DE112013000137T5

DE112013000137T5 - Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE112013000137T5
Application number: DE112013000137.3T
Authority: DE
Inventors: c/o K&M CORPORATION Tanikawa Yoshikiyo
Original assignee: K&M CORP; K & M Corp
Current assignee: K&M CORP; K & M Corp
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2013-05-01
Publication date: 2014-07-24
Also published as: TWI497866B; JP2014027757A; WO2014017141A1; US20140111137A1; TW201406003A; CN103733465A; CN103733465B; KR20140034848A; JP5162043B1; KR101531625B1

Abstract

Die vorliegenden Erfindung sieht eine Ladevorrichtung geeignet zum ausreichenden Laden einer Speicherbatterie in einem selbsterhaltenden Betrieb vor. Eine Ladevorrichtung (20) zum Laden einer Speicherbatterie mit Leistung, zugeführt von einer selbsterhaltenden Betriebsbuchse (12a) eines Leistungskonditionierer (12) mit einer selbsttragende Betriebsfunktion weist folgendes auf: eine Zunahme- und Abnahmeeinheit (eine Laderegelschaltung (22)), konfiguriert zum Erhöhen und Verringern des Ladestroms der Speicherbatterie (23); eine Detektionseinheit (eine Delta-V-Bestimmungsschaltung (21)) zum Erfassen der zeitlichen Änderung der Spannung oder des Stroms, der von einer Leistungserzeugungsquelle (eine Photovoltaikzelle (14)) an den Leistungskonditionierer (12); und eine Regeleinheit (eine Laderegelschaltung (22)), konfiguriert zum Steuern der Erhöhungs- und Verringerungseinheit zur Erhöhung des Ladestrom über der Zeit, weiterhin erhöht den Ladestrom, wenn das zeitliche Ausmaß der Verringerung der Spannung oder des Stroms von der Erfassungseinheit erfasst wird, kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist und zum Verringern des Ladestroms um einen vorbestimmten Betrag, wenn die zeitliche Menge der Verringerung der Spannung oder des Stroms gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung.
Stand der Technik
Die Netzausfälle bei den großen Erdbeben von Ost-Japan haben die Wichtigkeit eines Notstromsystems mit einer Speicherbatterie erhöht. Des weiteren wachst zunehmend die Wichtigkeit einer elektrischen Speichervorrichtung in Reaktion auf einen Langzeitenergieausfall bei einer Großkatastrophe ähnlich dem großen Erdbeben von Ost-Japan. Beispielsweise ist eine Technik in Bezug auf eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, die direkt aus einer Photovoltaikzelle geladen werden kann.
PTL 1 offenbart eine Technik zum effizienten Laden einer Speicherbatterie unter Verwendung einer Photovoltaikzelle in einer einfachen Konfiguration durch Detektieren des Ladestroms mit einem Voltmeter zum Steuern des Schalters, um den Ladestrom zu maximieren.
PTL 2 offenbart eine Technik, die es ermöglicht eine Speicherbatterie von einer Photovoltaikzelle zu laden, auch während eine zugehörige Anlage arbeitet, durch einschließen eines Ladepfades von der Ausgangsseite eines Leistungskonditionierers zu einer Speicherbatterie, getrennt von einem Entladepfad von der Speicherbatterie zu der Eingangsseite des Leistungskonditionierers durch eine Entladediode und ein Relais.
Referenzliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 07-200963 A
PTL 2: JP 2008-131759 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die in PTL 1 beschriebene Technik berücksichtigt nicht Verbindung mit einem kommerziellen Leistungsquellensystem. Die in PTL 2 beschriebene Technik berücksichtigt Verbindung mit einem kommerziellen Leistungsquellensystem. Es ist jedoch erforderlich, eine neue Schaltung hinzuzufügen. Dadurch ist es schwierig, diese Technik bei einem bestehenden Leistungskonditionierer anzuwenden. Dadurch besteht das Problem, dass es schwierig ist, diese Techniken bei Photovoltaikvorrichtungen in einer Million Haushalten oder quer durch das Land anzuwenden.
Andererseits, hat ein Leistungskonditionierer in einer bestehenden Photovoltaikvorrichtung eine selbsttragende Betriebsfunktion. Hierdurch kann während des Tages unter Verwendung dieser Funktion Wechselstromleistung bis zu etwa 1,5 kW erhalten werden auch bei einem langfristigen Stromausfall. Dadurch ist es möglich, eine Speicherbatterie unter Verwendung der selbsttragende Betriebsfunktion zu laden.
Jedoch schaltet ein Stromversorgungsgerät in einer allgemeinen Photovoltaikvorrichtung ab, wenn die Lastleistung größer wird als die zugeführte Leistung von der Photovoltaikzelle in einem selbsterhaltenden Betrieb. Wenn ein solches Abschalten erfolgt, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich der Leistungskonditionierer wieder erholt, sofern der Leistungskonditionierer nicht manuell neu gestartet wird. Beispielsweise, wenn der Benutzer versucht eine elektrische Speichervorrichtung unter Verwendung der selbsterhaltenden Betrieb einer Photovoltaikvorrichtung zu laden, die eine Eingangsleistung von 1 kW erfordert, ist es schwer den Ladevorgang an einem Tag zu starten, wenn als erzeugte Leistung nur 1 kW oder weniger erhalten werden kann, z. B. an einem bewölkten Tag oder an einem Regentag. Selbst wenn das Laden an einen sonnigen Tag gestartet werden kann, schaltet der Stromrichter ab und das Laden wird angehalten, sobald Wolken Schatten über der Photovoltaikzelle werfen. So besteht das Problem, dass es schwierig ist, eine Speicherbatterie ausreichend unter Verwendung einer bestehenden Photovoltaikvorrichtung zu laden.
Im Lichte der vorgenannten Probleme, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung zum ausreichenden Laden einer Speicherbatterie, selbst in einem selbsterhaltenden Betrieb des Leistungskonditionierers, zur Verfügung zu stellen.
Lösung des Problems
Zur Lösung des Problems gemäß der vorliegenden Erfindung, weist eine Ladevorrichtung zum Laden einer Speicherbatterie mit Leistung, zugeführt von einer Selbsterhaltenden Betriebsbuchse eines Leistungskonditionierers mit einer selbsttragende Betriebsfunktion auf: eine Zunahme- und Abnahmeeinheit, konfiguriert zum Erhöhen und Verringern des Ladestrom zur Speicherbatterie; eine Erfassungseinheit, konfiguriert zum Detektieren der zeitlichen Änderung der Spannung oder des Stroms, der von einer Leistungserzeugungsquelle dem Leistungskonditionierer zur Verfügung gestellt wird; und eine Regeleinheit, konfiguriert zum Regeln der Erhöhungs- und Verringerungseinheit, um den Ladestrom über die Zeit zu erhöhen, um Fortzufahren den Ladestrom zu erhöhen, wenn der zeitliche Betrag der Verringerung der Spannung oder des Stroms, der von der Erfassungseinheit erfasst wird, kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und zum Verringern der Ladestroms um einen vorbestimmten Betrag, wenn die zeitliche Menge der Verringerung der Spannung oder des Stroms gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert.
Eine solche Konfiguration kann eine Speicherbatterie auch in einem selbsterhaltenden Betrieb ausreichend laden.
Die Leistungserzeugungsquelle kann eine Photovoltaikzelle, und die Regeleinheit kann dabei den gelieferten Ladestrom von der Photovoltaikzelle zu der Speicherbatterie durch den Leistungskonditionierer regeln.
Eine derartige Konfiguration kann eine Speicherbatterie ausreichend unter Verwendung einer Photovoltaikzelle laden, auch wenn die Photovoltaikzelle sich momentan in Abhängigkeit vom Sonnenschein-Zustand ändert.
Die Regeleinheit kann die Erhöhungs- und Verringerungseinheit zum Fortsetzen der Erhöhung des Ladestroms veranlassen, wenn eine Rate der Verminderung, erhalten durch Dividieren der zeitlichen Menge der Verringerung der Spannung durch einen Spannungswert oder erhalten durch Teilen der zeitlichen Menge der Abnahme des Stroms durch einen Stromwert, kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, und die Erhöhungs- und Verringerungseinrichtung zum Verringern der Ladestrom um einen vorbestimmten Betrag veranlassen, wenn die Abnahmerate gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
Eine solche Konfiguration kann sicher verhindern, dass der Leistungskonditionierer abschaltet, in Bezugnahme auf die Rate der Abnahme der Spannung oder des Stroms.
Die Erfassungseinheit kann den zeitliche Betrag der Verringerung bzw. die zeitliche Rate der Abnahme der Spannung oder des Stroms von der Leistungserzeugungsquelle durch Eingeben der Spannung oder des Stroms durch Schaltungen mit zwei unterschiedlichen Zeitkonstanten und Vergleicherausgängen der zwei Schaltungen erfassen.
Eine solche Konfiguration kann sicher den zeitlichen Betrag der Verringerung bzw. die zeitliche Rate der Abnahme der Spannung mit einer einfachen Schaltungskonfiguration erfassen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann eine Ladevorrichtung geeignet zum ausreichend Laden einer Speicherbatterie auch in einem selbsterhaltenden Betrieb des Leistungskonditionierers zur Verfügung stellen.
Kurzbeschreibung von Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration einer ΔV Bestimmungsschaltung dargestellt in 1.
3 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen dem Strom, der Eingangsspannung, der Spannungsänderung und der Änderungsrate, wenn die Last von einem Leistungskonditionierer verändert wird, zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strom, der Eingangsspannung, der Spannungsänderung und der Änderungsrate, wenn die Last der Stromversorgungsaufbereitungseinrichtung geändert wird, zeigt.
5A, 5B sind Diagramme zur Beschreibung des Betriebs in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Flowchart zum Beschreiben des Betriebs in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
(A) Konfiguration der Ausführungsform
1 zeigt eine Übersicht eines Systems, das die Kombination einer Ladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einer Photovoltaikvorrichtung ist. Wie in der Zeichnung dargestellt, kooperiert eine Photovoltaikvorrichtung 10 generell mit einer kommerziellen Leistungsquelle System 1. Eine Ladevorrichtung 20 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit der kommerziellen Leistungsquelle System 1 und die Photovoltaikvorrichtung 10 zur Verwendung.
Die Photovoltaikvorrichtung 10 umfasst einen Verbindungsschalter 11, eine Leistungskonditionierer 12, eine Verbindungsbox, 13, und einer Photovoltaikzelle 14. Das Ladegerät 20 beinhaltet eine ΔV Bestimmungsschaltung 21, eine Ladungsregelschaltung 22, eine Speicherbatterie 23, einen AC-DC Wandler 24, und einen DC-AC Inverter 25. Die kommerzielle Leistungsquelle System 1 umfasst einen Leistungsmesser 2 und eine Verteilerplatte 3.
In diesem Falle misst der Leistungsmesser 2 in der kommerziellen Leistungsquelle System 1 die zugeführte Menge an Elektrizität, die von der kommerziellen Stromquelle (Leistungskauf) oder der zugeführten Menge an Elektrizität von der Photovoltaikvorrichtung 10 zu der kommerziellen Leistungsquelle (Leistungsverkauf) zur Anzeige der Strommenge. Die Verteilerplatte 3 verteilt die zugeführte Elektrizität von der kommerziellen Stromquelle oder dem Leistungskonditionierer 12 zu jeder Last und schließt Schaltungsunterbrecher ein, die jeder die Leistung abschneiden, wenn der Verbrauch an jeder Last einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Der Verbindungsschalter 11 in der Photovoltaikvorrichtung 10 verbindet die Photovoltaikvorrichtung 10 mit der kommerziellen Leistungsquelle System 1, wenn angeschaltet. Der Verbindungsschalter 11 trennt die Photovoltaikvorrichtung 10 von der kommerziellen Leistungsquelle System 1, wenn ausgeschaltet.
Der Leistungskonditionierer 12 konvertiert die Gleichstromleistung, erzeugt von der Photovoltaikzelle 14, in Wechselstromleistung mit der gleichen Spannung (zum Beispiel 100 V), die die gleiche Frequenz (zum Beispiel 50 oder 60 Hz) und die gleiche Phase wie die kommerziellen Leistungsquelle hat. Der Leistungskonditionierer 12 hat in der Regel eine selbsttragende Betriebsfunktion zum Umwandeln der Gleichstromleistung, erzeugt von der Photovoltaikzelle 14, in Wechselstromleistung und Ausgeben der Wechselstromleistung von einem selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a, unabhängig von der kommerziellen Stromquelle. Damit kann, obwohl die kommerzielle Leistungsquelle Leistung verloren hat, Leistung bis zu 1.5 kW an die Last abgegeben werden, durch Betätigung einer Betätigungseinheit (in den Zeichnungen nicht dargestellt) in dem Leistungskonditionierer 12 zum Einstellen des Leistungskonditionierers 12 in einen selbsttragenden Betriebsmodus und Verbinden der Last mit der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a. Es ist anzumerken, dass ein Netzstecker 26 von der Ladevorrichtung 20 mit der selbsterhaltenden Betriebbuchse 12a im Beispiel in 1 verbunden werden kann.
Die Verbindungsbox 13 integriert die Gleichstromleistung, erzeugt von den Paneelen auf der Photovoltaikzelle 14 mit einer Vielzahl von Paneelen, um den Leistungskonditionierer 12 mit Leistung zu versorgen. Die Photovoltaikzelle 14 beinhaltet Paneele zur Umwandlung von Sonnenlicht in Gleichstromleistung und zur Ausgeben der Gleichstromleistung.
Die ΔV Bestimmungsschaltung 21 in der Ladevorrichtung 20 detektiert die zeitliche Rate der Abnahme des Spannungseingangs des Leistungskonditionierers 12. Wenn die zeitliche Rate der Abnahme gleich oder höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, werden die Ausgangssignale auf einem hohen Zustand eingestellt oder in anderen Fällen werden die Ausgangssignale auf einen niedrigen Zustand eingestellt. Die Ladesteuerschaltung 22 hat eine Funktion zum Laden der Speicherbatterie 23 mit Regulieren (erhöhen oder verringern) des Ladestroms, der von dem AC-DC-Wandler 24 zu der Speicherbatterie 23 fließt, basierend auf dem Ausgangssignal von der ΔV Bestimmungsschaltung 21.
Die Speicherbatterie 23 umfasst beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Hydrid Batterie oder Sekundärbatterien einschließlich einer Bleibatterie. Die Speicherbatterie 23 wird mit der Gleichstromleistung von der Ladungssteuerschaltung 22 geladen, um den DC-AC Inverter 25 mit der geladenen Gleichstromleistung zu versorgen.
Der AC-DC-Wandler 24 wandelt die Wechselstromleistung (AC) zugeführt von dem Netzstecker 26 in Gleichstromleistung (DC) zum Ausgeben der Gleichstromleistung. Der DC-AC Inverter 25 konvertiert die Gleichstromleistung (DC) zugeführt von der Speicherbatterie 23 in Wechselstromleistung (AC) zur Versorgung der Last mit Wechselstromleistung.
Anschließend wird eine in 1 beispielhafte dargestellte Konfiguration der ΔV Bestimmungsschaltung 21 mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie in 2 dargestellt, umfasst die ΔV Bestimmungsschaltung 21 Widerstände 211 bis 217, Dioden 218, 219, Kondensatoren 220 bis 222, einen variablen Widerstand 223, einen Komparator 224, einen Transistor 225, und ein elektromagnetisches Relais 226.
In diesem Fall sind die Widerstände 211 und 212 miteinander in Reihe verbunden und mit dem Ausgang von der Photovoltaikzelle 14 verbunden. Als Ergebnis teilen die Widerstände 211 und 212 die Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 nach den Elementwerten der Widerstände zum Ausgeben der Spannung.
Die Dioden 218 und 219 sind zur Spannungserhaltung. Wenn die Spannung der Photovoltaikzelle 14 abnimmt, sind die Dioden 218 und 219 umgekehrt vorgespannt, um in einem Abschaltzustand zu sein. Dies hält die Spannungen der Kondensatoren 220 und 221 für eine gewisse Zeit.
Der Kondensator 220 umfasst beispielsweise einem elektrolytischen Kondensator und ist mit dem variablen Widerstand 223 und dem Widerstand 213 parallel verbunden. Der Kondensator 220 wird mit der Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 geladen. Kondensator 220 hält die Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 für eine bestimmte Zeit nach der Zeitkonstante, die durch den Kondensator 220, variablen Widerstand 223, und den Widerstand 213 verursacht wird. Genauer, unter der Annahme, dass der variable Widerstand 223 mit einer Elementwert VR, der Widerstand 213 mit einer Elementwert R1, und der Kondensator 220 einen Elementwert C1 hat, hält der Kondensator 220 die Spannung für eine Zeitdauer nach der Zeitkonstante dargestellt, durch C1·(VR + R1).
Der Kondensator 221 umfasst beispielsweise einen Elektrolytkondensator und ist mit dem Widerstand 214 parallel verbunden. Der Kondensator 221 wird mit der Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 geladen. Der Kondensator 221 hält die Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 für eine bestimmte Zeit nach der Zeitkonstante, die durch den Kondensator 221 und den Widerstand 214 verursacht wird. Genauer, unter der Annahme, dass der Widerstand 214 einen Elementwert R2, und der Kondensator 221 einen Elementwert C2 hat, hält der Kondensator 221 die Spannung für eine Zeitdauer nach der Zeitkonstante, dargestellt durch C2·R2. Es ist anzumerken, dass die Zeitkonstante C1·(VR + R1), verursacht durch den Kondensator 220, den veränderliche Widerstand 223, und den Widerstand 213, und die Zeitkonstante C2·R2, verursacht durch den Kondensator 221 und den Widerstand 214, so eingestellt sind, dass sie die Beziehung, in der C1·(VR + R1) > > C2·R2 erfüllen. Es ist anzumerken, dass die Zeitkonstante C1·(VR + R1) etwa einige Sekunden und die Zeitkonstante C2·R2 kürzer als die Zeitkonstante C1·(VR + R1) ist.
Der variable Widerstand 223 enthält einen variablen Anschluss, der mit einem Eingangsanschluss des Komparators 224 durch den Widerstand 215 verbunden ist. Der Betrieb des variablen Widerstands 223 stellt die Spannung zur Eingabe in den Vergleicher 224 ein, so dass das Spannungsverhältnis, bei dem der Komparator 224 eingeschaltet wird, eingestellt werden kann.
Die Widerstände 215 und 216 sind die Eingangswiderstände des Komparators 224 und stellen den Strom, der in den Komparator 224 eingegeben werden soll, so ein, dass der Strom innerhalb eines ordnungsgemäßen Bereichs liegt.
Der Komparator 224 vergleicht die Ausgangsspannung von dem variablen Widerstand 223 mit der Ausgangsspannung aus dem Widerstand 214. Wenn die Ausgangsspannung von dem variablen Widerstand 223 höher ist als die Ausgangsspannung aus dem Widerstand 214, stellt der Komparator 224 die Ausgangssignale auf einen hohen Zustand ein. In anderen Fällen stellt der Komparator 224 die Ausgangssignal auf einen niedrigen Zustand ein.
Der Widerstand 217 und der Kondensator 222 sind in einer Glättungsschaltung zum Glätten und Ausgeben der Ausgabe des Komparators 224 ausgebildet. Dies verhindert das Auftreten von Klappern oder dergleichen des elektromagnetischen Relais 226.
Der Transistor 225 umfasst beispielsweise einen NPN-Bipolartransistor. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 224 in einem hohen Zustand ist, wird der Transistor 225 in einen EIN-Zustand versetzt, um zu ermöglichen, dass das elektromagnetische Relais 226 mit einem Sammler verbunden wird, um den Strome zu leiten. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 224 in einem niedrigen Zustand ist, wird der Transistor 225 in einen AUS-Zustand versetzt, so dass der Strom zu dem elektromagnetischen Relais 226 unterbrochen wird.
Wenn der Transistor 225 in einem EIN-Zustand ist, kann die Spule Strom leiten und den Übergang schalten, wobei der Ausgang des elektromagnetischen Relais 226 in einen hohen Zustand versetzt wird. In anderen Fällen wird der Ausgang des elektromagnetischen Relais 226 in einen niedrigen Zustand versetzt. Das Ausgangssignal des elektromagnetischen Relais 226 wird der Ladesteuerschaltung 22 zugeführt. Es ist anzumerken, dass obwohl es ein Beispiel ist, in dem Ein- und Ausschalten des elektromagnetischen Relais 226 unter Verwendung der Ausgabe des Komparator 224 Ausgangssignals in einen hohen Zustand und einen niedrigen Zustand hierin zitiert sind, die Ausgangsignale des Vergleichers 224 oder des Transistors 225 direkt ausgegeben werden können, ohne das elektromagnetische Relais 226 zu verwenden. Es gibt keine spezifische Begrenzung, wie der Ladestrom beim Empfang der Ausgabe des Komparators 224 zu regulieren ist.
(B) Betrieb der Ausführungsform
Der Betrieb in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Es ist anzumerken, dass nachfolgend beide der Operation in normalen Zeiten und der Betrieb, wenn kommerzielle Leistungsquelle aufgrund eines Stromausfalls oder dergleichen ausfallen, beschrieben werden.
Die Gleichstromleistung, erzeugt von der Photovoltaikzelle 14, wird dem Leistungskonditionierer 12 durch den Anschlusskasten 13 zu einer normalen Zeit zugeführt, wenn die kommerzielle Leistungsquelle normal arbeitet. Der Leistungskonditionierer 12 konvertiert die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung mit der gleichen Spannung, der gleiche Frequenz und der gleichen Phase, wie die kommerzielle Leistungsquelle, und gibt dann die Wechselstromleistung aus. Die Wechselstrom Ausgangsleistung wird der Verteilungsplatte 3 durch die Verbindungsschalter 11 zugeführt. Die Wechselstromleistung Leistung, die der Verteilungsplatte 3 geliefert wird, wird an die Verbraucher (z. B. elektrische Haushaltsgeräte) (in der Zeichnung nicht dargestellten) verteilt, die mit der Verteilungsplatte 3 verbunden sind. Wenn die Leistung von dem Leistungskonditionierer 12 größer ist als der Leistungsbedarf der Verbraucher, wird die überschüssige Leistung rückgeleitet (verkauft) an die Netzstromquelle. Wenn die Leistung von dem Leistungskonditionierer 12 kleiner ist als der Leistungsbedarf der Verbraucher, wird die Fehlleistung von der kommerziellen Stromquelle über den Leistungsmesser 2 zugeführt (gekauft).
Der Netzstecker 26 von der Ladevorrichtung 20 ist nicht mit der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a in normalen Zeiten verbunden, sondern ist mit einer Buchse mit der Verteilerplatte 3 verbunden, so dass die Speicherbatterie mit der Leistung von der kommerziellen Stromquelle oder der Photovoltaikzelle 14 geladen wird. Es ist anzumerken, dass in diesem Fall, die Ladesteuerschaltung 22 nicht einen unten beschriebenen Prozess durchführt, sondern eine normalen Ladevorgang. Mit anderen Worten, die Laderegelschaltung 22 regelt die Ladung, so dass die Speicherbatterie 23 geladen wird mit einem mäßig großen Strom zu Beginn der Ladung und der Strom allmählich reduziert wird, wenn die Speicherbatterie 23 nahezu vollständig geladen ist. Dies kann die Speicherbatterie 23 sicher vollständig in kurzer Zeit laden.
Als nächstes wird der Betrieb, wenn die Stromversorgung von der kommerziellen Stromquelle ausfällt, aufgrund eines Stromausfalls oder dergleichen, beschrieben. In einem solchen Fall, bedient der Benutzer die Bedieneinheit (in der Zeichnung nicht dargestellten) im Leistungskonditionierer 12, um den Leistungskonditionierer 12 in einen selbsterhaltenden Betrieb zu schalten. Dadurch kann die Leistung bis zu etwa 1,5 kW von der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a an dem Leistungskonditionierer 12 erhalten werden.
Zuerst wird der Betrieb des Leistungskonditionierers 12 in selbständigem Betriebsmodus beschrieben. 3 zeigt ein Beispiel einer Last (Verbraucher), die mit der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a verbunden ist, der Strom fließt durch die Last, die Eingangsspannung zu dem Leistungskonditionierer 12, die Spannungsänderung pro 10 W und die Änderungsrate der Spannung in selbständigem Betriebsmodus. 4 zeigt die in 3 dargestellte Beziehung als Diagram. Wie in den Zeichnungen dargestellt, reduziert die Zunahme der mit der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a verbundenen Last allmählich den Gleichstrom-Spannungseingang in den Leistungskonditionierer 12 (Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14) mit einer geringen Änderungsrate. Die Last ändert sich schnell von einem Punkt nahe des maximalen Leistungspunkts (nahe 850 W im Beispiel dargestellt in 3 und 4). Wenn die Last größer wird als die Leistung bezeichnet mit einer x-Markierung in 4, schaltet der Leistungskonditionierer 12 ab, um die Stromzufuhr zu der Last zu stoppen. Wenn ein solcher Zustand auftritt, muss der Benutzer oft den Leistungskonditionierer 12 manuell neu starten. Dadurch bleibt eine herkömmliche Ladevorrichtung manchmal ungeladenen, wenn geladen wird wenn sie mit der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a verbunden ist. Beispielsweise passiert dies, wenn der Leistungskonditionierer 12 während der Ladung der Speicherbatterie abschaltet, wenn die erzeugte Elektrizität von der Photovoltaikzelle 14 abnimmt durch Wolken oder dergleichen und niedriger ist als der Leistungsverbrauch der Ladevorrichtung, und sich dann der Leistungskonditionierer 12 nicht wieder erholt, es sei denn, eine Person erfasst die Abschaltung.
Zur Lösung einer solchen Aufgabe, wird die unten beschriebene Betriebsweise im vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt. Mit anderen Worten, um die Speicherbatterie 23 im selbständigen Betriebsmodus zu laden, erhöht die Ladungssteuerschaltung 22 den zugeführten Ladestrom von dem AC-DC-Wandler 24 zu der Speicherbatterie 23 um einen vorbestimmten Betrag (z. B. den Strom entsprechend 10 W) von 0 A, wenn der Leistungsstecker 26 von der Ladevorrichtung 20 mit der selbsterhaltenden Betriebsbuchse 12a verbunden ist. Dann bezieht sich die Laderegelschaltung 22 auf das Ausgangssignal von der ΔV Bestimmungsschaltung 21. Wenn die Rate der Abnahme der Spannung vor und nach der Erhöhung in der Last, die in den Leistungskonditionierer 12 eingegeben werden soll (der Wert, erhalten durch Dividieren des Betrags der Verringerung der Spannung durch die Spannung), kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wird der gleiche Vorgang fortgesetzt. Wenn die Abnahmerate gleich oder größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert (z. B. 1% oder mehr), wird der Ladestrom auf Null gesetzt oder um einen vorgegebenen Betrag verringert (z. B. den Strom entsprechend Zehnern von Watt). Wenn beispielsweise die Spannung abnimmt von 270 V auf 265 V während die Last um 10 W erhöht wird, wird die Rate der Abnahme der Spannung 1,85% (= (275 – 265)/270). Der Ladestrom wird auf Null gesetzt oder reduziert um 50 W, weil die Abnahmerate gleich oder größer ist als 1%.
Spezieller wird, nachdem die Ladung zu einem Zeitpunkt T0 gestartet wird, erhöht die Regelung durch die Ladesteuerschaltung 22 allmählich den Ladestrom über der Zeit dargestellt in 5A. Die Erhöhung des Ladestroms verursacht, dass sich die Last in 4 allmählich erhöht. Dies reduziert allmählich die Gleichstromeingangsspannung (Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14). Wenn die Last zunimmt und den maximal erzeugten Leistungspunkt überschreitet (um den Scheitel einer I–V Kurve (siehe 4)) (überschreitet 850 W in 4), dann nimmt die Rate der Abnahme der Spannung mit der Zunahme der Last schnell zu. Die ΔV Bestimmungsschaltung 21 berechnet die Rate der Abnahme der Spannung der unterschiedlichen Zeitkonstanten (nämlich, C1·(VR + R1) und C2·R2). Wenn die Abnahmerate gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert (z. B. 1%), dann wird der Ausgang des Komparators 224 ein hoher Zustand und der Übergang des elektromagnetischen Relais 226 wird geändert. Dadurch wird der Ausgang der ΔV Bestimmungsschaltung 21 ein hoher Zustand zu einem Zeitpunkt T1, wie in 5B dargestellt. Dadurch reduziert die Laderegelschaltung 22 den Ladestrom um einen vorgegebenen Betrag (beispielsweise, einen Strom entsprechend Zehnern von Watt). Damit wird der Ladestrom um einen vorbestimmten Betrag verringert, wie in 5A dargestellt. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass der Leistungskonditionierer 12 abschaltet, da der Ladestrom verringert wird (die Last reduziert wird) bevor die Last die x-Markierung, wie in 4 gezeigt, erreicht. Andererseits, wenn die Rate der Abnahme der Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist, wird der Ladestrom allmählich erhöht.
Es ist anzumerken, dass der Ladestrom wieder erhöht wird, nachdem er im Zeitpunkt T1 reduziert wird, wie beispielsweise dargestellt in 5A. Die Ausgabe von der ΔV Bestimmungsschaltung 21 wird ein hoher Zustand zu einem Zeitpunkt T2, wie dargestellt in 5B, und der Ladestrom wird um einen vorgegebenen Betrag verringert. Das Erreichen des Ladestroms bei einem höheren Wert zu diesem Zeitpunkt als zum Zeitpunkt T1 ist ein Beispiel, wenn der Betrag der erzeugten Leistung von der Photovoltaikzelle 14 zunimmt. Es ist anzumerken, dass ein Beispiel, in dem der Betrag der erzeugten Leistung sich kaum geändert hat von der Zeit T2, ist zu einem Zeitpunkt T3 gezeigt. Der Ladestrom erreicht nahezu die gleiche Höhe wie zum Zeitpunkt 2. Im Beispiel nimmt die erzeugte Leistung weiter zu nach einer Zeit T3. Der Ladestrom erreicht den maximalen Ladestrom, weil die ΔV Bestimmungsschaltung 21 nicht einen Impulses zu einem hohen Zustand erzeugt.
Ferner wird der Ablauf des ausgeführten Prozesses in der in 1 dargestellten Laderegelschaltung 22 mit Bezug auf 6 beschrieben. Nachdem der Prozess des Ablaufdiagramms in 6 gestartet wird, werden die unten beschriebenen Schritte ausgeführt.
Die Laderegelschaltung 22 gibt das Ausgangssignal von der ΔV Bestimmungsschaltung 21 in Schritt S1 ein. Spezieller gibt die ΔV Bestimmungsschaltung 21 die Ausgabe von der Photovoltaikzelle 14 ein, um die zeitliche Änderung der Ausgangsspannung entsprechend der zwei unterschiedlichen Zeitkonstanten (C1·(VR + R1) und C2·R2) zu erfassen. Zu diesem Zeitpunkt gilt C1·(VR + R1) >> C2·R2. Die Zeitkonstante C1·(VR + R1) ist etwa einige Sekunden und die Zeitkonstante C2·R2 kürzer ist als die Zeitkonstante C1·(VR + R1). Beispielsweise gibt der variable Widerstand 223 die Spannung entsprechend der Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 vor der Änderung des Ladestroms aus, während der Widerstand 214 die Spannung entsprechend der Ausgangsspannung der Photovoltaikzelle 14 nach der Änderung des Ladestroms ausgibt. Der Komparator 224 vergleicht die Spannungen, um die Ausgabe zu einem hohen Zustand bringen, wenn die Rate der Abnahme der Spannung nach der Änderung gleich oder höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, oder, um die Ausgabe zu einem niedrigen Zustand in anderen Fällen zu bringen. Dadurch treibt der Ausgang von dem Komparator 224 in einem hohen Zustand das elektromagnetische Relais 226. Dies bewirkt, dass der Ausgang der ΔV Bestimmungsschaltung 21 in einem hohen Zustand ist. In anderen Fällen wird die Ausgabe von der ΔV Bestimmungsschaltung 21 ein niedriger Zustand. Die Laderegelschaltung 22 gibt das Ausgangssignal von der ΔV Bestimmungsschaltung 21 ein.
Die Laderegelschaltung 22 bestimmt in Schritt S2, ob die Ausgabe der ΔV Bestimmungsschaltung 21 in einem hohen Zustand ist. Wenn die Ausgabe der ΔV Bestimmungsschaltung 21 in einem hohen Zustand ist (Ja in Schritt S2), geht das Verfahren zum Schritt S4. In anderen Fällen (NEIN in Schritt S2), geht das Verfahren zu Schritt S3. Beispielsweise ist die ΔV Bestimmungsschaltung 21 in einem hohen Zustand in den Zeitpunkten T1, T2 und T3 in 5B. Somit bestimmt die Laderegelschaltung 22 JA und das Verfahren geht zu Schritt S4. In anderen Fällen geht das Verfahren zu Schritt S3.
Die Laderegelschaltung 22 erhöht den Ladestrom der Speicherbatterie 23 um einen vorbestimmten Betrag in Schritt S3. Beispielsweise erhöht die Laderegelschaltung 22 den Ladestrom der Speicherbatterie 23 um 10 W. Dann geht das Verfahren zu Schritt S5.
Die Laderegelschaltung 22 reduziert den Ladestrom der Batterie Speicher 23 um einen vorbestimmten Betrag in Schritt S4. Beispielsweise reduziert die Laderegelschaltung 22 den Ladestrom der Speicherbatterie 23 um mehrere zehn Watt. Alternativ kann die Laderegelschaltung 22 den Ladestrom auf Null senken. Dann geht das Verfahren zu Schritt S5. Dadurch wird der Ladestrom um einen vorbestimmten Betrag in den Zeitpunkten T1, T2 und T3 verringert, wie in 5A dargestellt. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt, der Betrag der Verringerung des Ladestroms eingestellt ist, größer zu werden als der Betrag der Erhöhung in Schritt S3 (beispielsweise ist der Erhöhungsbetrag eingestellt auf 10 W und der Betrag der Abnahme auf mehrere zehn Watt, wie oben beschrieben).
Die Laderegelschaltung 22 bestimmt in Schritt S5, ob das Verfahren abgeschlossen wird oder nicht. Wenn die Laderegelschaltung 22 bestimmt, das Verfahren nicht abzuschließen (NEIN in Schritt S5), geht das Verfahren zurück zu Schritt S1, um den selben Prozesses wie oben beschrieben zu wiederholen. In anderen Fällen (JA in Schritt S5), wird der Prozess abgeschlossen. Es ist anzumerken, dass es als Verfahren zur Bestimmung zum Abschließen des Verfahrens ein Verfahren gibt, beispielsweise, bei dem der Prozess abgeschlossen wird, wenn die Spannung der Speicherbatterie 23 einen bestimmten Spannungswert in Abhängigkeit von der Art der Speicherbatterie 23 erreicht. Es ist anzumerken, dass ein Modus nach der Beendigung der Ladung gestartet werden kann, in dem die Speicherbatterie 23 langsam durch die Verlust-Menge durch Entladung inklusive Selbstentladung (im allgemeinen, bezeichnet als Erhaltungsladung) aufgeladen wird.
Das Durchführen der zuvor erwähnten Prozesse erhöht allmählich den Ladestrom der Speicherbatterie 23 und reduziert den Ladestrom um einen vorbestimmten Betrag, wenn die Rate der Abnahme der Spannung der Photovoltaikzelle 14 gleich oder größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert (beispielsweise wird die Lastleistung kleiner gehalten als die zugeführte Leistung von der Photovoltaikzelle während des selbsterhaltenden Betriebs des Leistungskonditionierers 12). Hierdurch lässt sich vermeiden, dass der Leistungskonditionierers 12 im selbsterhaltenden Betrieb abschaltet. Hierdurch lässt sich das Anhalten des Ladens aufgrund der Abschaltung der Leistungskonditionierer 12 vermeiden, ohne dass es der Benutzer realisiert. Dies kann des Weiteren den Benutzeraufwand zum Neustarten des Leistungskonditionierers 12 einsparen. Dies kann ferner die Speicherbatterie 23 laden, auch wenn die Leistung, die von der Photovoltaikzelle 14 erzeugt wird, kleiner ist als die erforderliche Eingangsleistung für die Ladesvorrichtung 20 (z. B. der Nenneingangsleistung).
(C) Variation
Es sollte verstanden sein, dass die oben beschriebene Ausführungsform ein Beispiel ist und die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf diese Ausführungsform. Beispielsweise, der Fall, in dem die Photovoltaikzelle 14 als Leistungserzeugungsquelle genannt ist, ist als Beispiel in der oben beschriebenen Ausführung zitiert. Jedoch, kann beispielsweise Windenergieerzeugung oder hydraulischen Energieerzeugung alternativ verwendet werden.
Die Schaltungen mit den unterschiedlichen Zeitkonstanten und der Komparator 224 werden als die ΔV Bestimmungsschaltung 21 in der oben beschriebenen Ausführung verwendet. Jedoch ist eine solche Konfiguration ein Beispiel. Eine andere Ausführungsform kann verwendet werden. Beispielsweise, A/D-Umwandlung die Umwandlung konvertiert die Ausgangsspannung von der Photovoltaikzelle 14 in digitale Signale, so dass der gleiche Prozess ausgeführt werden kann, mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) auf der Basis der umgewandelten digitalen Daten.
Wie in 5B dargestellt, wird der Ladestrom um einen vorgegebenen Betrag verringert, jedes Mal, wenn die Ausgabe der ΔV Bestimmungsschaltung 21 ein hoher Zustand wird in der oben beschriebenen Ausführungsform. Jedoch kann der Betrag durch den der Ladestrom verringert wird, geändert werden in Abhängigkeit von Gegebenheiten. Beispielsweise, wenn der Ladestrom zu der Zeit, wenn die Ausgabe aus der ΔV Bestimmungsschaltung 21 ein hoher Zustand ist, über die Zeit erhöht (beispielsweise, wenn der Ladestrom zunimmt von der Zeit T1 zu den Zeitpunkten T2 und T3 dargestellt wie in 5A), oder wenn der Ladestrom zeitlich annähernd konstant bleibt, wobei der Ausgang von der Photovoltaikzelle 14 ansteigt oder konstant bleibt. In einem solchen Fall, wird der Betrag der Verringerung des Ladestroms auf einen kleinen Betrag eingestellt, um die Verlustleistung zu verringern. Andererseits, wenn der Ladestrom mit der Zeit, wenn sich die Ausgabe von der ΔV Bestimmungsschaltung 21 zu einem hohen Zustand über der Zeit verringert, verringert sich die Ausgabe von der Photovoltaikzelle 14. In einem solchen Fall hat die Verhinderung der Abschaltung des Leistungskonditionierer 12 höchste Priorität und der Betrag der Verringerung des Ladestroms kann auf einen großen Betrag eingestellt werden.
Der Betrieb wird gemäß der Größe der Rate der Abnahme der Spannung geregelt, wenn der Ladestrom in der oben beschriebenen Ausführung erhöht wird. Jedoch kann der Betrieb zum Beispiel nicht basierend auf der Rate der Abnahme der Spannung, sondern bezogen auf den Betrag der Verringerung der Spannung geregelt werden. Die Einstellung des Ladestroms kann nicht basierend auf der Spannung sondern basierend auf der Abnahmerate oder der Menge der Abnahme des Stroms oder basierend auf der Abnahmerate oder der Menge der Verringerung von Energie ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1: kommerziellen Leistungsquelle System
2: Leistungsmesser
3: Verteilungsplatte
10: Photovoltaikvorrichtung
11: Verbindungsschalter
12: Leistungskonditionierer
13: Anschlusskasten
14: Photovoltaikzelle
20: elektrische Speichereinheit
21: ΔV Bestimmungsschaltung (Erfassungseinheit)
22: Laderegelschaltung (Erhöhungs- und Verringerungseinheit, und Regeleinheit)
23: Speicherbatterie
24: AC-DC Wandler
25: DC-AC Inverter

Claims

Eine Ladevorrichtung zum Laden einer Speicherbatterie mit einer Leistung geliefert von einer selbsterhaltenden Betriebsbuchse eines Leistungskonditionierers mit einer selbsttragende Betriebsfunktion, wobei die Ladevorrichtung aufweist: eine Zunahme und Abnahme Einheit, konfiguriert zum Erhöhen und Verringern von Ladestrom zu der Speicherbatterie; eine Erfassungseinheit, konfiguriert zum Detektieren einer zeitlichen Änderung der Spannung öder des Stroms, der von einer Leistungserzeugungsquelle zu dem Leistungskonditionierer geliefert wird; und eine Regeleinheit, konfiguriert zum Regeln der Erhöhungs- und Verringerungseinheit zum Erhöhen des Ladestroms über der Zeit, um fortzufahren den Ladestrom zu erhöhen, wenn ein zeitlicher Betrag der Verringerung der Spannung oder des Stroms, der von der Erfassungseinheit erfasst wird, kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und zum Verringern des Ladestroms um einen vorbestimmten Betrag, wenn der zeitliche Betrag der Verringerung der Spannung oder des Stroms gleich oder größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
Ladegerät nach Anspruch 1, wobei die Leistungserzeugungsquelle eine Photovoltaikzelle ist und die Regeleinheit zugeführten Ladestrom von der Photovoltaikzelle zu der Speicherbatterie durch den Leistungskonditionierer regelt.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regeleinheit bewirkt, dass die Erhöhungs- und Verringerungseinheit die Erhöhung des Ladestroms fortsetzt, wenn eine Rate der Verminderung, erhalten durch Dividieren des zeitlichen Betrags der Verringerung der Spannung durch einen Spannungswert oder erhalten durch Teilen des zeitlichen Betrags der Abnahme des Stroms durch einen Stromwert, kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, und bewirkt, dass die Erhöhungs- und Verringerungseinrichtung den Ladestrom um einen vorbestimmten Betrag verringert, wenn die Abnahmerate gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungseinheit den zeitlichen Betrag der Verringerung bzw. die zeitliche Rate der Abnahme der Spannung oder des Stroms von der Leistungserzeugungsquelle durch Eingeben der Spannung oder des Stroms durch Schaltungen mit zwei unterschiedlichen Zeitkonstanten und Vergleicherausgängen den zwei Schaltkreisen erfasst.