CN111418125A - 电力供给系统及电力合成装置 - Google Patents

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CN111418125A CN201880055805.2A CN201880055805A CN111418125A CN 111418125 A CN111418125 A CN 111418125A CN 201880055805 A CN201880055805 A CN 201880055805A CN 111418125 A CN111418125 A CN 111418125A
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Abstract

提供一种电力供给系统，即使在多个电力源中包含太阳能电池那样的最佳输出电压发生变动的电力源的情况下，也可以恰当地维持或控制输出，提高整体的发电效率。提供一种电力供给系统，具有：直流供电机构，供给直流电，直流蓄电机构，对直流电进行蓄电，以及直流输出端，将从所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者供给的直流电输出到直流负载；所述直流供电机构的输出与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，在规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。

Description

电力供给系统及电力合成装置
技术领域
本发明涉及一种电力供给系统及电力合成装置。
背景技术
例如专利文献1公开有一种直流电源利用系统，其目的在于，降低设置成本，稳定地向直流负载供给电力以及提高电力供给能力。该直流电源利用系统的特征在于，具有直流电源、交流商用电源、直流转换器以及直流负载器，该直流转换器将交流商用电源转换成直流电源，该直流负载器从直流电源及转换成直流的商用电源这两者接收直流的电力供给；在直流电源与直流负载器之间以及直流转换器与直流负载器之间，分别安装有防止逆流的二极管，且安装有优先从直流电源侧对直流负载器进行电力供给的电源优先供给装置。根据该直流电源利用系统，能够提供一种在直流电源包含太阳能电池的情况下即使日照量减少，也能够最大限度地利用该日照量中所产生的电力的简单的控制方法。
例如专利文献2公开有一种电力输出系统，其目的在于，选择所期望的电源，并根据所选择的电源的种类进行有效利用。该电力输出系统的特征在于，具有多个直流电源以及接收直流电供给的负载，在直流电源中安装有电力优先提取装置，通过控制器进行控制，来决定从安装有电力优先提取装置的直流电源向负载供给的优先提取的电力量。该电力输出系统具有如下优点：不仅是商用电源，在将由各自然能源所产生的电力组进行合成时，能够对由少的自然能源所产生的少量的电力进行有效地利用而不产生浪费，另外，能够组合利用多个电源，即使一个电源断电也能够自动从其他电源供给电力，另外，当利用多个电源时，能够容易地设定利用的优先顺序。
例如专利文献3公开有一种太阳能发电用电力供电系统，其目的在于，当负载的消耗电力超过来自太阳能电池的供给电量时，最大限度地提取太阳能电池的发电电量。该太阳能发电用电力供电系统具有太阳能电源装置、独立于太阳能电源装置之外的电源装置、对来自这些电源装置的电力进行合成的电力合成装置以及被输入由该电力合成装置合成的电力的负载，在负载的消耗电力大致等于或大于太阳能电源装置的发电电量的条件下，检测出能够从太阳能电源装置获取的最大效率的电力的电压值，将独立于太阳能电源装置之外的电源装置的电压值设定为与检测出的电压值大致相等的电压值，利用电力合成装置对来自多个电源装置的电力进行合成，并将合成的电力向负载进行电力供给。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-181055号公报
专利文献2：日本特开2014-121241号公报
专利文献3：日本特开2016-019415号公报
发明内容
发明要解决的问题
当在如上所述的对来自多个电力源的直流电进行合成并供给至负载的系统中，包含如太阳能电池那样的、输出电流随着输出电压进行变动即提取的电力随着输出电压进行变动的电力源时，一般使用自动求出使输出最大化的最佳电流-电压的MPPT(MaximumPower Point Tracking：最大功率点跟踪)方式的控制装置。
但是，MPPT控制装置自身也可能导致电力损失。另外，MPPT控制装置采用爬山法(Hill Climbing Method)作为控制方法，且使用DC-DC转换器，因此必然会发生脉冲状或锯齿状的电压变动，这些电压变动有可能成为使蓄电池劣化的主要原因。
本发明的目的在于，提供一种即使在多个电力源中包含太阳能电池那样的最佳输出电压变动的电力源的情况下，也可以恰当地维持或控制输出，从而提高整体的发电效率的电力供给系统及电力合成装置。另外，本发明的目的还在于，提供一种即使在多个电力源中包含太阳能电池那样的最佳输出电压变动的电力源的情况下，也可以抑制蓄电池的劣化的电力供给系统及电力合成装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，在本发明的第一实施方式中，提供一种电力供给系统，具有：直流供电机构，供给直流电，直流蓄电机构，对直流电进行蓄电，以及直流输出端，将从所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者供给的直流电输出到直流负载；所述直流供电机构的输出与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，在规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
也可以使所述直流供电机构具有一个或多个直流发电体，通过调整所述直流发电体的连接状态来调整所述直流供电机构的目标电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。此时，也可以使所述直流供电机构还具有交流直流转换器，所述交流直流转换器将接收的交流电转换成直流电，通过调整所述直流发电体以及所述交流直流转换器的连接状态来调整所述直流供电机构的目标电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。进一步地，也可以还具有状态变更机构，所述状态变更机构对所述直流发电体的连接状态进行变更，通过所述状态变更机构来动态地变更所述直流发电体的串联连接数，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。此外，也可以通过改变交流直流转换器的输出电压来调整所述直流供电机构的目标电压。
另外，也可以使所述直流蓄电机构具有一个或多个蓄电体，通过调整所述蓄电体的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。此时，也可以使所述直流蓄电机构具有搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池，通过调整所述蓄电体以及所述汽车用蓄电池的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。进一步地，也可以还具有状态变更机构，所述状态变更机构对所述蓄电体的连接状态进行变更，通过所述状态变更机构来动态地变更所述蓄电体的串联连接数，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
另外，也可以使所述直流蓄电机构为搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池。也可以还包括与所述直流蓄电机构串联连接的可变电压源，通过调整所述可变电压源的电压，来在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
也可以还具有：供给电压测量装置，测量所述直流输出端的电压，以及断路装置，断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接；当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。也可以当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的充电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。另外，也可以当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的放电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。也可以当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的放电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。进一步地，也可以还具有信号生成装置，当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，该信号生成装置输出剩余电力产生信号。此时，也可以还具有接收来自所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者的电力供给的一个或多个负载，当接收到所述剩余电力产生信号时，允许所述负载中的预先设定的重要度低的负载进行运作。
也可以使所述直流供电机构具有源自可再生能源的一个或多个第一供电要素以及源自非可再生能源的一个或多个第二供电要素，通过将所有的所述第一供电要素的目标电压设定得比所述第二供电要素的目标电压的最大值高，从而使来自所述第一供电要素的电力供给优先于来自所述第二供电要素的电力供给。此时，也可以根据电力供给的费用的多少以及其他顺序来确定所述第一供给要素以及所述第二供给要素中所包含的各供给要素的目标电压，且优先选用来自目标电压高的供给要素的电力供给。此外，也可以根据源自可再生能源的供电要素来确定目标电压。当存在多个源自可再生能源的供电要素时，能够在所述规定的适宜电压范围内使其各自的目标电压一致。
另外，也可以还具有：电力测量装置，测量来自所述第二供给要素的电力供给量，以及信号生成装置，当由所述电力测量装置测出的测量值超过规定值时，输出源自非可再生能源的电力使用信号。进一步地，也可以还具有接收来自所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者的电力供给的一个或多个负载，当接收到所述源自非可再生能源的电力使用信号时，禁止所述负载中的预先设定的重要度低的负载进行运作。
也可以还具有直流交流转换器，所述直流交流转换器具有直流输入端以及交流输出端，所述直流交流转换器的所述直流输入端与所述直流输出端连接，所述直流交流转换器的所述交流输出端向交流负载供给交流电。也可以还具有与所述直流输出端连接的直流负载，所述直流负载是至少能够在所述适宜电压范围的整个范围内进行动作的直流电气设备。也可以还具有与所述直流输出端连接的直流负载，所述直流负载为灯丝式电热器、热泵设备、蓄热槽、氢气生成装置或车辆用电池。
在本发明的第二实施方式中，提供一种电力合成装置，具有：直流电接收端，接收来自直流供电机构的直流电，直流蓄电机构，对直流电进行蓄电，以及直流输出端，将由所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者供给的直流电输出到直流负载；直流电接收端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，在规定的适宜电压范围内使与所述直流电接收端连接的所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
也可以使所述直流蓄电机构具有一个或多个蓄电体，通过调整所述蓄电体的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。此时，也可以使所述直流蓄电机构具有搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池，通过调整所述蓄电体以及所述汽车用蓄电池的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。另外，也可以还具有状态变更机构，所述状态变更机构对所述蓄电体的连接状态进行变更，通过所述状态变更机构来动态地变更所述蓄电体的串联连接数，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
也可以还包括与所述直流蓄电机构串联连接的可变电压源，通过调整所述可变电压源的电压，来在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
也可以还具有：供给电压测量装置，测量所述直流输出端的电压，以及断路装置，断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接；当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。也可以当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的充电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。另外，也可以当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的放电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。也可以当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的放电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。进一步地，也可以还具有信号生成装置，当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，该信号生成装置输出剩余电力产生信号。
也可以还具有直流交流转换器，所述直流交流转换器具有直流输入端以及交流输出端，所述直流交流转换器的所述直流输入端与所述直流输出端连接，所述直流交流转换器的所述交流输出端向交流负载供给交流电。
此外，上述的发明内容并非列举了本发明的所有必要特征。另外，这些特征组的子组合也能够构成发明。
附图说明
图1是示出电力供给系统100的功能框图。
图2是用于说明电力供给系统100的动作的图表。
图3是示出直流供电机构120的一个示例的电路框图。
图4是示出直流供电机构120的其他示例的电路框图。
图5是示出直流蓄电机构140的一个示例的电路框图。
图6是示出直流蓄电机构140的其他示例的电路框图。
图7是示出电力供给系统200的功能框图。
图8是示出电力供给系统300的功能框图。
图9是示出电力供给系统400的功能框图。
图10是示出断路装置420的一个示例的电路图。
图11是示出电力供给系统500的功能框图。
图12是示出电力供给系统600的功能框图。
图13是示出电力供给系统700的功能框图。
图14是示出电力供给系统800的功能框图。
图15是示出电力供给系统900的功能框图。
图16是示出电力供给系统1000的功能框图。
图17是示出实施例以及比较例的电力供给系统中的电力输出的变化(随时间变化)的图表。
具体实施方式
下面，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不用于限定权利要求书中的发明。另外，实施方式中所描述的所有的特征的组合并不一定是本发明的解决手段所必须的。
图1是示出电力供给系统100的功能框图。电力供给系统100具有直流供电机构120、直流蓄电机构140以及直流输出端160。直流供电机构120供给直流电，直流蓄电机构140对直流电进行蓄电。直流输出端160将从直流供电机构120、直流蓄电机构140或者这两者供给的直流电输出到直流负载。
直流供电机构120的输出与直流输出端160以及直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160并不通过MPPT控制装置等进行连接，而是直接连接。直流供电机构120的输出与直流输出端160以及直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160直接连接，因而可以避免因MPPT控制装置等导致的电力损失，能够构成高效的电力供给系统。另外，不会有因MPPT控制装置等而产生的脉冲状或锯齿状的电压变动，能够防止蓄电池的劣化。
另外，在电力供给系统100中，在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。由于在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致，因而能够从构成直流供电机构120的太阳能电池等发电体高效地提取电力。
图2是用于说明电力供给系统100的动作的图表。图2中的参照左轴的图表示出了太阳能电池的I-V特性(电流电压特性)。在电压低的区域，根据光照射量输出一定的电流，但当电压变高时，输出的电流会急剧下降。参照右轴的图表，其用电力示出了这一现象。随着电压变高，输出的电力增加，当经过最大输出电力Pmax后，输出电力降低。示出该Pmax的I-V特性上的点是最大输出动作点Qmax，其电压为最大输出动作电压Vqmax。对于太阳能电池，一般来说，当输出电压被控制为最大输出动作电压Vqmax时，为了最有效地提取电力，只需要将包含太阳能电池等的直流供电机构120的目标电压控制为最大输出动作电压Vqmax即可。在以往的技术中，MPPT控制装置精确且自动地进行该电压控制。
然而，在电力供给系统100中，无需精确地进行该电压控制，只要在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致即可。由于在适宜电压范围ΔV内对直流供电机构120的目标电压进行控制，因而尽管会与能够提取的最大电力稍有出入，但无需使用MPPT控制装置，因此不会有因MPPT控制装置所导致的电力损失，并且与使用MPPT控制装置的情况相比，能够更高效地提取电力。另外，不会有因MPPT控制装置而产生的脉冲状或锯齿状的电压变动，能够防止蓄电池的劣化。
为了在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致，可以改变直流供电机构120的目标电压或直流蓄电机构140的端电压，或者改变这两者来使其一致。
首先，对通过改变直流供电机构120的目标电压来在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致的情况进行说明。图3是示出直流供电机构120的一个示例的电路框图。图3所示的直流供电机构120具有多个直流发电体122，并通过调整直流发电体122的连接状态来调整直流供电机构120的目标电压。直流发电体122是输出直流电的电气装置，例如可列举出太阳能电池、燃料電池等。直流发电体122优选是可再生能源。可以通过调整直流供电机构120的目标电压来在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
图4是示出直流供电机构120的其他示例的电路框图。图3所示的直流供电机构120除具有多个直流发电体122之外，还具有交流直流转换器124，该交流直流转换器124将接收到的交流电126转换成直流电，直流供电机构120通过调整直流发电体122以及交流直流转换器124的连接状态来调整直流供电机构120的目标电压。可以通过调整直流供电机构120的目标电压来在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
此外，当交流电126被输入交流直流转换器124时，也可以使用绝缘变压器或自耦变压器来调整输入电压。此时，若使用绝缘变压器，则能够将交流直流转换器124的输出侧的直流电路与输入侧的交流电路分开，从而可以不考虑交流电路的接地电位而任意设计直流电路的基准电位。当使用自耦变压器时，输出侧的直流电路与输入侧的交流电路不会分开。作为交流电126，可以例示出商用系统电力、风力、地热等交流输出的可再生能源。
在图3及图4中，包含有能够任意变更直流发电体122以及交流直流转换器124的连接状态即串并联状态的开关SW。开关SW是变更直流发电体122以及交流直流转换器124的连接状态的状态变更机构的一个示例。状态变更机构是用于将直流发电体122等各电气装置的连接状态任意改变成串联、并联或其组合的机构，例如可以通过切换配置在各电气装置间的继电器开关来任意变更串并联的组合。通过该状态变更机构，可以动态地变更直流发电体122的串联连接数，从而在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
例如，在变更串联连接数时，当直流发电体122的串联连接数为直流发电体122的总数的一半以下时，可以构成两组“串联连接的直流发电体”，并进行并联连接，从而能够增加输出电流。或者，当直流发电体122的串联连接数为直流发电体122的总数的1/3以下时，可以构成三组“串联连接的直流发电体”，通过将这三组直流发电体并联连接，能够增加输出电流。当为总数的1/4以下时、1/5以下时或更少时也同样设置，当串联数最小为1时，此时可以构成与总数相当的并联数。此外，当由于组合的数量使串联数不匹配从而无法参与多个组的并联连接时，未能连接的直流发电体122的电力将不被使用。在该情况下，例外地，还可以与电压最接近规定的适宜电压范围ΔV且没有产生未能连接的直流发电体122的组合相比较，来选择出获得最大电力的方法。
如上所述，可以通过改变直流供电机构120的目标电压来在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
接着，对通过改变直流蓄电机构140的端电压来在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致的情况进行说明。图5是示出直流蓄电机构140的一个示例的电路框图。图5所示的直流蓄电机构140具有多个蓄电体142，并通过调整蓄电体142的连接状态来调整直流蓄电机构140的端电压。蓄电体142为能够积蓄直流电的电气装置，例如可列举出蓄电池、电容器。可以通过调整直流蓄电机构140的端电压，来在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。在此，在出现未连接的蓄电体142的情况下，可以通过每间隔一定时间(例如每隔几分钟)对未连接的蓄电体142与连接的蓄电体142进行切换，来减轻蓄电体142的充电量的不均。
图6是示出直流蓄电机构140的其他示例的电路框图。图6所示的直流蓄电机构140除具有多个蓄电体142之外，还具有搭载在电动汽车中的汽车用蓄电池144，直流蓄电机构140通过调整蓄电体142以及汽车用蓄电池144的连接状态来调整直流蓄电机构140的端电压。可以通过调整直流蓄电机构140的端电压，来在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
在图5及图6中，包含有能够任意变更蓄电体142以及汽车用蓄电池144的连接状态即串并联状态的开关SW。开关SW是变更蓄电体142以及汽车用蓄电池144的连接状态的状态变更机构的一个示例。状态变更机构是用于将蓄电体142等各电气装置的连接状态任意改变成串联、并联或其组合的机构，例如可以通过切换配置在各电气装置间的继电器开关来任意变更串并联的组合。通过该状态变更机构，可以动态地变更蓄电体142的串联连接数，从而在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
如上所述，可以通过改变直流蓄电机构140的端电压，来在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。此外，还可以对图3～图6的结构进行组合，并改变直流供电机构120的目标电压和直流蓄电机构140的端电压这两者，从而在适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
作为适宜电压范围ΔV，例如可以列举出如下的具体示例。
(1)(最大输出动作电压Vqmax-蓄电体142的电压的1/2)～(最大输出动作电压Vqmax+蓄电体142的电压的1/2)的范围。
(2)从最大输出电力Pmax的70％的下限电压到上限电压的范围，优选从Pmax的80％的下限电压到上限电压的范围，更优选从Pmax的90％的下限电压到上限电压的范围。
(3)(最大输出动作电压Vqmax-N个直流发电体122的电动势)～(最大输出动作电压Vqmax+N个直流发电体122的电动势)的范围。其中，N为5，优选为3，更优选为1。
此外，直流蓄电机构140不一定要包含一个或多个蓄电体142，也可以只包含搭载在电动汽车中的汽车用蓄电池144。
图7是示出电力供给系统200的功能框图。电力供给系统200除具有电力供给系统100所具有的结构以外，还具有防逆电流机构210。对于电力供给系统200中的与电力供给系统100相同的结构，省略其说明。
防逆电流机构210是用于阻止电流向与规定方向相反的方向流动的电气装置，例如可列举出继电器(relay)、逆流防止二极管。防逆电流机构210位于直流供电机构120的输出与直流输出端160之间、直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间。即，直流供电机构120的输出与直流输出端160以及直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160经由防逆电流机构210相连接。
通过经由防逆电流机构210进行连接，能够避免由于电流的逆流引起的设备故障之类的问题。
图8是示出电力供给系统300的功能框图。电力供给系统300除具有电力供给系统100所具有的结构以外，还具有可变电压源310。对于电力供给系统300中的与电力供给系统100相同的结构，省略其说明。
可变电压源310是与直流蓄电机构140串联连接且能够任意变更输出电压的直流电压源。其中，优选可变电压源310的内部阻抗小到足以使直流蓄电机构140的输入输出端的电流可以充分流动的程度。另外，可变电压源310优选与正负双方的电流的流向相对应。
可以通过调整可变电压源310的电压，来在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
图9是示出电力供给系统400的功能框图。电力供给系统400除具有电力供给系统100所具有的结构以外，还具有供给电压测量装置410和断路装置420。对于电力供给系统400中的与电力供给系统100相同的结构，省略其说明。
供给电压测量装置410用于测量直流输出端160的电压。断路装置420用于断开直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。图10是示出断路装置420的一个示例的电路图。防止逆流用的二极管422及426和开关424及428相互串联连接，二极管422以及开关424构成充电控制电路，二极管426以及开关428构成放电控制电路。
并且，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值超过规定的充电终止电压时，断路装置420会断开直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。由此，能够防止对直流蓄电机构140的过充电，从而延长蓄电池的寿命。充电终止电压例如是蓄电体充满电时的电压。
另外，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值低于规定的充电恢复电压时，断路装置420会恢复直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。由此，可以再次开始充电。充电恢复电压可以是与充电终止电压相同或比充电终止电压低的电压。
另外，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值低于规定的放电终止电压时，断路装置420会断开直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。由此，能够防止过度放电，从而延长蓄电池的寿命。放电终止电压例如是蓄电体完全放电后的状态下的电压。
另外，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值超过规定的放电恢复电压时，断路装置420会恢复直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。由此，可以再次开始直流蓄电机构140的动作。放电恢复电压可以是与放电终止电压相同或比放电终止电压高的电压。
图11是示出电力供给系统500的功能框图。电力供给系统500除具有电力供给系统400所具有的结构以外，还具有信号生成装置510。对于电力供给系统500中的与电力供给系统400相同的结构，省略其说明。
当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值超过规定的充电终止电压时，信号生成装置510会输出剩余电力产生信号。如果使用信号生成装置510输出的剩余电力产生信号，则能够在产生剩余电力时运作允许运作的负载，从而有效地利用剩余电力。
图12是示出电力供给系统600的功能框图。电力供给系统600除具有电力供给系统500所具有的结构以外，还具有低重要负载610、重要负载620以及负载控制器630。对于电力供给系统600中的与电力供给系统500相同的结构，省略其说明。
低重要负载610以及重要负载620为接收来自直流供电机构120、直流蓄电机构140或其双方的电力供给的负载，低重要负载610为预先设定的重要度低的负载。低重要负载610与负载控制器630连接，负载控制器630接收剩余电力产生信号并允许低重要负载610的运作。由此，能够有效地利用剩余电力。
图13是示出电力供给系统700的功能框图。电力供给系统700将用其它示例来对电力供给系统100中的直流供电机构120进行说明。对于电力供给系统700中的与电力供给系统100相同的结构，省略其说明。
电力供给系统700的直流供电机构120包含多个供电要素A～x。指标n及指标x并不是规定好的指标，而是随着供电要素的数量而变动的变量指标。即，供电要素A～n的数量是任意的，供电要素P～x的个数也是任意的。供电要素A～n是源自可再生能源的一个或多个第一供电要素的示例，供电要素P～x是源自非可再生能源的一个或多个第二供电要素的示例。
所有的第一供电要素(供电要素A～n)的目标电压Va～Vn设定得比第二供电要素(供电要素P～x)的目标电压Vp～Vx的最大值高。由此，来自第一供电要素的电力供给优先于来自第二供电要素的电力供给，因此，源自可再生能源的电源被优先选用。从而构成为对地球有益的电源系统。
此外，第一供给要素以及第二供给要素中所包含的各供给要素的目标电压根据电力供给的费用的多少以及其他顺序来确定，且优先选用来自目标电压高的供给要素的电力供给。因此，可以实现优先选用成本更低的电源。
图14是示出电力供给系统800的功能框图。电力供给系统800除具有电力供给系统700所具有的结构以外，还具有电力测量装置810以及信号生成装置820。对于电力供给系统800中的与电力供给系统700相同的结构，省略其说明。
电力测量装置810测量来自第二供给要素的电力供给量，当由电力测量装置810测出的测量值超过规定值时，信号生成装置820输出源自非可再生能源的电力使用信号。通过利用源自非可再生能源的电力使用信号，例如可以对重要度低的电源的使用进行禁止等。
图15是示出电力供给系统900的功能框图。电力供给系统900除具有电力供给系统800所具有的结构以外，还具有低重要负载910、重要负载920以及负载控制器930。对于电力供给系统900中的与电力供给系统800相同的结构，省略其说明。
低重要负载910以及重要负载920为接收来自直流供电机构120、直流蓄电机构140或其双方的电力供给的负载，低重要负载910为预先设定的重要度低的负载。低重要负载910与负载控制器930连接，负载控制器930接收源自非可再生能源的电力使用信号，从而禁止低重要负载910的运作。由此，能够将源自非可再生能源的电力的使用抑制到尽可能小。
图16是示出电力供给系统1000的功能框图。电力供给系统1000除具有电力供给系统100所具有的结构以外，还具有直流交流转换器1010。对于电力供给系统1000中的与电力供给系统100相同的结构，省略其说明。
直流交流转换器1010具有直流输入端以及交流输出端1020，直流交流转换器1010的直流输入端与直流输出端160连接，直流交流转换器1010的交流输出端1020用于向交流负载供给交流电。利用该结构，可以经由交流输出端1020将电力供给至交流负载。此外，可以使直流交流转换器1010的内部具有变压器等变压装置以调整交流输出电压，或者在交流输出端1020与交流负载之间配置变压器等变压装置以调整供给至交流负载的交流电压。
此外，只要不违背原理，可以将上述的电力供给系统100～电力供给系统1000的结构进行任意的组合。另外，电力供给系统100～电力供给系统1000的结构中也可以包含与直流输出端160连接的直流负载。作为直流负载，例如可以例示出至少能够在适宜电压范围ΔV的整个范围内进行动作的直流电气设备。另外，作为直流负载，例如可以例示出灯丝式电热器、热泵设备、蓄热槽、氢气生成装置或车辆用电池。
(实施例)
图17是示出实施例以及比较例的电力供给系统中的电力输出的变化(随时间变化)的图表。在本实施例中，使用太阳能电池作为直流供电机构120，使用蓄电池作为直流蓄电机构140，在本实施例中通过改变蓄电池的串联连接数来使端电压发生变化，从而在适宜电压范围ΔV内使太阳能电池的目标电压与蓄电池的端电压一致。比较例是使用以往的MPPT控制装置的情况。
图17是通过照射实际的太阳光而实际测量出的结果。实施例中的平均输出为236.1W，比较例中的输出为203.6W。与比较例相比输出了更大的电力。比较例中的MPPT控制装置的输入段中的电力测量值为238.6W，由此可知，使用MPPT控制装置时的损失为1-203.6/238.6＝约15％。相对于此，在本实施例中，与使用MPPT控制装置时的输入段电力几乎相同，与使用MPPT控制装置时相比，可以毫不逊色地有效地进行电力提取，且不会产生因MPPT控制装置而导致的损失，因此，能够达到理想的电力提取时的99％左右的效率这样的非常高的效率。
另外，在使用MPPT控制装置的比较例中，产生了脉冲状或锯齿状的电压变动，而在实施例中没有见到这种电压变动。即，在实施例的电力供给系统中，不会发生因脉冲状或锯齿状的电压变动而导致的蓄电池的劣化。
以上，利用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不被限定于上述实施方式所记载的范围。可以在上述实施方式中加入各种变更或改良，这对于本领域技术人员来说显而易见。加入了这样的变更或改良的实施方式也可以包含在本发明的技术范围内，这从权利要求书的记载中显而易见。
另外，当从本实施方式的电力供给系统的结构中去除直流供电机构120时，还可以被理解为电力合成装置。即，可理解为以下的电力合成装置。
(1)一种电力合成装置，具有：直流电接收端，接收来自直流供电机构120的直流电，直流蓄电机构140，对直流电进行蓄电，以及直流输出端160，将由直流供电机构120、直流蓄电机构140或这两者供给的直流电输出到直流负载；直流电接收端与直流输出端160直接连接或经由防逆电流机构210连接，直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160直接连接或经由防逆电流机构210连接，在规定的适宜电压范围ΔV内使与直流电接收端连接的直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
(2)在电力合成装置中，直流蓄电机构140具有一个或多个蓄电体142，通过调整蓄电体142的连接状态来调整直流蓄电机构140的端电压，从而在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
(3)在电力合成装置中，直流蓄电机构140具有搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池144，通过调整蓄电体142以及汽车用蓄电池144的连接状态来调整直流蓄电机构140的端电压，从而在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
(4)在电力合成装置中，还具有对蓄电体142的连接状态进行变更的状态变更机构，通过状态变更机构来动态地变更蓄电体142的串联连接数，从而在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
(5)在电力合成装置中，还包括与直流蓄电机构140串联连接的可变电压源310，通过调整可变电压源310的电压，来在规定的适宜电压范围ΔV内使直流供电机构120的目标电压与直流蓄电机构140的端电压一致。
(6)在电力合成装置中，还具有：供给电压测量装置410，用于测量直流输出端160的电压，以及断路装置420，用于断开直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接；当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值超过规定的充电终止电压时，断路装置420断开直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。
(7)在电力合成装置中，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值低于规定的充电恢复电压时，断路装置420恢复直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。
(8)在电力合成装置中，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值低于规定的放电终止电压时，断路装置420断开直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。
(9)在电力合成装置中，当由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值超过规定的放电恢复电压时，断路装置420恢复直流蓄电机构140的输入输出端与直流输出端160之间的连接。
(10)在电力合成装置中，还具有信号生成装置510，在由供给电压测量装置410测出的直流输出端160的电压测量值超过规定的充电终止电压时，该信号生成装置510输出剩余电力产生信号。
(11)在电力合成装置中，还具有直流交流转换器1010，该直流交流转换器1010具有直流输入端以及交流输出端1020，直流交流转换器1010的直流输入端与直流输出端160连接，直流交流转换器1010的交流输出端1020向交流负载供给交流电。
附图标记说明
100电力供给系统、120直流供电机构、122直流发电体、124交流直流转换器、126交流电、140直流蓄电机构、142蓄电体、144汽车用蓄电池、160直流输出端、200电力供给系统、210防逆电流机构、300电力供给系统、310可变电压源、400电力供给系统、410供给电压测量装置、420断路装置、422二极管、424开关、426二极管、428开关、500电力供给系统、510信号生成装置、600电力供给系统、610低重要负载、620重要负载、630负载控制器、700电力供给系统、800电力供给系统、810电力测量装置、820信号生成装置、900电力供给系统、910低重要负载、920重要负载、930负载控制器、1000电力供给系统、1010直流交流转换器、1020交流输出端。

Claims (33)

1.一种电力供给系统，其特征在于，
具有：
直流供电机构，供给直流电，
直流蓄电机构，对直流电进行蓄电，以及
直流输出端，将从所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者供给的直流电输出到直流负载；
所述直流供电机构的输出与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，
所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，
在规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
2.根据权利要求1所述的电力供给系统，其特征在于，
所述直流供电机构具有一个或多个直流发电体，
通过调整所述直流发电体的连接状态来调整所述直流供电机构的目标电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
3.根据权利要求2所述的电力供给系统，其特征在于，
所述直流供电机构还具有交流直流转换器，所述交流直流转换器将接收的交流电转换成直流电，
通过调整所述直流发电体以及所述交流直流转换器的连接状态来调整所述直流供电机构的目标电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
4.根据权利要求2或3所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有状态变更机构，所述状态变更机构对所述直流发电体的连接状态进行变更，
通过所述状态变更机构来动态地变更所述直流发电体的串联连接数，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
所述直流蓄电机构具有一个或多个蓄电体，
通过调整所述蓄电体的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
6.根据权利要求5所述的电力供给系统，其特征在于，
所述直流蓄电机构具有搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池，
通过调整所述蓄电体以及所述汽车用蓄电池的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
7.根据权利要求5或6所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有状态变更机构，所述状态变更机构对所述蓄电体的连接状态进行变更，
通过所述状态变更机构来动态地变更所述蓄电体的串联连接数，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
8.根据权利要求1～4中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
所述直流蓄电机构为搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
还包括可变电压源，所述可变电压源与所述直流蓄电机构串联连接，
通过调整所述可变电压源的电压，来在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有：
供给电压测量装置，测量所述直流输出端的电压，以及
断路装置，断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接；
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
11.根据权利要求10所述的电力供给系统，其特征在于，
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的充电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
12.根据权利要求10或11所述的电力供给系统，其特征在于，
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的放电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
13.根据权利要求12所述的电力供给系统，其特征在于，
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的放电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
14.根据权利要求10～13中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有信号生成装置，当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，所述信号生成装置输出剩余电力产生信号。
15.根据权利要求14所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有接收来自所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者的电力供给的一个或多个负载，
当接收到所述剩余电力产生信号时，允许所述负载中的预先设定的重要度低的负载进行运作。
16.根据权利要求1～15中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
所述直流供电机构具有源自可再生能源的一个或多个第一供电要素以及源自非可再生能源的一个或多个第二供电要素，
通过将所有的所述第一供电要素的目标电压设定得比所述第二供电要素的目标电压的最大值高，来使来自所述第一供电要素的电力供给优先于来自所述第二供电要素的电力供给。
17.根据权利要求16所述的电力供给系统，其特征在于，
根据电力供给的费用的多少以及其他顺序来确定所述第一供给要素以及所述第二供给要素中所包含的各供给要素的目标电压，且优先选用来自目标电压高的供给要素的电力供给。
18.根据权利要求16或17所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有：
电力测量装置，测量来自所述第二供给要素的电力供给量，以及
信号生成装置，当由所述电力测量装置测出的测量值超过规定值时，输出源自非可再生能源的电力使用信号。
19.根据权利要求18所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有接收来自所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者的电力供给的一个或多个负载，
当接收到所述源自非可再生能源的电力使用信号时，禁止所述负载中的预先设定的重要度低的负载进行动作。
20.根据权利要求1～19中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有直流交流转换器，所述直流交流转换器具有直流输入端以及交流输出端，
所述直流交流转换器的所述直流输入端与所述直流输出端连接，
所述直流交流转换器的所述交流输出端向交流负载供给交流电。
21.根据权利要求1～20中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有与所述直流输出端连接的直流负载，
所述直流负载是至少能够在所述适宜电压范围的整个范围内进行动作的直流电气设备。
22.根据权利要求1～20中的任一项所述的电力供给系统，其特征在于，
还具有与所述直流输出端连接的直流负载，
所述直流负载为灯丝式电热器、热泵设备、蓄热槽、氢气生成装置或车辆用电池。
23.一种电力合成装置，其特征在于，
具有：
直流电接收端，接收来自直流供电机构的直流电，
直流蓄电机构，对直流电进行蓄电，以及
直流输出端，将由所述直流供电机构、所述直流蓄电机构或这两者供给的直流电输出到直流负载；
所述直流电接收端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，
所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端直接连接或经由防逆电流机构连接，
在规定的适宜电压范围内使与所述直流电接收端连接的所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
24.根据权利要求23所述的电力合成装置，其特征在于，
所述直流蓄电机构具有一个或多个蓄电体，
通过调整所述蓄电体的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
25.根据权利要求24所述的电力合成装置，其特征在于，
所述直流蓄电机构具有搭载于电动汽车中的汽车用蓄电池，
通过调整所述蓄电体以及所述汽车用蓄电池的连接状态来调整所述直流蓄电机构的端电压，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
26.根据权利要求24或25所述的电力合成装置，其特征在于，
还具有状态变更机构，所述状态变更机构对所述蓄电体的连接状态进行变更，
通过所述状态变更机构来动态地变更所述蓄电体的串联连接数，从而在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
27.根据权利要求23～26中的任一项所述的电力合成装置，其特征在于，
还包括与所述直流蓄电机构串联连接的可变电压源，
通过调整所述可变电压源的电压，来在所述规定的适宜电压范围内使所述直流供电机构的目标电压与所述直流蓄电机构的端电压一致。
28.根据权利要求23～27中的任一项所述的电力合成装置，其特征在于，
还具有：
供给电压测量装置，测量所述直流输出端的电压，以及
断路装置，断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接；
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
29.根据权利要求28所述的电力合成装置，其特征在于，
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的充电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
30.根据权利要求28或29所述的电力合成装置，其特征在于，
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值低于规定的放电终止电压时，所述断路装置断开所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
31.根据权利要求30所述的电力合成装置，其特征在于，
当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的放电恢复电压时，所述断路装置恢复所述直流蓄电机构的输入输出端与所述直流输出端之间的连接。
32.根据权利要求28～31中的任一项所述的电力合成装置，其特征在于，
还具有信号生成装置，当由所述供给电压测量装置测出的所述直流输出端的电压测量值超过规定的充电终止电压时，所述信号生成装置输出剩余电力产生信号。
33.根据权利要求23～32中的任一项所述的电力合成装置，其特征在于，
还具有直流交流转换器，所述直流交流转换器具有直流输入端以及交流输出端，
所述直流交流转换器的所述直流输入端与所述直流输出端连接，
所述直流交流转换器的所述交流输出端向交流负载供给交流电。
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