JP2014054022A

JP2014054022A - 充放電システム

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Publication number: JP2014054022A
Application number: JP2012195378A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tanaka; 健一田中; Noboru Izu; 昇伊津
Original assignee: Captex Co Ltd
Current assignee: Captex Co Ltd
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: JP5990786B2

Abstract

【課題】太陽光発電された電力を最小限の制御で蓄電池及び電気自動車へ安定して供給することができる充放電システムを提供すること。
【解決手段】充放電システム１は、商用交流電源２に接続された系統連系電源３、蓄電池３３がそれぞれ接続された複数の双方向電源３２、系統連系電源３と双方向電源３２を接続する直流バス３１、直流バス３１に接続された外部直流充電器３５及び制御ユニット４を備えている。充放電システム１は、系統連系電源３から直流バス３１へ直流電力ＤＣが供給されるときには、この直流電力ＤＣを、充電量が規定量に満たない蓄電池３３へ充電し、外部直流充電器３５に電気自動車３６が接続されたときには、太陽光発電による電力又は蓄電池３３に蓄電された直流電力ＤＣを外部直流充電器３５へ放電し、外部直流充電器３５から電気自動車３６へ充電するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源と系統連系し、複数の蓄電池に対して充放電を行うよう構成された充放電システムに関する。

例えば、電気自動車用又はハイブリッド自動車用のインフラとして、これらの自動車の蓄電池に充電を行うための充電スタンドが設置されている。そして、充電スタンドの充電器には、交流である商用電源から電力が供給されるだけでなく、太陽光発電パネルによって発電された電力も供給されることがある。

例えば、特許文献１の屋外駐車場の電気自動車急速充電設備においては、太陽光パネルによって発電した電力を蓄電池に蓄電し、蓄電池から、電気自動車へ充電を行う充電器へ電力を供給することが記載されている。また、充電器へは交流電源からも電力が供給されるようになっており、太陽光パネルによって発電された電力は交流電源へ供給することも可能になっている。
また、例えば、特許文献２の電気自動車の充電装置においては、駐車中の電気自動車に搭載されているバッテリーに電力を供給するに当たって、充電器からバッテリーへの電力の供給を制御し、この充電器による充電情報を集中管理することが記載されている。

実用新案登録第３１６５１７０号公報特開平５−２２７６６８号公報

しかしながら、特許文献１においては、商用電源から蓄電池へ、蓄電池から充電器へ電力を供給する具体的構成が一切示されていない。また、特許文献２においては、充電器からバッテリーへ充電する一般的な構成しか示されていない。そのため、太陽光発電された電力を最小限の制御で蓄電池及び電気自動車へ安定して供給するためには更なる工夫が必要とされる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、太陽光発電された電力を最小限の制御で蓄電池及び電気自動車へ安定して供給することができる充放電システムを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、電池管理部によって状態管理される蓄電池が接続され、該蓄電池の充電及び放電が可能な複数の双方向電源と、
該複数の双方向電源が並列に接続される直流バスと、
商用交流電源に接続され、交流電力から直流電力への変換を行って、上記直流バスへ直流電力を供給するよう構成された系統連系電源と、
該系統連系電源に、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを介して接続され、太陽光発電を行う太陽光パネルと、
上記複数の蓄電池のいずれかに接続された上記電池管理部から、充電量が規定量に満たないことを示す信号を受信したときには、上記系統連系電源から上記直流バスへ直流電力を供給し、一方、上記複数の蓄電池にそれぞれ接続された上記電池管理部のすべてから、充電量が規定量を満たすことを示す信号を受信したときには、上記系統連系電源から上記直流バスを介する上記蓄電池への直流電力の供給を遮断するよう構成されるとともに、上記太陽光パネルから送電される交流電力を、上記系統連系電源へ供給するか、又は上記商用交流電源へ売電するかの切換を行うよう構成された制御ユニットと、
上記直流バスに設けられ、電気自動車を接続可能な外部直流充電器と、を備えており、
上記系統連系電源から上記直流バスへ直流電力が供給されるときには、該直流電力は、充電量が規定量に満たない上記蓄電池へ充電され、
上記外部直流充電器に上記電気自動車が接続されたときには、上記蓄電池に蓄電された直流電力が上記外部直流充電器へ放電され、該外部直流充電器から上記電気自動車へ充電されるよう構成されていることを特徴とする充放電システムにある（請求項１）。

上記充放電システムにおいては、制御ユニットによって系統連系電源を制御することにより、直流バスに接続された複数の蓄電池へ充電する。系統連系電源には、太陽光パネルによって太陽光発電を行った電力を供給することができる。また、各蓄電池に接続された各双方向電源によって、各蓄電池への充電と各蓄電池からの放電が可能である。

充放電システムにおいては、少なくともいずれかの蓄電池における充電量が規定量に満たない場合には、このことを示す信号が、この蓄電池における電池管理部から制御ユニットへ送信される。そして、制御ユニットは、系統連系電源から直流バスへ直流電力を供給する。このとき、充電量が規定量に満たない蓄電池に直流バスから直流電力が充電される。
また、すべての蓄電池における充電量が規定量を満たす場合には、このことを示す信号が、この蓄電池における電池管理部から制御ユニットへ送信される。このとき、制御ユニットは、系統連系電源から直流バスを介する蓄電池への直流電力の供給を遮断する。

そして、外部直流充電器に電気自動車が接続されたときには、いずれかの双方向電源が放電を行い、この双方向電源が接続された蓄電池から外部直流充電器へ直流電力が放電される。こうして、商用交流電源から供給される電力又は太陽光発電を行った電力が系統連系電源に供給され、系統連系電源から蓄電池及び電気自動車へは、特別な制御を行うことなく電力を供給することができる。
それ故、上記充放電システムによれば、太陽光発電された電力を最小限の制御で蓄電池及び電気自動車へ安定して供給することができる。

実施例１にかかる、充放電システムを概略的に示す構成図。実施例２にかかる、充放電システムを概略的に示す構成図。

上述した充放電システムにおける好ましい実施の形態につき説明する。
上記充放電システムにおいては、上記電気自動車は、車両用電池に充電を行ってモータを用いて走行するものであればよく、ハイブリッド自動車及びその他の電動車両も含まれる。
また、上記外部直流充電器へは、上記蓄電池及び上記系統連系電源のいずれからも直流電力が供給されるよう構成されていてもよい（請求項２）。
この場合には、系統連系電源から外部直流充電器へ直流電力が直接供給されることにより、外部直流充電器に接続される電気自動車へ、一層安定して充電を行うことができる。
また、蓄電池に蓄電された電力及び系統連系電源から供給される電力のすべてを、電気自動車へ充電することもできる。

また、上記商用交流電源と上記パワーコンディショナとが接続される交流バスには、交流負荷を接続可能な外部交流充電器が設けられており、上記制御ユニットは、上記外部交流充電器に上記交流負荷が接続されたときには、該交流負荷へ、上記商用交流電源と上記太陽光パネルとのいずれから交流電力を供給するかの切換を行うよう構成されていてもよい（請求項３）。
この場合には、充放電システムにおいて、交流負荷への充電も安定して行うことができる。
また、交流負荷に要求される交流電力量に応じて、制御ユニットは、商用交流電源と太陽光パネルとの両方から外部交流充電器へ交流電力を供給するよう構成することもできる。

また、上記制御ユニットは、上記系統連系電源を上記商用交流電源と上記パワーコンディショナとのいずれに接続するかの切換を行うよう構成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、太陽光発電を行った電力を、系統連系電源又は商用交流電源のいずれかへ供給して、充放電システムの運用を安定させることができる。
また、電気自動車又は外部交流機器に要求される電力量に応じて、制御ユニットは、系統連系電源を商用交流電源とパワーコンディショナとの両方に電気的に接続することもできる。

また、上記外部直流充電器は、上記直流バスにおいて複数個が並列に設けられており、該複数個の外部直流充電器には、上記直流バスから上記電気自動車へ充電される直流電力量を測定する充電メータが設けられていてもよい（請求項５）。
この場合には、複数個の外部直流充電器に接続された電気自動車へ、複数の蓄電池から同時に直流電力を充電することができる。また、各電気自動車へ充電される直流電力量を充電メータで測定し、各電気自動車ごと又は各需要家ごとに使用電力の精算を行うことができる。

また、上記外部直流充電器に上記電気自動車が接続されたときには、該電気自動車から該外部直流充電器を介して上記蓄電池へ直流電力を供給可能になっていてもよい（請求項６）。
電気自動車における充電量が十分であるときには、電気自動車から蓄電池へ電力を充電して、充放電システムの利用効率を高めることができる。

また、上記系統連系電源及び制御ユニットは、直流電力を消費する複数の需要家によって構成される電力管理集合体に設けられており、上記双方向電源及び上記蓄電池は、上記各需要家に設けられていてもよい（請求項７）。
この場合には、電力管理集合体内において、各需要家に設けられた直流負荷を、各双方向電源及び蓄電池を用いて稼動させることができる。

以下に、上記充放電システムにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の充放電システム１は、図１に示すごとく、双方向電源３２、直流バス３１、系統連系電源３、太陽光パネル２２、制御ユニット４及び外部直流充電器３５を備えている。
双方向電源３２には、電池管理部３４によって状態管理される蓄電池３３が接続されている。双方向電源３２は、蓄電池３３の充電及び放電が可能である。直流バス３１は、系統連系電源３に対して複数の双方向電源３２を並列に接続している。系統連系電源３は、商用交流電源２に接続されており、交流電力ＡＣから直流電力ＤＣへの変換を行って、直流バス３１へ直流電力ＤＣを供給するよう構成されている。太陽光パネル２２は、系統連系電源３に、直流電力ＤＣを交流電力ＡＣに変換するパワーコンディショナ２３を介して接続されている。

制御ユニット４は、複数の蓄電池３３のいずれかに接続された電池管理部３４から、充電量が規定量に満たないことを示す信号を受信したときには、系統連系電源３から直流バス３１へ直流電力ＤＣを供給するよう構成されている。一方、制御ユニット４は、複数の蓄電池３３にそれぞれ接続された電池管理部３４のすべてから、充電量が規定量を満たすことを示す信号を受信したときには、系統連系電源３から直流バス３１を介する蓄電池３３への直流電力ＤＣの供給を遮断するよう構成されている。また、このときには、制御ユニット４は、太陽光パネル２２から送電される交流電力ＡＣを、系統連系電源３へ供給するか、又は商用交流電源２へ売電するかの切換を行うよう構成されている。外部直流充電器３５は、直流バス３１に設けられており、電気自動車３６の充電用ケーブルを接続可能である。

充放電システム１は、系統連系電源３から直流バス３１へ直流電力ＤＣが供給されるときには、この直流電力ＤＣを、充電量が規定量に満たない蓄電池３３へ充電するよう構成されている。充放電システム１は、外部直流充電器３５に電気自動車３６の充電用ケーブルが接続されたときには、系統連系電源３からの直流電力ＤＣ又は蓄電池３３に蓄電された直流電力ＤＣを外部直流充電器３５へ放電し、外部直流充電器３５から電気自動車３６へ充電するよう構成されている。

以下に、本例の充放電システム１につき、図１を参照して詳説する。
本例の充放電システム１は、ハイブリッド自動車を含む電気自動車３６が駐車される駐車場において、太陽光発電された電力を最小限の制御で蓄電池３３、電気自動車３６及び交流負荷２５へ安定して供給するために構成されたものである。直流バス３１に接続された各蓄電池３３は、充放電可能な二次電池としてのリチウムイオン電池を用いて形成されている。蓄電池３３は、ラミネートセル電池、筒形電池等の種々の形態とすることができ、複数のリチウムイオン電池を並列及び直列に接続して構成される。蓄電池３３は、リチウムイオン電池以外にも、二次電池としてのニッケルカドミウム蓄電池３３、ニッケル水素電池、鉛電池等とすることもできる。

系統連系電源３は、商用交流電源２から供給される交流電力ＡＣを直流電力ＤＣへ変換する交流／直流変換器の機能と、直流電力ＤＣを、双方向電源３２を介して蓄電池３３へ充電する充電器の機能とを有している。
双方向電源３２は、系統連系電源３から送られる直流電力ＤＣを蓄電池３３へ充電するための充電電圧に変換する直流／直流変換器の機能と、系統連系電源３から蓄電池３３への充電と、蓄電池３３から外部直流充電器３５への放電とを切り換える機能とを有している。

各蓄電池３３の電池管理部３４は、電池電圧を計測・管理し、これ以外にも、充電電流、放電電流、電池温度、断線情報、過充電、過放電等を計測・管理する。
双方向電源３２は、電池管理部３４とデータ通信を行って、電池管理部３４が計測した蓄電池３３の電池電圧のデータを受信して、充電及び放電の切換を行うよう構成されている。
制御ユニット４は、電池管理部３４とデータ通信を行って、蓄電池３３の種々の状態を把握し、各蓄電池３３における充電及び放電の制御指令を各双方向電源３２へ送信するよう構成されている。制御ユニット４は、蓄電池３３の電池管理部３４が記憶するデータを分析することにより、各蓄電池３３の安全性能、充電特性、放電特性、温度特性等を認知し、各蓄電池３３の総合的性能を判断するよう構成されている。

図１に示すごとく、パワーコンディショナ２３は、各太陽光パネル２２に接続されており、複数のパワーコンディショナ２３は、交流バス２１を介して系統連系電源３に接続されている。また、複数のパワーコンディショナ２３は、交流バス２１を介して商用交流電源２にも接続されている。
制御ユニット４は、太陽光パネル２２から送電される交流電力ＡＣを、系統連系電源３へ供給するか、又は商用交流電源２へ売電するかの切換を行うよう構成されている。

外部直流充電器３５は、直流バス３１において複数個が並列に設けられている。複数個の外部直流充電器３５には、直流バス３１から電気自動車３６へ充電される直流電力量を測定する充電メータ３７が設けられている。制御ユニット４は、電気自動車３６へ充電された直流電力量のデータを充電メータ３７から取得し、各電気自動車３６の持ち主又は各需要家との間で使用電力の精算を行うよう構成されている。制御ユニット４は、複数個の外部直流充電器３５に対してそれぞれ電気自動車３６が接続されたときには、複数の電気自動車３６に対して同時に、複数の蓄電池３３から各双方向電源３２を介して、又は系統連系電源３から直接、直流電力ＤＣを充電することができる。

図１に示すごとく、交流バス２１には、交流負荷２５を接続可能な外部交流充電器２４が設けられている。制御ユニット４は、交流バス２１における交流電力ＡＣの流れの切換を行う機能を備えている。制御ユニット４は、外部交流充電器２４に交流負荷２５が接続されたときには、この交流負荷２５へ、商用交流電源２と太陽光パネル２２とのいずれから交流電力ＡＣを供給するかの切換を行うよう構成されている。また、交流負荷２５に要求される交流電力量に応じて、制御ユニット４は、商用交流電源２と太陽光パネル２２との両方から外部交流充電器２４へ交流電力ＡＣを供給することもできる。

交流バス２１において、商用交流電源２に繋がる部位には、商用交流電源２から充放電システム１への電力供給量（買電量）と、充放電システム１から商用交流電源２への電力供給量（売電量）とを測定するスマートメータ２６が設けられている。このスマートメータ２６によって測定されるデータは制御ユニット４、又は制御ユニット４に接続された中央コントローラに送信され、電力会社との間で、使用電力の精算が行われる。

制御ユニット４には、商用交流電源２の供給元である電力会社との間で電力売買の基準となる、商用交流電源２から系統連系電源３へ供給される交流電力ＡＣの買電単価と、複数のパワーコンディショナ２３から商用交流電源２へ供給する交流電力ＡＣの売電単価との情報が記憶されている。買電単価は、昼間（例えば８時〜２２時）に比べて夜間（例えば２２時〜８時）が安く設定されている。また、太陽光パネル２２が発電を行うのは主に昼間である。

従って、少なくともいずれかの蓄電池３３における充電量が規定量に満たない場合に、おおよそ日照があるときには、制御ユニット４は、系統連系電源３をパワーコンディショナ２３に接続して、太陽光パネル２２によって発電した電力を上記いずれかの蓄電池３３へ充電する。一方、少なくともいずれかの蓄電池３３における充電量が規定量に満たない場合に、おおよそ夜間等の日照がないときには、制御ユニット４は、系統連系電源３を商用交流電源２に接続して、商用交流電源２から電力を上記いずれかの蓄電池３３へ充電する。
また、電気自動車３６又は外部交流機器２５に要求される電力量に応じて、制御ユニット４は、系統連系電源３を商用交流電源２とパワーコンディショナ２３との両方に接続することもできる。

また、外部直流充電器３５へは、蓄電池３３及び系統連系電源３のいずれからも直流電力ＤＣが供給されるよう構成されている。この直流電力ＤＣの供給は、制御ユニット４によって何ら特別な制御は行わず、系統連系電源３又は蓄電池３３と、電気自動車３６における蓄電池との電圧差を利用して簡単に行うことができる。これにより、複数の蓄電池３３の充電状態に拘らず、外部直流充電器３５に接続される電気自動車３６へ安定して充電を行うことができる。

本例の充放電システム１においては、制御ユニット４によって系統連系電源３を制御することにより、直流バス３１に接続された複数の蓄電池３３へ充電する。系統連系電源３には、太陽光パネル２２によって太陽光発電を行った電力を供給することができる。また、各蓄電池３３に接続された各双方向電源３２によって、各蓄電池３３への充電と各蓄電池３３からの放電が可能である。

充放電システム１においては、少なくともいずれかの蓄電池３３における充電量が規定量に満たない場合には、このことを示す信号が、この蓄電池３３における電池管理部３４から制御ユニット４へ送信される。そして、制御ユニット４は、系統連系電源３から直流バス３１へ直流電力ＤＣを供給する。このとき、充電量が規定量に満たない蓄電池３３に直流バス３１から直流電力ＤＣが充電される。
また、すべての蓄電池３３における充電量が規定量を満たす場合には、このことを示す信号が、この蓄電池３３における電池管理部３４から制御ユニット４へ送信される。このとき、制御ユニット４は、系統連系電源３から直流バス３１を介する蓄電池３３への直流電力ＤＣの供給を遮断する。

そして、外部直流充電器３５に電気自動車３６が接続されたときには、いずれかの双方向電源３２が放電を行い、この双方向電源３２が接続された蓄電池３３から外部直流充電器３５へ直流電力ＤＣが放電される。こうして、商用交流電源２から供給される電力又は太陽光発電を行った電力が系統連系電源３に供給され、系統連系電源３から蓄電池３３及び電気自動車３６へは、特別な制御を行うことなく電力を供給することができる。
それ故、本例の充放電システム１によれば、太陽光発電された電力を最小限の制御で蓄電池３３、電気自動車３６及び交流負荷２５へ安定して供給することができる。

（実施例２）
本例は、図２に示すごとく、直流電力ＤＣを消費する複数の需要家５によって構成される電力管理集合体１０に、充放電システム１を採用した例を示す。
本例の系統連系電源３及び制御ユニット４は、電力管理集合体１０に設けられている。電力管理集合体１０は、複数の住宅が集まって形成される地域、あるいは住民が住む複数の部屋が設けられたマンション等とすることができる。各需要家５には、直流電力ＤＣによって動作する直流負荷３８が設けられている。双方向電源３２及び蓄電池３３は、各需要家５に設けられており、直流負荷３８は蓄電池３３に接続されている。

本例においては、充放電システム１を電力管理集合体１０に採用し、電力管理集合体１０内において、各需要家５に設けられた直流負荷ＤＣを、各双方向電源３２及び蓄電池３３を用いて稼動させることができる。本例においても、充放電システム１のその他の構成は、上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１充放電システム
２商用交流電源
２１交流バス
２２太陽光パネル
２３パワーコンディショナ
２４外部交流充電器
２５交流負荷
３系統連系電源
３１直流バス
３２双方向電源
３３蓄電池
３４電池管理部
３５外部直流充電器
３６電気自動車
３７充電メータ
４制御ユニット

Claims

電池管理部によって状態管理される蓄電池が接続され、該蓄電池の充電及び放電が可能な複数の双方向電源と、
該複数の双方向電源が並列に接続される直流バスと、
商用交流電源に接続され、交流電力から直流電力への変換を行って、上記直流バスへ直流電力を供給するよう構成された系統連系電源と、
該系統連系電源に、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを介して接続され、太陽光発電を行う太陽光パネルと、
上記複数の蓄電池のいずれかに接続された上記電池管理部から、充電量が規定量に満たないことを示す信号を受信したときには、上記系統連系電源から上記直流バスへ直流電力を供給し、一方、上記複数の蓄電池にそれぞれ接続された上記電池管理部のすべてから、充電量が規定量を満たすことを示す信号を受信したときには、上記系統連系電源から上記直流バスを介する上記蓄電池への直流電力の供給を遮断するよう構成されるとともに、上記太陽光パネルから送電される交流電力を、上記系統連系電源へ供給するか、又は上記商用交流電源へ売電するかの切換を行うよう構成された制御ユニットと、
上記直流バスに設けられ、電気自動車を接続可能な外部直流充電器と、を備えており、
上記系統連系電源から上記直流バスへ直流電力が供給されるときには、該直流電力は、充電量が規定量に満たない上記蓄電池へ充電され、
上記外部直流充電器に上記電気自動車が接続されたときには、上記蓄電池に蓄電された直流電力が上記外部直流充電器へ放電され、該外部直流充電器から上記電気自動車へ充電されるよう構成されていることを特徴とする充放電システム。
請求項１に記載の充放電システムにおいて、上記外部直流充電器へは、上記蓄電池及び上記系統連系電源のいずれからも直流電力が供給されるよう構成されていることを特徴とする充放電システム。
請求項１又は２に記載の充放電システムにおいて、上記商用交流電源と上記パワーコンディショナとが接続される交流バスには、交流負荷を接続可能な外部交流充電器が設けられており、
上記制御ユニットは、上記外部交流充電器に上記交流負荷が接続されたときには、該交流負荷へ、上記商用交流電源と上記太陽光パネルとのいずれから交流電力を供給するかの切換を行うよう構成されていることを特徴とする充放電システム。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の充放電システムにおいて、上記制御ユニットは、上記系統連系電源を上記商用交流電源と上記パワーコンディショナとのいずれに接続するかの切換を行うよう構成されていることを特徴とする充放電システム。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の充放電システムにおいて、上記外部直流充電器は、上記直流バスにおいて複数個が並列に設けられており、該複数個の外部直流充電器には、上記直流バスから上記電気自動車へ充電される直流電力量を測定する充電メータが設けられていることを特徴とする充放電システム。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の充放電システムにおいて、上記外部直流充電器に上記電気自動車が接続されたときには、該電気自動車から該外部直流充電器を介して上記蓄電池へ直流電力を供給可能になっていることを特徴とする充放電システム。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の充放電システムにおいて、上記系統連系電源及び制御ユニットは、直流電力を消費する複数の需要家によって構成される電力管理集合体に設けられており、上記双方向電源及び上記蓄電池は、上記各需要家に設けられていることを特徴とする充放電システム。