温度、给予电池模块的充放电电流的结构。此情况下，上述满充电电压可用从外部向电池模块施加的直流电力的充电电压进行判断。
图8是表示在图5所示的结构中，在直接连接太阳能电池10和蓄电池70、直接对蓄电池70进行充电的情况下，可从太阳能电池用DC/AC转换器20中的最大电力点和蓄电池70的电压获取进行有效的充电的结构的图。
在图8中，太阳能电池10由多个电池单元12构成，其中的几个(图中上侧所示的电池单元)串联连接、向连接箱101提供电力。此外，剩下的电池单元(图中下侧所示的电池单元)经由开关组14可向连接箱101提供电力。开关组14的各个开关根据来自后述的控制部104的信号导通·断开，由此，就能构成任意的个数(n个)的电池单元12的串联连接体。而且，形成像这样来自任意的个数的电池单元12的串联连接体的电力直接对蓄电池70进行充电的结构。
连接箱101经由PCS控制器105连接到室内交流布线31。在此，PCS控制器105成为按规定的比例使太阳能电池10的电力与室内交流布线31的电力进行联合并输出给室内交流布线31，内置上述太阳能电池用DC/AC转换器20的结构。再有，来自室内交流布线31的交流电力能经由充电器60对蓄电池70进行充电。
此外，控制部104构成图1中未图示的控制部的一部分，可检测PCS控制器105内的太阳能电池用DC/AC转换器20的最大电力点和蓄电池70的电压。然后，基于这些太阳能电池用DC/AC转换器20的最大电力点和蓄电池70的电压进行运算，利用此运算结果就能控制开关组14的各开关的导通·断开。由此，就能根据电池单元12的个数设定给蓄电池70进行充电的电压。
图9是表示控制部104的工作流程图。在图9中，首先如步骤S21所示，控制部104从PCS控制器105检测太阳能电池10的电压中最大电力点的电压Vs。接着，如步骤S22所示，从蓄电池70检测其电压Vb。接着，控制部104，如步骤S23所示，利用检测出的电压Vs和电压Vb计算几乎满足Vs/n＝Vb的n。并且，如步骤S24所示，控制部104判定Vs/n和Vb的误差是否在X％以内。X是预先设定的值，为根据是否有效进行充电而加以设定的值。而且，在Vs/n和Vb的误差在X％以内的时候，如步骤S25所示，使太阳能电池10的电池单元12的n个串联连接(n串联)，通过n串联的电池单元12可直接进行蓄电池70的充电。此后，返回步骤S21，以下重复进行工作。在步骤S24中，在Vs/n和Vb的误差不在X％以内的时候，如步骤S26所示，中止从太阳能电池10向蓄电池70的直接充电。此后，返回步骤S21，以下重复进行工作。
通过这样的结构，还能构成不需要设置充电器60的结构。
如此构成的蓄电系统在用来自太阳能电池10的电力对蓄电池70进行充电时，由于在固定的条件下不经由充电器60、直接对蓄电池70进行充电，所以能降低通过充电器60的转换损失，能实现电力消耗的节减。
在上文中，虽然详述了本发明的优选实施例，但并不限定为本发明的实施例，在权利要求范围所述的本发明的宗旨的范围内，可进行各种变形、变更。

Claims (6)

1.一种蓄电系统，其特征在于，包括：
太阳能电池；
太阳能电池用DC/AC转换器，其将由该太阳能电池发电的直流电力转换成规定的频率的交流电力后、提供给连接有负载的室内交流布线；
蓄电池；
充电器，其使用直流电力或对经由上述室内交流布线得到的交流电力进行整流后得到的直流电力中的任意一个直流电力、对上述蓄电池进行充电；和
蓄电池用DC/AC转换器，其将对上述蓄电池进行充电的直流电力转换成交流电力，并提供给上述室内交流布线，
对上述太阳能电池用DC/AC转换器进行最大功率跟踪控制，以使得上述太阳能电池的发电容量接近最大，上述蓄电池用DC/AC转换器控制转换量，以使得经过上述室内交流布线提供给上述负载的电力不低于预先设定的值。
2.根据权利要求1所述的蓄电系统，其特征在于，
上述充电器具备使用由上述太阳能电池发电的直流电力对上述蓄电池进行充电的结构。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电系统，其特征在于，
该蓄电系统具备检测从上述室内交流布线提供给负载的电力的检测器，
在由上述检测器检测出的上述电力低于规定的值或低于从上述太阳能电池用DC/AC转换器向上述室内交流布线提供的电力的时候，停止上述蓄电池用DC/AC转换器的工作，使上述充电器工作。
4.根据权利要求3所述的蓄电系统，其特征在于，
该蓄电系统具备检测从上述室内交流布线提供给负载的电力的检测器，
在由上述检测器检测出的上述电力低于规定的值或低于从上述太阳能电池用DC/AC转换器向上述室内交流布线提供的电力的时候，停止上述太阳能电池用DC/AC转换器及上述蓄电池用DC/AC转换器的工作，将从上述太阳能电池用DC/AC转换器的DC部提供的直流电力提供给上述充电器，对上述蓄电池进行充电。
5.根据权利要求4所述的蓄电系统，其特征在于，
上述太阳能电池用DC/AC转换器的DC部被构成为输出被控制在规定的电压的直流电力，利用该直流电力对上述蓄电池进行充电。
6.一种蓄电系统，具备将蓄电池的充电电力转换成交流电力提供给室内交流布线的蓄电池用DC/AC转换器，其中，该室内交流布线将由太阳能电池发电的直流电力转换成规定的频率的交流电力来提供，
该蓄电系统的特征在于，
该蓄电系统具备使用上述蓄电池中的直流电力或对经由上述室内交流布线得到的交流电力进行整流后得到的直流电力中的任意一个直流电力、对上述蓄电池进行充电的充电器；并且上述蓄电池用DC/AC转换器，控制转换量，以使得经过上述室内交流布线提供给负载的电力不低于预先设定的值。
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