JP2011091985A - 直流電力供給装置、および直流電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷に電力を供給しながら、システム全体の電力効率を最適化することができる直流電力供給装置、および直流電力供給システムを提供する。
【解決手段】モード切換部４ｈは、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止させて二次電池２の放電電力のみで、負荷機器Ｌの消費電力から太陽電池１の発電電力を引いた電力差分を補う制御を優先させる放電優先モードと、太陽電池１の発電電力およびＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力で二次電池２を充電する制御を優先させる充電優先モードとのいずれか一方に、将来の所定期間における太陽電池１の発電量および負荷機器Ｌの消費電力量の各推定結果に基づいて配電制御部４ｃの動作を切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電力供給装置、および直流電力供給システムに関するものである。

図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、太陽電池１や二次電池２が供給する直流電力と、商用電源ＡＣをＡＣ／ＤＣ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３が供給する直流電力とを併用して、負荷機器Ｌを駆動する直流電力供給システムがある（例えば、特許文献１参照）。

太陽電池１、二次電池２、ＡＣ／ＤＣコンバータ３等の複数の電源を用いた直流電力供給システムでは、太陽電池１の発電量および負荷機器Ｌの消費電力の変動に応じて、動作パターン（１）〜（４）を動的に切り換えている。動作パターン（１）は、太陽電池２の発電電力によって、負荷機器Ｌを駆動するとともに二次電池２の充電を行う（図１０（ａ）参照）。動作パターン（２）は、太陽電池１の発電電力および二次電池２の放電電力によって、負荷機器Ｌを駆動する（図１０（ｂ）参照）。動作パターン（３）は、太陽電池２の発電電力およびＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力によって、負荷機器Ｌを駆動するとともに二次電池２の充電を行う（図１０（ｃ）参照）。動作パターン（４）は、太陽電池１の発電電力および二次電池２の放電電力およびＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力によって、負荷機器Ｌを駆動する（図１０（ｄ）参照）。

ここで、動作パターンを切り換える条件としては、太陽電池１を優先的に負荷機器Ｌの駆動や二次電池２の充電に使用することや、ＡＣ／ＤＣコンバータ３が交流電力を直流電力に変換する効率（ＡＣ／ＤＣ変換効率）の高いところで動作させること等が挙げられる。ＡＣ／ＤＣ変換効率は、図１１に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の定格出力電力Ｗｓより低い所定電力Ｗａにおいて最大（変換効率ピーク）となる効率曲線で表される。

そして、動作パターン（１）〜（４）のいずれかで動作しながら、二次電池２の放電を充電より優先させる放電優先モードと二次電池２の充電を放電より優先させる充電優先モードとを切り換えて、システム効率の悪化を抑制しようとしている。

放電優先モードとは、二次電池２の放電を充電より優先させる制御方法であり、二次電池２の充電を可能な限り太陽電池１の発電電力により行い、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を可能な限り停止させて、商用電源ＡＣの使用電力量を低減させ、さらに二次電池２の容量を減少させることを目的としている。具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止させて二次電池２の放電電力のみで、負荷機器Ｌの消費電力から太陽電池１の発電電力を引いた電力差分を補う処理（フルカバー放電）が優先される。すなわち、二次電池２の容量を減少させて、太陽電池１の発電電力に余剰分が発生した場合に二次電池２が充電可能な状態となるように制御される。

充電優先モードとは、二次電池２の充電を放電より優先させる制御方法であり、負荷機器Ｌでの消費電力がＡＣ／ＤＣ変換効率ピークとなる所定電力Ｗａを越えた場合に二次電池２の放電電力を併用することによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力を変換効率ピークに調整する効率改善動作を行う際、二次電池２の放電電力が不足することを防ぐことを目的としている。具体的には、太陽電池１の発電電力およびＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力で二次電池２を充電して、二次電池２の容量を維持する制御が優先され、太陽電池１および二次電池２のみで負荷機器Ｌを駆動するフルカバー放電を行わない。

特開２００９−１５３３０１号公報

上記２つの稼動モードによりシステム全体の動作が決定されるのであるが、どちらの稼動モードを選択するかによって、全体の省エネ効果の度合いに影響を及ぼす。

例えば、放電優先モードで頻繁に動作した場合、二次電池２の残容量が定常的に少ない状態になるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力を変換効率ピークに調整する効率改善動作を行うときに二次電池２の放電電力を十分に確保できなくなって、結果的にＡＣ／ＤＣコンバータ３を変換効率が低いところで使用する状況になることがある。

逆に、充電優先モードで動作し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力を変換効率ピークに調整する効率改善動作を行なうために二次電池２の残容量を多く保持した場合、太陽電池１の発電電力が負荷機器Ｌの消費電力より大きく上回っても、太陽電池１の発電電力を二次電池２に充電できなくなり、結果的に太陽電池１の発電電力を無駄に捨ててしまう状況になることがある。

このように、天候、時刻、季節等によって変動する太陽電池１の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷機器Ｌに電力を供給しているため、システム全体の電力効率を最適化することが困難であった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷に電力を供給しながら、システム全体の電力効率を最適化することができる直流電力供給装置、および直流電力供給システムを提供することにある。

請求項１の発明は、太陽光によって発電する太陽電池と、商用電源を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、太陽電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの出力によって充電される二次電池とを電源として、負荷へ直流電力を供給する直流電力供給装置であって、太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段と、負荷の消費電気量を検出する負荷量検出手段と、太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各検出結果に基づいて、太陽電池および二次電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの夫々から負荷への各電力供給動作を制御する配電制御部と、将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定する発電量推定手段と、将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定する負荷量推定手段と、ＡＣ／ＤＣコンバータを停止させて二次電池の放電電力のみで、負荷の消費電力から太陽電池の発電電力を引いた電力差分を補う制御を優先させる放電優先モードと、太陽電池の発電電力とＡＣ／ＤＣコンバータの出力電力との少なくとも一方で二次電池を充電する制御を優先させる充電優先モードとのいずれか一方に、将来の所定期間における太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に基づいて配電制御手段の動作を切り換えるモード切換手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、直流電力供給装置において、太陽電池の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷に電力を供給しながら、システム全体の電力効率を最適化することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記モード切換手段は、将来の所定期間に前記放電優先モードで配電制御手段を動作させた場合における商用電源の使用電気量と、将来の所定期間に前記充電優先モードで配電制御手段を動作させた場合における商用電源の使用電気量とを、前記太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に基づいて演算し、両モードのうち商用電源の使用電気量が少ないモードを選択することを特徴とする。

この発明によれば、商用電源の使用電気量を抑制する方向へ制御でき、システム全体の電力効率を最適化することができる。

請求項３の発明は、請求項１において、前記太陽電池の発電量と負荷の消費電気量との組み合わせに、前記放電優先モードまたは前記充電優先モードを対応付けた切換判断情報記憶手段を備え、前記モード切換手段は、前記太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に対応するモードを、切換判断情報記憶手段を参照して選択することを特徴とする。

この発明によれば、将来における商用電源の使用電気量を導出する必要がないので、モード切換処理の簡易化が可能となる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、負荷の消費電気量の履歴を格納した負荷履歴記憶手段を備え、前記負荷量推定手段は、前記負荷履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における負荷の消費電気量の平均値を、将来の所定期間における負荷の消費電気量の推定値とすることを特徴とする。

この発明によれば、最近の消費電気量の平均値を、将来の消費電気量の推定値とするので、負荷履歴記憶手段のリソースを低減しながら、消費電気量の推定処理が可能となる。

請求項５の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、負荷の消費電気量の履歴を格納した負荷履歴記憶手段を備え、前記負荷量推定手段は、前記負荷履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における負荷の消費電気量に基づいて将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定することを特徴とする。

この発明によれば、過去の所定期間の消費電気量を、将来の消費電気量の推定値とするので、消費電気量の推定精度が向上する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、負荷の消費電気量の履歴を格納した負荷履歴記憶手段を備え、前記負荷量推定手段は、負荷の消費電気量の履歴に基づいて将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定し、前記モード切換手段は、前記負荷履歴記憶手段に格納された負荷の消費電気量の履歴が所定量以内の場合、前記放電優先モードを選択することを特徴とする。

この発明によれば、システム起動直後であっても、配電制御を行うことができ、さらには、太陽電池の発電電力に余剰分が発生した場合に二次電池の充電にできるだけ用いることができ、太陽電池の発電電力を無駄に捨てることを抑制できる。

請求項７の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、１年間を分割した各期間における太陽電池の発電量を設定した発電量記憶手段を備え、前記発電量推定手段は、発電量記憶手段を参照して将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定することを特徴とする。

この発明によれば、発電量の履歴を格納する必要がなく、簡易な構成で、将来の太陽電池の発電量を推定することができる。

請求項８の発明は、請求項１乃至６いずれかにおいて、太陽電池の発電量の履歴を格納した発電履歴記憶手段を備え、前記発電量推定手段は、太陽電池の発電量の履歴に基づいて将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定することを特徴とする。

この発明によれば、発電量の履歴に基づいて将来の発電量を推定するので、推定精度が向上する。

請求項９の発明は、請求項８において、前記発電量推定手段は、前記発電履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における太陽電池の発電量の平均値を、将来の所定期間における太陽電池の発電量の推定値とすることを特徴とする。

この発明によれば、最近の発電量の平均値を、将来の発電量の推定値とするので、発電履歴記憶手段のリソースを低減しながら、発電量の推定処理が可能となる。

請求項１０の発明は、請求項８において、前記発電量推定手段は、前記発電履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における太陽電池の発電量に基づいて将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定することを特徴とする。

この発明によれば、過去の所定期間の発電量を、将来の発電量の推定値とするので、発電量の推定精度が向上する。

請求項１１の発明は、請求項１乃至１０いずれかにおいて、前記モード切換手段は、前記二次電池の劣化状態を監視する二次電池監視手段を備え、二次電池の劣化状態が大きいほど、充電優先モードを選択する回数を低減することを特徴とする。

この発明によれば、二次電池の劣化進行が抑制される。

請求項１２の発明は、太陽電池と、商用電源を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、太陽電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの出力によって充電される二次電池と、太陽電池、ＡＣ／ＤＣコンバータ、二次電池を電源として、負荷へ直流電力を供給する直流電力供給装置とで構成され、直流電力供給装置は、太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段と、負荷の消費電気量を検出する負荷量検出手段と、太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各検出結果に基づいて、太陽電池および二次電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの夫々から負荷への各電力供給動作を制御する配電制御部と、将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定する発電量推定手段と、将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定する負荷量推定手段と、ＡＣ／ＤＣコンバータを停止させて二次電池の放電電力のみで、負荷の消費電力から太陽電池の発電電力を引いた電力差分を補う制御を優先させる放電優先モードと、太陽電池の発電電力とＡＣ／ＤＣコンバータの出力電力との少なくとも一方で二次電池を充電する制御を優先させる充電優先モードとのいずれか一方に、将来の所定期間における太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に基づいて配電制御手段の動作を切り換えるモード切換手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、直流電力供給システムにおいて、太陽電池の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷に電力を供給しながら、システム全体の電力効率を最適化することができる。

以上説明したように、本発明では、太陽電池の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷に電力を供給しながら、システム全体の電力効率を最適化することができるという効果がある。

実施形態１のシステム構成を示す図である。 同上の配電制御のフローチャートを示す図である。 （ａ）（ｂ）同上の稼動モード設定、判定のフローチャートを示す図である。 同上の発電量テーブルの構造を示す図である。 同上の放電電流の上限値設定のフローチャートを示す図である。 実施形態２のシステム構成を示す図である。 同上の切換判断テーブルの構造を示す図である。 同上の充電優先モード重み付け特性を示す図である。 実施形態４のシステム構成を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）従来のシステム構成、動作を示す図である。 ＡＣ／ＤＣコンバータの変換効率特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の直流電力供給システムは、図１に示すように、太陽電池１、二次電池２、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を設けており、直流電力供給装置４は、太陽電池１、二次電池２、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を電源として、負荷機器Ｌへ供給する直流電力を制御する。

太陽電池１は、太陽光によって発電し、出力電圧を昇圧若しくは降圧して所定の直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ３は、商用電源ＡＣを直流電力に変換して所定の直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣ変換手段を構成している。二次電池２は、充電部２ａによって太陽電池１の発電電力とＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力との少なくとも一方を用いて充電され、放電部２ｂによって負荷機器Ｌ側へ放電される。なお、二次電池２はニッケル水素電池またはリチウムイオン電池からなり、放電部２ｂには二次電池２の放電電圧を昇圧若しくは降圧して所定の直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。

直流電力供給装置４は、太陽電池１、二次電池２、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を電源として、負荷機器Ｌへ供給する直流電力を制御しており、発電量検出部４ａと、負荷量検出部４ｂと、配電制御部４ｃと、発電量記憶部４ｄと、発電量推定部４ｅと、負荷履歴記憶部４ｆと、負荷量推定部４ｇと、モード切換部４ｈとで構成される。

発電量検出部４ａは、太陽電池１の発電電流から発電電力、発電電力量を検出し、負荷量検出部４ｂは、直流電力供給装置４の出力電流から負荷機器Ｌの消費電力および消費電力量（直流電力供給装置４の出力電力および出力電力量）を検出し、配電制御部４ｃは、発電量検出部４ａおよび負荷量検出部４ｂの各検出結果に基づいて、太陽電池１および二次電池２およびＡＣ／ＤＣコンバータ３の夫々から負荷への各電力供給動作を制御する。

配電制御部４ｃは、現在の負荷機器Ｌの消費電力から現在の太陽電池１の発電電力を引いた電力差分を導出し、この電力差分に基づいて、二次電池２の制御方法（充電・放電・停止）、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力制御を行っており、この配電制御部４ｃによる配電制御について図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、配電制御部４ｃは、現在の負荷機器Ｌの消費電力から現在の太陽電池１の発電電力を引いた電力差分として、二次電池２の充放電を停止させた状態で負荷量検出部４ｂによって検出されたＡＣ／ＤＣコンバータ３の現在の出力電流（以降、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流と称す）を用い、このＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が０（Ａ）を超えているか否か（すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力の有無）を判定する（Ｓ１）。ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力があれば、このＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力（電力差分）を、二次電池２の放電電力によって全て賄えるか否か（すなわち、フルカバー放電が可能か否か）を判定する（Ｓ２）。この判定処理では、二次電池２の放電電流に後述のモード設定に応じた上限値（放電上限値）が設定されており、フルカバー放電に必要な放電電流（判定電流）が放電上限値内であれば、フルカバー放電が可能であると判定される。二次電池２のフルカバー放電が可能であると判断すると、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力を停止し、二次電池２がフルカバー放電を開始する（Ｓ３）。但し、二次電池２の残容量が下限に達している等によって放電が不可能である場合には、後述のステップＳ４に進む。

ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が放電上限値を超えていれば、二次電池２のフルカバー放電は不可能であると判断して、次に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が、ＡＣ／ＤＣ変換効率のピーク近傍となる電流範囲であるか否かを判定する（Ｓ４）。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ３が図１１における所定電力Ｗａ近傍で動作しているか否かを判定しており、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が、ＡＣ／ＤＣ変換効率のピーク近傍となる電流範囲であれば（ａ３）、二次電池２の充放電を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率ピーク付近での出力動作を継続する（Ｓ５）。

ステップＳ４において、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が、ＡＣ／ＤＣ変換効率のピーク近傍となる電流範囲より小さければ（ａ１）、二次電池２の充電が可能であるか否かを判定する（Ｓ６）。二次電池２の容量が充電リミットに達しておれば、充電不可能と判定され、二次電池２の充放電を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率が低下した状態での出力動作を継続する（Ｓ７）。

二次電池２の容量が充電リミットに達していなければ、充電可能と判定され、次に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３が変換効率ピークで動作したときの出力電流（図１１の所定電力Ｗａで動作したときの出力電流であり、以降、効率ピーク電流と称す）から、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流を引いた値が、二次電池２を充電可能な電流範囲内（以降、充電可能範囲と称す）であるか否かを判定する（Ｓ８）。効率ピーク電流からＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流を引いた値が充電可能範囲内であれば（ｂ１）、二次電池２の充電を開始し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は出力電流を増加させて変換効率ピークでの動作に移行する（Ｓ９）。または、効率ピーク電流からＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流を引いた値が充電可能範囲以上であれば（ｂ２）、二次電池２の充電を開始し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は出力電流を増加させる。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流は最大充電電流と判定電流との和になるが、効率ピーク電流より小さくなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率が低下した状態で出力動作を行う（Ｓ１０）。または、効率ピーク電流からＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流を引いた値が充電可能範囲以下であれば（ｂ３）、二次電池２の充電が不可能となって充放電を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率が低下した状態での出力動作を継続する（Ｓ１１）。

ステップＳ４において、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が、ＡＣ／ＤＣ変換効率のピーク近傍となる電流範囲より大きければ（ａ２）、二次電池２の放電が可能であるか否かを判定する（Ｓ１２）。二次電池２の容量が放電リミットより低下しておれば、放電不可能と判定され、二次電池２の充放電を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率が低下した状態での出力動作を継続する（Ｓ１３）。

二次電池２の容量が放電リミットより低下していなければ、放電可能と判定され、次に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流から効率ピーク電流を引いた値が、二次電池２を放電可能な電流範囲内（以降、放電可能範囲と称す）であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流から効率ピーク電流を引いた値が放電可能範囲内であれば（ｃ１）、二次電池２の放電を開始し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は出力電流を減少させて変換効率ピークでの動作に移行する（Ｓ１５）。または、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流から効率ピーク電流を引いた値が放電可能範囲以上であれば（ｃ２）、二次電池２の放電を開始し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は出力電流を減少させる。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流は効率ピーク電流より大きくなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率が低下した状態で出力動作を行う（Ｓ１６）。または、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流から効率ピーク電流を引いた値が放電可能範囲以下であれば（ｃ３）、二次電池２の放電が不可能となって充放電を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３は変換効率が低下した状態での出力動作を継続する（Ｓ１７）。

また、ステップＳ１においてＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力がなければ、二次電池２の充電が可能であるか否かを判定する（Ｓ１８）。二次電池２の容量が充電リミットに達していなければ、充電可能と判定され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止させた状態で、太陽電池１の発電電力による二次電池２の充電を開始する（Ｓ１９）。二次電池２の容量が充電リミットに達しておれば、充電不可能と判定され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止させた状態で二次電池２の充放電を停止する（Ｓ２０）。

さらに、モード切換部４ｈは、上記図２に示す配電制御において、二次電池２の放電を充電より優先させる放電優先モードと二次電池２の充電を放電より優先させる充電優先モードとを切り換えることで、システム効率を向上させている。上記ステップＳ２では、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力を、二次電池２の放電電力によって全て賄えるか否か（すなわち、フルカバー放電が可能か否か）を判定しており、この判定処理では、二次電池２の放電電流にモード設定に応じた放電上限値が設定され、フルカバー放電で出力する放電電流が放電上限値内であれば、フルカバー放電が可能であると判定される。そして、稼動モードの切換は、フルカバー放電における放電上限値の切換によって行われる。以下、この稼動モードの切換について説明する。

まず、放電優先モードとは、二次電池２の放電を充電より優先させる制御方法であり、二次電池２の充電を可能な限り太陽電池１の発電電力により行い、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を可能な限り停止させて、商用電源ＡＣの使用電力量を低減させ、さらに二次電池２の容量を減少させることを目的としている。具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止させて二次電池２の放電電力のみで、負荷機器Ｌの消費電力から太陽電池１の発電電力を引いた電力差分を補う処理が優先される。すなわち、二次電池２の容量を減少させて、太陽電池１の発電電力に余剰分が発生した場合に二次電池２が充電可能な状態となるように制御される。

充電優先モードとは、二次電池２の充電を放電より優先させる制御方法であり、負荷機器Ｌでの消費電力がＡＣ／ＤＣ変換効率ピークとなる所定電力Ｗａを越えた場合に二次電池２の放電電力を併用することによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力を変換効率ピークに調整する効率改善動作を行う際、二次電池２の放電電力が不足することを防ぐことを目的としている。具体的には、太陽電池１の発電電力およびＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力で二次電池２を充電して、二次電池２の容量を維持する制御が優先され、太陽電池１および二次電池２のみで負荷機器Ｌを駆動するフルカバー放電を行わない。

そしてモード切換部４ｈは、太陽電池１が発電を開始する前の午前６時（この時刻は季節によって変動してもよい）に、図３（ａ）のフローチャートに示す稼動モードの設定処理を行い（１回／日）、当該設定した稼動モードを、本日の午前６時〜翌朝５時５９分までの１日（以降、この１日の期間を本日と称す）の間、維持する。まず、システム起動後、１週間経過したか否かを判定し（Ｓ３１）、システム起動後、１週間経過している場合は、稼動モードの判定処理を行う（Ｓ３２）。

ステップＳ３２における稼動モードの判定処理は、図３（ｂ）のフローチャートに示され、現在より将来の所定期間における太陽電池１の発電量および負荷機器Ｌの消費電力量の各推定結果に基づいて稼動モードを判定する。

まず発電量記憶部４ｄには、図４に示すように、１年間を季節毎に分割した各期間における太陽電池１の一般的な発電量を予め設定した発電量テーブルＴＢ１が格納されている。発電量テーブルＴＢ１は、季節を「夏」「春／秋」「冬」に分け、さらに季節毎に天候「快晴」「晴れ」「晴れ時々くもり」「くもり」「雨」に各々対応させた発電量（Ａｈ）を予め設定している。そして、発電量推定部４ｅは、図示しないインターネット接続手段を具備しており、インターネット上のサーバから本日の天気予報情報を取得し、発電量テーブルＴＢ１を参照して、季節と天気予報情報とに基づいた本日の発電量を推定する（Ｓ４１）。したがって、発電量の履歴を格納する必要がなく、簡易な構成で、太陽電池１の本日の発電量を推定することができる。

負荷履歴記憶部４ｆには、負荷量検出部４ｂが検出した負荷機器Ｌの消費電力量の過去１週間の履歴が日単位で格納されており、負荷量推定部４ｇは、負荷履歴記憶部４ｆを参照して、過去１週間における消費電力量の平均値を、本日の消費電力量の推定値とする（Ｓ４２）。そして、１日毎に、最も古い日の履歴を削除するとともに前日の履歴を追加し、過去１週間における消費電力量の平均値を本日の消費電力量の推定値として更新する。このように、最近の消費電力量の平均値を、本日の消費電力量の推定値とするので、負荷履歴記憶部４ｆのリソースを低減しながら、消費電力量の推定処理が可能となる。

そして、モード切換部４ｈは、本日の発電量および本日の消費電力量の推定結果を用いて、充電優先モードで配電制御部４ｃを動作させたときの商用電源ＡＣの本日の実質使用量を導出し、さらに放電優先モードで配電制御部４ｃを動作させたときの商用電源ＡＣの本日の実質使用量を導出する（Ｓ４３）。

ステップ４３における商用電源ＡＣの本日の実質使用量の導出処理について、以下説明する。

まず、毎日の午前６時の時点で、Ｓ４１で推定した太陽電池１の本日の発電量と、Ｓ４２で推定した本日の消費電力量とを用いて、本日の午前６時〜翌朝５時５９分までの１日に対して、放電優先モードと充電優先モードの両モードの場合における商用電源ＡＣの実質使用量シミュレーションを各々行う。この商用電源ＡＣの本日の実質使用量を求めるシミュレーションは、例えば１分、１０分等の一定時間単位で計算され、この一定時間単位の計算結果を積算したものが、本日の商用電源ＡＣの実質使用量となる。

このシミュレーションは、放電優先モードと充電優先モードの両モードの場合における商用電源ＡＣの本日の実質使用量を導出するものであり、単に両モードにおける商用電源ＡＣの使用電力量を導出するだけではなく、二次電池２の容量増減分を考慮する必要がある。具体的には、［本日の午前６時時点の二次電池２の残容量−翌日の午前５時５９分の二次電池２の残容量］を、二次電池２の容量増減分とし、
放電優先モードにおける商用電源ＡＣの実質使用量＝放電優先モードにおける商用電源ＡＣの使用電力量＋放電優先モードにおける二次電池２の容量増減分
充電優先モードにおける商用電源ＡＣの実質使用量＝充電優先モードにおける商用電源ＡＣの使用電力量＋充電優先モードにおける二次電池２の容量増減分
を各々導出する。

次に、上記シミュレーション結果を用いて放電優先モードと充電優先モードの両モードの場合における商用電源ＡＣの実質使用量を比較する（Ｓ４４）。充電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの実質使用量が、放電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの実質使用量より少なければ、稼動モードを充電優先モードに切り換える（Ｓ４５）。一方、放電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの実質使用量が、充電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの実質使用量より少なければ、稼動モードを放電優先モードに切り換える（Ｓ４６）。

なお、ステップＳ４３において、モード切換部４ｈは、本日の発電量および本日の消費電力量の推定結果を用いて、充電優先モードで配電制御部４ｃを動作させたときの商用電源ＡＣの本日の使用電力量を導出し、さらに放電優先モードで配電制御部４ｃを動作させたときの商用電源ＡＣの本日の使用電力量を導出し、ステップＳ４４において、この導出した両使用電力量を比較してもよい。すなわち、二次電池２の容量増減分を考慮することなく、単に両モードにおける商用電源ＡＣの使用電力量を導出する。この場合、充電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの使用電力量が、放電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの使用電力量より少なければ、稼動モードを充電優先モードに切り換える。一方、放電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの使用電力量が、充電優先モードを選択した場合における商用電源ＡＣの使用電力量より少なければ、稼動モードを放電優先モードに切り換える。

また、ステップＳ３１において、システム起動後、１週間経過していない場合は、負荷機器Ｌの消費電力量の７日分の履歴が、負荷履歴記憶部４ｆにまだ格納されていないとして、稼動モードに放電優先モードを設定する（Ｓ３３）。したがって、システム起動直後であっても、配電制御を行うことができ、さらには、太陽電池１の発電電力に余剰分が発生した場合に二次電池２の充電にできるだけ用いることができ、太陽電池１の発電電力を無駄に捨てることを抑制できる。

このように、モード切換部４ｈは、配電制御部４ｃの稼動モードを充電優先モードまたは放電優先モードに設定するのであるが、このモードの切換手段は、図２のステップＳ２において二次電池２のフルカバー放電が可能か否かを判定する際に用いる放電電流の放電上限値を切り換えることで実現される。

その放電上限値の設定処理は図５のフローチャートに示され、まずモード切換部４ｈは、現在時刻が２０時００分００秒〜５時５９分５９秒の間であるか否かを判定する（Ｓ５１）。そして、現在時刻が２０時００分００秒〜５時５９分５９秒の間であれば、稼動モードの設定が充電モード、放電モードのいずれであっても、効率無視放電時間帯として、二次電池２の放電可能電流値を放電上限値に設定する（Ｓ５２）。すなわち、夜間は放電上限値を、放電可能な最大電流にまで強制的に増大させて、二次電池２をできるだけ放電させる動作となる。

一方、ステップＳ５１において、現在時刻が２０時００分００秒〜５時５９分５９秒の間でなければ、図３（ｂ）のステップＳ４５，Ｓ４６で設定されるモードが充電優先モードか否かを判定する（Ｓ５３）。充電優先モードが設定される場合、放電上限値に０（Ａ）を設定し（Ｓ５４）、放電優先モードが設定される場合、放電上限値に効率ピーク電流−０．１（Ａ）を設定する（Ｓ５５）。

したがって、充電優先モードの設定時には、放電上限値に０（Ａ）が設定されることから、ステップＳ２におけるフルカバー放電の可否判定において、フルカバー放電は不可能であると必ず判定される。すなわち、二次電池２の充電制御が優先される。

一方、放電優先モードの場合には、放電上限値に効率ピーク電流−０．１（Ａ）が設定されることから、ステップＳ２におけるフルカバー放電の可否判定において、フルカバー放電に必要な放電電流が放電上限値内であれば、フルカバー放電は可能であると判定され、ステップＳ３のフルカバー放電に移行しやすくなる。すなわち、二次電池２の放電制御が優先される。なお、放電優先モードにおける放電上限値は、効率ピーク電流の上下近傍であればよく、ステップＳ２におけるフルカバー放電の可否判定において、フルカバー放電に必要な放電電流が効率ピーク電流の上下近傍に設定された放電上限値内であれば、フルカバー放電は可能であると判定される。

このように、放電優先モードにおける放電上限値を、効率ピーク電流の上下近傍に設定した場合、ＡＣ／ＤＣ変換効率が低い低出力時に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を停止でき、システムの電力効率の悪化を抑制でき、さらには出力可能電流が小さい二次電池２でも、大容量のＡＣ／ＤＣコンバータ３に対応できる。一方、放電優先モードにおける放電上限値を、効率ピーク電流より大きくした場合、急速放電による二次電池２の温度上昇が大きく、二次電池２の寿命が短くなる。

または、放電優先モードにおける放電上限値として、二次電池２が放電可能な最大電流に設定してもよい。さらに、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の効率ピーク電流が５（Ａ）、二次電池２の放電上限値が１０（Ａ）のように、放電上限値が効率ピーク電流より大きい場合には、判定電流が効率ピーク電流より大きい範囲でもフルカバー放電が可能となって、フルカバー放電の可能範囲が広くなる。そして、この場合も、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の判定電流が放電上限値内であれば、フルカバー放電が可能であると判定されて、ステップＳ３に移行し、判定電流が放電上限値を超えていれば、二次電池２のフルカバー放電は不可能であると判定されて、ステップＳ４に移行する。このように、放電上限値を、二次電池２が放電可能な最大電流に設定した場合、放電優先モードでは、二次電池２によるフルカバー放電が最大限優先され、商用電源ＡＣの使用電力が最大限に抑制される。

このように、将来の所定期間（本実施形態では６時００分００秒からの１日間）における太陽電池１の発電量、および将来の所定期間（本実施形態では６時００分００秒からの１日間）における負荷機器Ｌの消費電力量を推定する。そして、この推定結果に基づいて、充電優先モードおよび放電優先モードの各々を用いた場合の、将来の所定期間（本実施形態では６時００分００秒からの１日間）における商用電源ＡＣの実質使用量を導出し、商用電源ＡＣの実質使用量が少ないモードを選択する。したがって、太陽電池１の発電電力を利用し、さらに消費電力が時々刻々変化する負荷機器Ｌに電力を供給しながら、商用電源ＡＣの使用電力量を抑制する方向へ制御でき、システム全体の電力効率を最適化することができる。

なお、負荷量推定部４ｇは、負荷機器Ｌの消費電力量の履歴に基づいて、将来の消費電力量の推定処理を行っているが、将来における負荷機器Ｌの使用スケジュールを予め設定しておき、この負荷機器Ｌの使用スケジュールに基づいて、将来の消費電力量の推定処理を行ってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の直流電力供給システムは、図６に示すように、直流電力供給装置４に切換判断情報記憶部４ｉを設けており、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

切換判断情報記憶部４ｉには、図７に示す切換判断テーブルＴＢ２が格納されており、切換判断テーブルＴＢ２には、太陽電池１の発電量と負荷機器Ｌの消費電力量の範囲毎に充電優先モードまたは放電優先モードを対応付けている。

そして、実施形態１のモード切換部４ｈは、発電量および消費電力量の推定結果を用いて、充電優先モードで配電制御部４ｃを動作させたときの商用電源ＡＣの本日の実質使用量を導出し、さらに放電優先モードで配電制御部４ｃを動作させたときの商用電源ＡＣの本日の実質使用量を導出して、実質使用量の少ないほうのモードを選択していた（ステップＳ４３〜Ｓ４５）。

一方、本実施形態のモード切換部４ｈは、切換判断テーブルＴＢ２を参照して、発電量推定部４ｅが推定した太陽電池１の発電量と、負荷量推定部４ｇが推定した負荷機器Ｌの消費電力量とに対応するモードを選択する。

したがって、将来における商用電源ＡＣの実質使用量を導出する必要がないので、モード切換処理の簡易化が可能となる。

また、二次電池２は、ＳＯＣが高いほど最大容量が低下する劣化が進行する特性がある。したがって、充電優先モードの設定期間が長くなると、二次電池２のＳＯＣが高い期間も長くなり、二次電池２の劣化が進行し易くなる。そこで、モード切換部４ｈは、二次電池２の劣化状態に応じて充電優先モードに重み付けを行い、充電優先モードを選択する回数を重み付けに応じて設定する。

具体的には、モード切換部４ｈは、充放電時間等に基づいて二次電池２の劣化状態を監視する二次電池監視手段を具備し、二次電池２の劣化状態が進行するにつれて、劣化係数を０〜１の範囲内で増加させる。そして、図８に示す充電優先モード重み付け特性を記憶しており、劣化係数に応じた充電優先モードの重み付け係数（０〜１）を設定する。ここで、充電優先モードの重み付け係数が１の場合は、充電優先モードと放電優先モードとの重みは同一となる。そして、充電優先モードの重み付け係数が減少するにつれて、充電優先モードの重みが低下し、充電優先モードを選択する回数が低減する方向に制御され、二次電池２の劣化進行が抑制される。

（実施形態３）
本実施形態の直流電力供給システムは、実施形態１または２と同様の構成を備えており、実施形態１、２と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の直流電力供給装置４において、負荷履歴記憶部４ｆには、負荷量検出部４ｂが検出した負荷機器Ｌの消費電力量の過去１年間の履歴が日単位で格納されており、負荷量推定部４ｇは、負荷履歴記憶部４ｆを参照して、本日と同じ１年前の月日における消費電力量を、本日における消費電力量の推定値とする。このように、本日と略同じ環境であると考えられる１年前の消費電力量を、本日の消費電力量の推定値とするので、消費電力量の推定精度が向上する。

また、実施形態１，２のように最近の消費電力量の平均値を本日の消費電力量の推定値とし、１年前の消費電力量に基づいてこの推定値を補正する構成でもよい。

（実施形態４）
本実施形態の直流電力供給システムは、図９に示すように、直流電力供給装置４に発電履歴記憶部４ｊを設けており、実施形態１乃至３と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の直流電力供給装置４は、発電履歴記憶部４ｊを設けており、発電履歴記憶部４ｊには、発電量検出部４ａが検出した太陽電池１の発電量の過去１週間の履歴が日単位で格納されており、発電量推定部４ｅは、発電履歴記憶部４ｊを参照して、過去１週間における発電量の平均値を、本日における発電量の推定値とする。そして、１日毎に、最も古い日の履歴を削除するとともに前日の履歴を追加し、過去１週間における発電量の平均値を本日における発電量の推定値として更新する。このように、最近の発電量の平均値を、本日の発電量の推定値とするので、発電履歴記憶部４ｊのリソースを低減しながら、発電量の推定処理が可能となる。

または、発電履歴記憶部４ｊに、発電量検出部４ａが検出した発電量の過去１年間の履歴を日単位で格納し、発電量推定部４ｇは、発電履歴記憶部４ｊを参照して、本日と同じ月日における発電量を、本日における発電量の推定値とする。このように、本日と略同じ環境であると考えられる１年前の発電量を、本日の発電量の推定値とするので、発電量の推定精度が向上する。

また、最近の発電量の平均値を本日の発電量の推定値とし、１年前の発電量に基づいてこの推定値を補正する構成でもよい。

１ 太陽電池
２ 二次電池
３ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４ 直流電力供給装置
４ａ 発電量検出部
４ｂ 負荷量検出部
４ｃ 配電制御部
４ｄ 発電量記憶部
４ｅ 発電量推定部
４ｆ 負荷履歴記憶部
４ｇ 負荷量推定部
４ｈ モード切換部
Ｌ 負荷機器

Claims (12)

1. 太陽光によって発電する太陽電池と、商用電源を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、太陽電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの出力によって充電される二次電池とを電源として、負荷へ直流電力を供給する直流電力供給装置であって、
   太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段と、
   負荷の消費電気量を検出する負荷量検出手段と、
   太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各検出結果に基づいて、太陽電池および二次電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの夫々から負荷への各電力供給動作を制御する配電制御部と、
   将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定する発電量推定手段と、
   将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定する負荷量推定手段と、
   ＡＣ／ＤＣコンバータを停止させて二次電池の放電電力のみで、負荷の消費電力から太陽電池の発電電力を引いた電力差分を補う制御を優先させる放電優先モードと、太陽電池の発電電力とＡＣ／ＤＣコンバータの出力電力との少なくとも一方で二次電池を充電する制御を優先させる充電優先モードとのいずれか一方に、将来の所定期間における太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に基づいて配電制御手段の動作を切り換えるモード切換手段と
   を備えることを特徴とする直流電力供給装置。
2. 前記モード切換手段は、将来の所定期間に前記放電優先モードで配電制御手段を動作させた場合における商用電源の使用電気量と、将来の所定期間に前記充電優先モードで配電制御手段を動作させた場合における商用電源の使用電気量とを、前記太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に基づいて演算し、両モードのうち商用電源の使用電気量が少ないモードを選択することを特徴とする請求項１記載の直流電力供給装置。
3. 前記太陽電池の発電量と負荷の消費電気量との組み合わせに、前記放電優先モードまたは前記充電優先モードを対応付けた切換判断情報記憶手段を備え、前記モード切換手段は、前記太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に対応するモードを、切換判断情報記憶手段を参照して選択することを特徴とする請求項１記載の直流電力供給装置。
4. 負荷の消費電気量の履歴を格納した負荷履歴記憶手段を備え、
   前記負荷量推定手段は、前記負荷履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における負荷の消費電気量の平均値を、将来の所定期間における負荷の消費電気量の推定値とすることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の直流電力供給装置。
5. 負荷の消費電気量の履歴を格納した負荷履歴記憶手段を備え、
   前記負荷量推定手段は、前記負荷履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における負荷の消費電気量に基づいて将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の直流電力供給装置。
6. 負荷の消費電気量の履歴を格納した負荷履歴記憶手段を備え、
   前記負荷量推定手段は、負荷の消費電気量の履歴に基づいて将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定し、
   前記モード切換手段は、前記負荷履歴記憶手段に格納された負荷の消費電気量の履歴が所定量以内の場合、前記放電優先モードを選択することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の直流電力供給装置。
7. １年間を分割した各期間における太陽電池の発電量を設定した発電量記憶手段を備え、前記発電量推定手段は、発電量記憶手段を参照して将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定することを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の直流電力供給装置。
8. 太陽電池の発電量の履歴を格納した発電履歴記憶手段を備え、前記発電量推定手段は、太陽電池の発電量の履歴に基づいて将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定することを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の直流電力供給装置。
9. 前記発電量推定手段は、前記発電履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における太陽電池の発電量の平均値を、将来の所定期間における太陽電池の発電量の推定値とすることを特徴とする請求項８記載の直流電力供給装置。
10. 前記発電量推定手段は、前記発電履歴記憶手段を参照して、過去の所定期間における太陽電池の発電量に基づいて将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定することを特徴とする請求項８記載の直流電力供給装置。
11. 前記モード切換手段は、前記二次電池の劣化状態を監視する二次電池監視手段を備え、二次電池の劣化状態が大きいほど、充電優先モードを選択する回数を低減することを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載の直流電力供給装置。
12. 太陽電池と、
    商用電源を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
    太陽電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの出力によって充電される二次電池と、
    太陽電池、ＡＣ／ＤＣコンバータ、二次電池を電源として、負荷へ直流電力を供給する直流電力供給装置とで構成され、
    直流電力供給装置は、
    太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段と、
    負荷の消費電気量を検出する負荷量検出手段と、
    太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各検出結果に基づいて、太陽電池および二次電池およびＡＣ／ＤＣコンバータの夫々から負荷への各電力供給動作を制御する配電制御部と、
    将来の所定期間における太陽電池の発電量を推定する発電量推定手段と、
    将来の所定期間における負荷の消費電気量を推定する負荷量推定手段と、
    ＡＣ／ＤＣコンバータを停止させて二次電池の放電電力のみで、負荷の消費電力から太陽電池の発電電力を引いた電力差分を補う制御を優先させる放電優先モードと、太陽電池の発電電力とＡＣ／ＤＣコンバータの出力電力との少なくとも一方で二次電池を充電する制御を優先させる充電優先モードとのいずれか一方に、将来の所定期間における太陽電池の発電量および負荷の消費電気量の各推定結果に基づいて配電制御手段の動作を切り換えるモード切換手段と
    を備えることを特徴とする直流電力供給システム。

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