JP2012175801A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム効率を向上させ、しかも、停電時に蓄電池の過放電を防止することができると共に、停電が復帰した場合には自動的に動作再開ができるようにした蓄電システムを提供する。
【解決手段】本発明の蓄電システム１０は、蓄電池１３と、電力変換装置１４と、蓄電システムコントローラ１７とを備え、前記蓄電システムコントローラ１７は、夜間の特定の時間帯の電力で蓄電池１３を充電し、昼間に蓄電池１３から放電を行うように制御し、蓄電池１３の充放電が行われない待機時及び蓄電池の充電時には系統１１側から給電され、蓄電池１３の放電時には、蓄電池１３側から電力変換装置１４を経ることなく給電され、蓄電池１３が過放電になる前に系統１１から給電する状態に切り替えると共に、蓄電池１３の放電を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電システムに関し、詳しくは、蓄電システムの各構成要素を制御するための蓄電システム制御装置の電源を、待機時、充電時、放電時及び停電時に応じて最適な状態に制御することによって、システム効率を向上させ、しかも、停電時に蓄電池の過放電を防止することができると共に、停電が復帰した場合には自動的に動作再開ができるようにした蓄電システムに関する。

従来から、商用電源（系統）と各負荷との間に充放電可能な電池モジュールが組み込まれた蓄電システムを接続し、この蓄電システムを停電時における通信システムやコンピュータシステム等のバックアップ電源として使用することが行われていた。近年に至り、大型の太陽電池、風力発電機、波力発電機等、発電量の変動が大きい分散電源によって発電された電力を蓄電システムに貯蔵し、直交変換して商用電源に供給することが行われるようになってきている。

さらに、各家庭に設置された太陽電池やマイクロ風力発電機によって発電された電力を一時的に蓄電システムに貯蔵し、家庭内でエアコンや電子レンジ等の大電力が使用されるときの補助電力として使用したり、余った電力を系統に供給したりすることも行われるようになってきている。このようなシステムを採用すると、商用電源から瞬間的に大電力が使用されることを抑制し、商用電源の電力の使用量の平準化が図れるようになり、かつ、余剰の電力を系統に供給することができるようになると共に、商用電源が停電を起こした場合には、蓄電システムに貯蔵した電力を家庭内の使用機器の電力として用いる、非常用電源ないし無停電電源装置として使用することもできるようになる。

このような蓄電システムは、パワーコンディショナ及び制御回路を用いて蓄電池の充電及び放電が制御されている。例えば、下記特許文献１には、太陽電池と蓄電池と商用電力系統の３つの電源をパワーコンディショナによって制御する蓄電システムが開示されている。この蓄電システムで用いられているパワーコンディショナ５０は、図６に示すように、商用電力系統５１に家庭内負荷５２が接続され、太陽電池等の直流電源５３および蓄電手段５４からパワーコンディショナ５０を経由し、スイッチＳａを介して出力された交流電力のうち、家庭内負荷５２で消費されない余剰電力分が、商用電力系統５１側に逆潮流される構成となっている。

パワーコンディショナ５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５５、インバータ回路５６、充放電回路５７を備えている。直流電源５３の直流電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５５によって昇圧され、インバータ回路５６により、直流母線５８の直流電力を商用周波数の交流電力に変換して、例えば単相２００Ｖの商用電力系統５１に出力する。蓄電手段５４は充放電回路５７によって充電又は放電され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５５と充放電回路５７が接続された直流母線５８に接続されている。そして、例えば太陽電池の発電がない夜間、商用電力系統５１からインバータ回路５６、充放電回路５７を経て蓄電手段５４に充電電力が供給されるようになっている。すなわち、インバータ回路５６は、ＤＣ／ＡＣ及びＡＣ／ＤＣの何れの方向にも変換し得る双方向インバータ回路となされている。

また、電源選択回路５９は、直流電源５３から駆動電力が供給される第１電源回路６０と、蓄電手段５４から駆動電力が供給される第２電源回路６１と、商用電力系統５１から駆動電力が供給される第３電源回路６２から少なくとも一つの電源回路を選択して、制御回路６３に駆動電力を供給するようになっている。なお、パワーコンディショナ５０は、商用電力系統５１が停電した際に、パワーコンディショナ５０が商用電力系統５１とは独立した非常用電源として動作する自立運転モードの実現のために、スイッチＳｂを介して自立運転出力６４をインバータ回路５６の出力端子として備えている。

特開２００８−０５４４７３号公報 特開２００７−０９７３１１号公報

上記特許文献１に開示されているパワーコンディショナ５０によれば、商用電力系統５１が停電して第３電源回路６２が不動作のときは、第１電源回路６０又は第２電源回路６１から電源選択回路５９を経由して制御回路６３が給電を受けて動作することが可能である。また、蓄電手段５４の蓄電池が放電下限に到って第２電源回路６１が不動作のときは、第１電源回路６０又は第３電源回路６２から電源選択回路５９を経由して制御回路６３が給電を受けて動作することが可能であるため、信頼性の高いシステムを提供することができるという効果を奏する。

しかしながら、上記特許文献１に開示されているパワーコンディショナ５０においては、商用電力系統５１から給電されている際には、商用電力系統５１から第３電源回路６２及び電源選択回路５９を経て制御回路６３に給電される構成となっているため、例えば家庭内負荷５２の消費電力が大きくなって蓄電手段５４から放電される状態となった場合にも、パワーコンディショナ５０内の第３電源回路６２及び電源選択回路５９を経て制御回路６３に給電される構成となっている。そのため、蓄電手段５４から放電される状態となった場合の制御回路６３に供給される電力は、全て蓄電手段５４から、充放電回路５７、インバータ回路５６を経て直流を交流電圧に変換した後、再度第３電源回路６２によって直流に変換され、電源選択回路５９を経て給電されるようになっている。

このような状態であると、少なくともインバータ回路５６による直流を交流に変換する際の変換ロス及び第３電源回路６２による交流を直流に変換する際の変換ロスが生じるため、システム効率が低下するという課題が存在する。これらの変換ロスは大きな値ではないとしても、パワーコンディショナ５０は長期間にわたって使用されるものであるため、積算変換ロスは非常に大きくなる。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものである。すなわち、本発明は、従来の蓄電システムの構成を見直し、蓄電システムの各構成要素を制御するための蓄電システム制御装置の電源を、待機時、充電時、放電時及び停電時に応じて最適な状態に制御することによって、システム効率を向上させ、しかも、停電時に蓄電池の過放電を防止することができると共に、停電が復帰した場合には自動的に動作再開ができるようにした蓄電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の蓄電システムは、
蓄電池と、系統からの電力を用いて前記蓄電池を充電する充電モード及び前記蓄電池から放電される電力を変換して前記系統及び負荷に供給する放電モードを有する電力変換装置と、前記電力変換装置の前記モードの選択を制御するための蓄電システムコントローラと、を備える蓄電システムにおいて、
前記蓄電システムコントローラは、
前記充電モード及び前記放電モードの何れのモードでもない待機時及び前記充電モード時には前記系統から作動用の電力が給電され、
前記放電モード時には、前記蓄電池から前記電力変換装置を経ることなく直接に作動用の電力が給電され、かつ、前記蓄電池が過放電状態に至る直前の状態になった際は、前記系統から作動用の電力が給電される状態に切り替わると共に、前記蓄電池の放電を停止させることを特徴とする。

本発明の蓄電システムにおいては、蓄電システムコントローラの駆動に必要な作動用の電力は、充電モード及び放電モードの何れのモードでもない待機時及び充電モード時には系統側から給電され、放電モード時には蓄電池側から給電されるようになされている。そのため、本発明の蓄電システムによれば、放電モード時には、蓄電システムコントローラの駆動に必要な作動用の電力は直接蓄電池から供給され、従来技術のように蓄電池からの直流電力が電力変換装置を経ることなく供給されるので、従来技術に比すると蓄電池からの電力のロスが少なくなってシステム効率が向上する。なお、本発明における電力変換装置は、パワーコンディショナと称されることもある。

また、本発明の蓄電システムにおいては、蓄電システムコントローラは、放電モード時には、蓄電池が過放電状態に至る直前の状態になった際に系統から作動用の電力が給電される状態に切り替わると共に、蓄電池の放電を停止するようにされている。そのため、本発明の蓄電システムによれば、例え停電時であっても蓄電池が過放電になることがなく、しかも、停電から復帰した際には、系統から蓄電システムコントローラに電力が供給されるから、蓄電システムコントローラは直ちに動作再開するようになる。なお、停電が生じている場合、必要に応じて蓄電池が過放電状態とならない程度に放電させ、停電すると影響が大きい特定負荷駆動用の無停電源装置として作動させてもよい。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記蓄電システムコントローラは、前記電力変換装置の動作を制御するための制御回路と、前記系統に接続された整流回路と、前記制御回路へ給電する直流電力を制御する調整回路と、前記蓄電池の出力と前記整流回路の出力を選択して前記調整回路へ供給するスイッチ手段とを備えていることが好ましい。

本発明の蓄電システムにおいては、系統に接続された整流回路により系統の交流高電圧が整流回路によって変換された直流電力及び蓄電池からの直流電力をスイッチ手段によって切り替え、一つの調整回路によって蓄電システムコントローラの作動に最適な直流電力に変換することができる。そのため、本発明の蓄電システムコントローラによれば、簡単な構成でありながら、スイッチ手段によって容易に蓄電池ないし系統から蓄電システムコントローラの駆動に必要な作動用の電力を選択して供給することができるようになる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、前記蓄電システムコントローラは、前記蓄電池に接続された直流電源回路と、前記系統に接続された整流平滑回路と、前記電力変換装置の動作を制御するための制御回路と、前記直流電源回路の出力及び前記整流平滑回路の出力を切り替えて前記制御回路へ接続するスイッチ手段とを備えているものとすることができる。

本発明の蓄電システムコントローラにおいては、蓄電池に接続された直流電源回路によって直流電圧を蓄電システムコントローラの作動に最適な電圧に変換することができ、また、系統に接続された整流平滑回路により系統の交流高電圧を蓄電システムコントローラの作動に最適な直流電圧に変換することができる。そのため、本発明の蓄電システムコントローラによれば、直流電源回路として簡単な構成の直流定電圧回路を採用することができ、また、整流平滑回路として交流電力を直流電力に変換した後にその電圧に対応した簡単な構成の直流定電圧回路を採用することができるため、回路構成が簡単となる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、
前記電力変換装置は、昇降圧部及び交流／直流の双方向変換部を備え、
前記昇降圧部は、前記蓄電池の直流電力を所定の電圧に昇圧して前記交流／直流の双方向変換部に出力する機能と、前記交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して前記蓄電池を充電する機能とを備え、
前記交流／直流の双方向変換部は、前記系統からの交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧部に出力する機能と、前記昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して前記系統に供給する機能とを備え、
前記制御回路は、前記昇降圧部及び前記交流／直流の双方向変換部のそれぞれの機能を切り替えることによって、前記蓄電池への充放電を制御するものとすることができる。

本発明の電力変換装置によれば、容易に系統の交流高電圧を蓄電池の充電用直流電力に変換することができるとともに、蓄電池の直流電力を系統と同じ交流高電圧に変換できるいわゆる双方向電力変換装置（双方向パワーコンディショナ）として作動させることができるようになる。

また、本発明の蓄電システムにおいては、
前記昇降圧部は、前記蓄電池側に接続されたＬＣ回路と、前記ＬＣ回路に接続されたスイッチング素子及び前記スイッチング素子に並列に逆方向に接続されるダイオードを２組備えたハーフブリッジ回路を備え、
前記交流／直流の双方向変換部は、少なくとも単相ブリッジ回路をなす複数のスイッチング素子及び前記複数のスイッチング素子のそれぞれと並列に逆方向に接続されるダイオードを備えているものとすることができる。

本発明の蓄電システムによれば、簡単な構成でありながら、容易に系統の交流高電圧を蓄電池の充電用直流電力に変換することができるとともに、蓄電池の直流電力を系統と同じ交流高電圧に変換できるようになる。

実施形態に係る蓄電システムの概略回路図である。 図１の蓄電システムコントローラの回路図である。 図１の双方向電力変換装置の回路図である。 実施形態に係る蓄電システムの動作を説明するフローチャートである。 変形例の蓄電システムの概略回路図である。 従来例のパワーコンディショナの回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について、実施形態及び図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための蓄電システムの一例を説明するものであって、本発明をこの実施形態に記載された蓄電システムに特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

最初に図１を参照して、実施形態の蓄電システム１０の構成について説明する。本実施形態の蓄電システム１０は、商用電力に連なる系統１１に家庭内の一般負荷１２が接続され、蓄電池１３から電力変換装置１４を経由して出力された交流電力が一般負荷１２で消費されない余剰電力分が生じないようになされて、系統１１側に逆潮流しないようになされている。また、蓄電池１３は、夜間の特定の時間帯の電力を用いて蓄電池１３を充電するため、系統１１から電力変換装置１４を介して充電電力が供給されるようになっている。すなわち、電力変換装置１４は、蓄電池１３から系統１１に供給し得る交流電力を生成できるだけでなく、逆に系統１１から蓄電池１３の充電用の直流電力を生成することができるものであり、双方向電力変換装置とも称される。

また、蓄電池１３と電力変換装置１４との間には開閉部１５が配置され、電力変換装置１４と系統１１との間には開閉切片１６が配置されている。この開閉部１５及び開閉切片１６としてはリレー又は電力用半導体素子が使用される。なお、系統１１の停電時には、電力変換装置１４を蓄電池１３に充電されていた電力を利用していわゆる無停電電源装置として作動させることができるため、電力変換装置１４にコンピュータ等の停電すると大きな影響を残す特定負荷１２ａを接続してもよい。

さらに、系統１１と蓄電池１３との間には蓄電システムコントローラ１７が電力変換装置１４と並列に接続されている。この蓄電システムコントローラ１７は、適宜外部からの指令によって、上述した夜間の電力を用いた蓄電池１３の充電制御を有すると共に、昼間に蓄電池に蓄電された電力を適宜に放電制御することにより、系統１１からの入力電力のピークカット機能を有している。

この蓄電システムコントローラ１７は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８、スイッチ手段１９、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０及び制御回路２１を備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１８の入力側は開閉切片１６よりも上流側の系統１１側に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８の出力側はスイッチ手段１９の一方の端子に接続されている。また、蓄電池１３の出力はスイッチ手段１９の他方の端子に直接接続されている。そして、スイッチ手段１９の可動切片に接続された端子はＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側は制御回路２１の電源端子２２に接続されている。

すなわち、制御回路２１の電源端子２２には、蓄電池１３からの直流電力とＡＣ／ＤＣコンバータ１８からの交直変換された直流電力がスイッチ手段１９によって選択されてＤＣ／ＤＣコンバータ２０に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０によって制御回路２１の最適な駆動電圧となるように定電圧化されて制御回路２１の電源端子２２に供給されるようになっている。また、制御回路２１は、電力変換装置１４、開閉部１５、開閉切片１６及びスイッチ手段１９の動作を制御するようになされている。

次に、蓄電システムコントローラ１７の具体的構成を、図２を用いて説明する。蓄電システムコントローラ１７のＡＣ入力側はブリッジ整流回路１８ａに接続され、ブリッジ回路の＋端子（正出力）はリアクタとコンデンサとからなる平滑回路１８ｂを経てスイッチ手段１９の一方の端子を介してトランス２４の入力コイルとスイッチング素子２３ａ及びダイオード２３ｂの並列回路を経て−端子（負出力）に接続されている。ここではブリッジ整流回路１８ａ及び平滑回路１８ｂが本発明の整流平滑回路に対応し、図１におけるＡＣ／ＤＣコンバータ１８に対応する。スイッチ手段１９の他方の端子は蓄電池１３の＋端子に接続されている。

そして、トランス２４の一方の出力コイルはダイオードとコンデンサとからなる整流平滑回路２４ａを介して電源制御回路２５の電力として供給され、トランス２４の他方の出力コイルはダイオードとコンデンサとからなる整流平滑回路２４ｂを介して制御回路２１の電力として供給されている。この制御回路２１の出力にてコイルが導通され、スイッチ手段１９の切片が一方又は他方側に切換えられるものである。このトランス１９、スイッチング素子２３ａ、ダイオード２３ｂ、トランス２４、整流回路２４ａ及び２４ｂが本発明の調整回路に対応し、図１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２０を形成する。

このＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電源制御回路２５によって、スイッチング素子２３ａのＯＮ／ＯＦＦを制御することによってトランス２４に入力される直流電力を交流化し、このトランス２４の第１出力側の制御回路２１の電源端子２２に供給される直流電圧Ｅ１及び第２出力側の電源制御回路２５の電源端子２６に供給される直流電圧Ｅ２を同時に可変して安定化するものであり、例えばＰＵＴを用いた比較回路２４ｃでＥ１の出力が所定値より低くなるとフォトカプラ２４ｄの発光ダイオードの出力トランジスタを介して電源制御回路２５に出力して、この電源制御回路２５がスイッチング素子２３ａのＯＮ／ＯＦＦ又はＯＮデューティを可変制御するものである。すなわち、フォトカプラ２４ｄによるフィードバック型のスイッチング電源をなしている。なお、比較回路２４ｃは、これに限るものではなく、コンパレータ、トランジスタ等を用いてもよく、また、専用の電源用ＩＣを用いてもよいものである。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、平滑回路１８ｂの出力を抵抗とダイオードとを順方向に介して電源制御回路２５の電源端子２６に接続される直列回路をさらに備え、この直列回路の抵抗の値は、この直列回路を介して電源端子２６に印加される電圧が、スイッチング素子２３ａの作動に際し、整流平滑回路２４ａより印加される電圧より低く、かつ電源制御回路２５の作動に必要な電圧となるように設定されている。この直列回路により電源制御回路２５の起動に要する電力が確保されるものであるが、起動電力の確保は蓄電池から得ることも可能であり、この構成に限るものではない。

次に、図３を用いて電力変換装置１４の概略構成を説明する。電力変換装置１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部３１及びＡＣ／ＤＣコンバータ部３２を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ部３１は、蓄電池１３側に接続されたコンデンサＣ１及びインダクタＬ１とからなるＬＣ回路３４と、このＬＣ回路３４に接続されたスイッチング素子３５ａ及びスイッチング素子３５ａに並列に逆方向に接続されたダイオード３５ｂを２組備えたハーフブリッジ回路３５を備えている。このＤＣ／ＤＣコンバータ部３１は、ハーフブリッジ回路３５の上段のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、下側のスイッチング素子をＯＦＦのままとすることにより、Ｌ１とＣ１と共にＡＣ／ＤＣコンバータ部３２から得られた高電圧の直流電力を低電圧の直流電力に降圧して蓄電池１３の充電用に供することができるほか、ハーフブリッジ回路３５の上段のスイッチング素子をＯＦＦのままとし、下側のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより、Ｌ１、Ｃ２と共に蓄電池１３からの低電圧の直流電圧を高電圧の直流電圧に昇圧してＡＣ／ＤＣコンバータ部３２に供給することができる。そのため、電力変換装置１４のＤＣ／ＤＣコンバータ部３１は、本発明の昇降圧部に対応し、蓄電池１３の充電が行われる充電モード時には充電電圧制御回路及び充電電流制御回路として作動し、放電が行われる放電モード時には直流電圧昇圧回路として作動する。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ部３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部３１との間に並列に接続されたコンデンサＣ２と、スイッチング素子３６ａ及びスイッチング素子３６ａに並列に逆方向に接続されたダイオード３６ｂを４組備えたフルブリッジ回路３６と、このフルブリッジ回路３６と系統１１との間に接続されたインダクタＬ２、Ｌ３とコンデンサＣ３とから構成されたローパスフィルタとを備えている。このＡＣ／ＤＣコンバータ部３２は、系統１１から供給された高電圧の交流電力をフルブリッジ回路３６で構成されるアクティブフィルタで整流してコンデンサＣ２で平滑した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ部３１に供給することができるほか、ＤＣ／ＤＣコンバータ部３１から供給された高電圧の直流電力を系統１１と略同一周波数で略同一位相の高電圧の交流電力に変換することができる。そのため、電力変換装置１４のＡＣ／ＤＣコンバータ部３１は、本発明の交流／直流の双方向変換部に対応し、蓄電池１３の充電が行われる充電モード時には整流回路として作動し、が行われる放電モード時には系統連携インバータとして作動する。

それ故、電力変換装置１４は双方向電力変換装置として作動する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ部３１の２つのスイッチング素子３５ａ及びＡＣ／ＤＣコンバータ部３２の４つのスイッチング素子３６ａは、それぞれ図１及び図２に示した蓄電システムコントローラ１７の制御回路２１によって制御される。なお、これらのスイッチング素子３５ａ及び３６ａの具体的制御方式は、既に周知であるので、その詳細な説明は省略する。

次に、図４に示したフローチャートを用いて、蓄電システムコントローラ１７の制御回路２１の動作を説明する。本実施形態では、制御回路２１は所定時間間隔で図４に示した各ステップを実施することにより、制御回路２１の電源端子２２に供給する制御電源を、ＤＣ側（蓄電池１３側）とするか、ＡＣ側（系統１１側）とするか、あるいは、制御電源をＯＦＦとするかを制御する。なお、本発明においては、初期状態として、蓄電システムコントローラ１７が正常に起動され、開閉部１５及び開閉切片１６が閉状態となっていると共に、スイッチ手段１９がＡＣ／ＤＣコンバータ１８側に切り替えられている状態からスタートするものとする。

まず、ステップＳ１において、系統１１から交流電力が供給されているか否か、すなわち停電が生じているか否かが検知される。この停電の検知方式としては、例えば、上記特許文献２に開示されている発明のように、系統１１に停電が生じると系統インピーダンスが上昇する現象を利用して検知することができる。この停電の検知方式を採用すると、蓄電池１３から電力変換装置１４を経て系統１１に交流電力が供給されていた際でも、系統１１の停電を容易に検知することができる。

ステップＳ１で停電が生じていないと判断（ＮＯ）された場合には、ステップＳ２において蓄電池１３が放電状態であるか否かが検知される。蓄電池１３が放電状態であるか否かは、蓄電池１３と電力変換装置１４との間に流れる電流の方向を検知することによって容易に検知することができるほか、ハーフブリッジ回路３５のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの状態又は制御回路２１によって検知することができる。ステップＳ２で放電状態ではないと判断（ＮＯ）された場合には、蓄電池１３は待機状態にあるから、ステップＳ３において、スイッチ手段１９をＡＣ側に切り替え、系統１１からＡＣ／ＤＣコンバータ１８及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０を経て、制御回路２１の電源端子２２へ制御回路２１の駆動用電力を供給する。

また、ステップＳ２で放電状態であると判断（ＹＥＳ）された場合には、ステップＳ４において蓄電池１３が過放電状態であるか否かが検知される。蓄電池１３が過放電状態であるか否かは、蓄電池１３の放電時の電流値や電圧値から検知することができるほか、常時蓄電池１３の充放電電流を監視して、満充電状態に対する充電割合を表す充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を蓄電池１３から求めることによって検知することができる。ステップＳ４で過放電状態でないと判断（ＮＯ）された場合には、ステップＳ５において、スイッチ手段１９をＤＣ側に切り替え、蓄電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ２０を経て、制御回路２１の電源端子２２へ制御回路２１の駆動用電力を供給する。

また、ステップＳ４において過放電状態であると判断（ＹＥＳ）された場合には、系統１１には給電されているため、ステップＳ３において、スイッチ手段１９をＡＣ／ＤＣコンバータ１８側に切り替え、系統１１からＡＣ／ＤＣコンバータ１８及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０を経て、制御回路２１の電源端子２２へ制御回路２１の駆動用電力を供給する。このとき、開閉部１５及び開閉切片１６の少なくとも一方、例えば開閉切片１６を開状態として蓄電池１３を系統１１とは切り離し、電力変換装置１４の動作を停止させる。このようにすれば、蓄電池１３からの放電を停止することができるので、蓄電池１３がより過放電状態となって劣化することを抑制することができる。

さらに、ステップＳ１で停電状態であると判断（ＹＥＳ）された場合には、ステップＳ６で蓄電池１３が過放電状態に至る直前の状態であるか否かが検知される。蓄電池１３が状態に至る直前の状態でないと判断（ＮＯ）された場合には、ステップＳ５において、スイッチ手段１９をＤＣ側に切り替え、蓄電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ２０を経て、制御回路２１の電源端子２２へ制御回路２１の駆動用電力を供給する。このとき、蓄電池１３は電力変換装置１４を経て放電を継続することができ、無停電電源装置として作動することができ、適宜特定負荷１２ａ（図１参照）へ電力を供給することができる。

また、ステップＳ６において状態に至る直前の状態であると判断（ＹＥＳ）された場合には、蓄電池１３からも系統１１からも制御回路２１へ駆動用電力を供給することができなくなるので、スイッチ手段１９をＡＣ／ＤＣコンバータ１８側に切り替え、開閉部１５及び開閉切片１６の少なくとも一方、例えば開閉切片１６を開状態として蓄電池１３を系統１１とは切り離し、電力変換装置１４の動作を停止させる。このようにすれば、系統１１の停電時に蓄電池１３からの放電を停止することができるので、これ以上の放電が継続されて過放電になることを抑制することができる。このとき、開閉部１５が閉状態であって開閉切片１６が開状態であっても、蓄電池１３から電力変換装置１４側へ流れる電流は実質的に無視できるようにすることができるが、開閉部１５及び開閉切片１６の両者共に開状態となるようにすればより好ましい。

このように、本実施形態の蓄電システム１０によれば、蓄電システムコントローラ１７の制御回路２１の駆動に必要な電力は、蓄電池１３の放電が行われない待機時及び蓄電池１３の充電時には系統１１側から給電され、蓄電池１３の放電が行われる放電モード時及び停電時には蓄電池側から給電されるようになされている。そのため、本発明の蓄電システム１０によれば、蓄電池１３の放電が行われる放電モード時及び停電時には、蓄電システムコントローラ１７の駆動に必要な電力は直接蓄電池１３から供給され、従来技術のように蓄電池からの直流電力が電力変換装置を経ることなく供給されるので、従来技術に比すると蓄電池からの電力のロスが少なくなってシステム効率が向上する。

なお、上記実施形態の蓄電システム１０においては、蓄電システムコントローラ１７のＡＣ／ＤＣコンバータ１８としては単なるブリッジ整流回路１８ａと平滑回路１８ｂとからなるものを使用し、得られた直流電圧の定電圧回路として蓄電池１３からの直流定電圧回路として作動するＤＣ／ＤＣコンバータ２０を兼用した例を示した。しかしながら、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８として定電圧化された直流電力を得ることができるものが、既にパッケージ化された汎用品として市販されている。そこで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８として定電圧化された直流電力を得ることができるものを使用した変形例の蓄電システム１０Ａを、図５を用いて説明する。なお、図５は変形例の蓄電システム１０Ａの概略回路図である。

この変形例の蓄電システム１０Ａが実施形態の蓄電システム１０と構成が相違する点は、蓄電システムコントローラ１７Ａの構成のみであるので、図５においては実施形態の蓄電システム１０と同一の構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。変形例の蓄電システム１０Ａでは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８Ａとしては定電圧化された直流電力を出力するものが用いられ、このＡＣ／ＤＣコンバータ１８Ａの入力側は開閉切片１６よりも上流側の系統１１側に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８Ａの出力側はスイッチ手段１９の一方の端子に接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０Ａの入力側は、開閉部１５よりも下流側の蓄電池１３側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０Ａの出力側はスイッチ手段１９の他方の端子に接続されている。そして、スイッチ手段１９の可動切片に接続された端子が直接制御回路２１の電源端子２２に接続されている。

このような構成を採用した変形例の蓄電システム１０Ａによれば、実施形態の蓄電システム１０の場合と同様のシステム効率の向上効果を達成できると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータとして簡単な構成の直流定電圧回路を含む直流電源回路を採用することができ、また、ＡＣ／ＤＣコンバータとして上述のような交流電力から直接定電圧化された直流電力を得ることができるものを採用することができるため、回路構成が簡単となる。

１０、１０Ａ…蓄電システム １１…系統 １２…一般負荷 １２ａ…特定負荷 １３…蓄電池 １４…電力変換装置 １５…開閉部 １６…開閉切片 １７、１７Ａ…蓄電システムコントローラ １８、１８Ａ…ＡＣ／ＤＣコンバータ １８ａ…ブリッジ整流回路 １８ｂ…平滑回路 １９…スイッチ手段 ２０、２０Ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ ２１…制御回路 ２１…電源端子 ２３ａ…スイッチング素子 ２３ｂ…ダイオード ２４…トランス ２４ａ、２４ｂ…整流平滑回路 ２４ｃ…比較回路 ２４ｄ…フォトカプラ ２５…電源制御回路 ２６…電源端子 ３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ部 ３２…ＡＣ／ＤＣコンバータ部 ３４…ＬＣ回路 ３５…ハーフブリッジ回路 ３５ａ…スイッチング素子 ３５ｂ…ダイオード ３６…フルブリッジ回路 ３６ａ…スイッチング素子 ３６ｂ…ダイオード

Claims (5)

1. 蓄電池と、系統からの電力を用いて前記蓄電池を充電する充電モード及び前記蓄電池から放電される電力を変換して前記系統及び負荷に供給する放電モードを有する電力変換装置と、前記電力変換装置の前記モードの選択を制御するための蓄電システムコントローラと、を備える蓄電システムにおいて、
   前記蓄電システムコントローラは、
   前記充電モード及び前記放電モードの何れのモードでもない待機時及び前記充電モード時には前記系統から作動用の電力が給電され、
   前記放電モード時には、前記蓄電池から前記電力変換装置を経ることなく直接に作動用の電力が給電され、かつ、前記蓄電池が過放電状態に至る直前の状態になった際は、前記系統から作動用の電力が給電される状態に切り替わると共に、前記蓄電池の放電を停止させることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記蓄電システムコントローラは、前記電力変換装置の動作を制御するための制御回路と、前記系統に接続された整流回路と、前記制御回路へ給電する直流電力を制御する調整回路と、前記蓄電池の出力と前記整流回路の出力を選択して前記調整回路へ供給するスイッチ手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記蓄電システムコントローラは、前記蓄電池に接続された直流電源回路と、前記系統に接続された整流平滑回路と、前記電力変換装置の動作を制御するための制御回路と、前記直流電源回路の出力及び前記整流平滑回路の出力を切り替えて前記制御回路へ接続するスイッチ手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
4. 前記電力変換装置は、昇降圧部及び交流／直流の双方向変換部を備え、
   前記昇降圧部は、前記蓄電池の直流電力を所定の電圧に昇圧して前記交流／直流の双方向変換部に出力する機能と、前記交流／直流の双方向変換部の直流出力を所定の電圧に降圧して前記蓄電池を充電する機能とを備え、
   前記交流／直流の双方向変換部は、前記系統からの交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧部に出力する機能と、前記昇降圧部からの直流電力を交流電力に変換して前記系統に供給する機能とを備え、
   前記制御回路は、前記昇降圧部及び前記交流／直流の双方向変換部のそれぞれの機能を切り替えることによって、前記蓄電池への充放電を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電システム。
5. 前記昇降圧部は、前記蓄電池側に接続されたＬＣ回路と、前記ＬＣ回路に接続されたスイッチング素子及び前記スイッチング素子に並列に逆方向に接続されるダイオードを２組備えたハーフブリッジ回路を備え、
   前記交流／直流の双方向変換部は、少なくとも単相ブリッジ回路をなす複数のスイッチング素子及び前記複数のスイッチング素子のそれぞれと並列に逆方向に接続されるダイオードを備えていることを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。

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