JP2014087088A

JP2014087088A - 蓄電システム

Info

Publication number: JP2014087088A
Application number: JP2012231640A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Tanaka; 啓貴田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】ユーザが蓄電池に対して入出力される電路の接続状態を容易に且つ確実に確認することが可能な蓄電システムを提供する。
【解決手段】蓄電システム１は、充電及び放電を行うバッテリ２１と、バッテリ２１に電力を供給して充電を制御するＡＣ充電回路部８及びＰＶ充電回路部９と、それら充電回路部またはバッテリ２１から供給される電力の変換を行う電力変換部であるＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１と、充電回路部及び電力変換部とバッテリ２１との間を接続するための電力線１８に設けたブレーカ７と、バッテリ２１とブレーカ７との間に設けた電力線１８に信号を出力する信号発生回路部１３と、充電回路部及び電力変換部とブレーカ７との間に設けた信号発生回路部１３が出力した信号を電力線１８から検出する信号検出回路部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は蓄電システムに関する。

近年、災害時などに発生する停電や電力不足への対応や、ＣＯ₂削減のための自然エネルギーの利用への対応として蓄電システムが注目されている。蓄電システムは蓄電池を備え、自然エネルギー、例えば太陽光発電で得られる電力を蓄電することが可能であるとともに、商用電力系統から供給される電力を蓄電することが可能なものがある。このような従来の蓄電システムが特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載された従来の蓄電システムは太陽電池と商用電力系統とを連系させて電気エネルギーを消費する負荷に電力を供給するシステムであって、蓄電池と、充電回路に相当するシャント回路と、インバータとを備える。この蓄電システムは太陽電池の発電量が負荷の消費電力量より多い場合に蓄電池に対して充電を行い、少ない場合に蓄電池の蓄電電力を放電して負荷に供給する。さらに、昼間の太陽電池の発電量が蓄電池の容量を超える場合には電力を商用電力系統に供給して売電（逆潮流）を行う。このような蓄電システムを利用することにより、電力の平準化と、電力の品質低下の防止とを図っている。

ここで、他の従来の蓄電システムの構成について図面を参照して説明する。図４は従来の蓄電システムの構成の一例を示すブロック図である。図４に示す蓄電システム１０１はその筐体１０２の外部に入力端子１０３、出力端子１０４及びブレーカ１０５を備え、内部に充電回路部１０６、インバータ回路部１０７及び蓄電池１０８を備える。

入力端子１０３には例えば不図示の太陽電池が電気的に接続される。充電回路部１０６は入力側が入力端子１０３と電気的に接続され、出力側がインバータ回路部１０７及び蓄電池１０８と電気的に接続される。充電回路部１０６及びインバータ回路部１０７と蓄電池１０８との間を接続するための電力線にはブレーカ１０５が設けられる。ブレーカ１０５は電路の開閉を行うことができる。

充電回路部１０６は入力端子１０３を介して供給された太陽光発電電力を蓄電池１０８への充電に適した電力信号に変換する。また、充電回路部１０６はインバータ回路部１０７にも電力を供給してインバータ回路部１０７の動作を可能にする。蓄電システム１０１は入力端子１０３から入力される電力がインバータ回路部１０７の動作に十分な電力量であるとき、その余剰電力を蓄電池１０８に充電することができる。

特開２０１１−１５１９５９号公報

しかしながら、上記従来の蓄電システム１０１はブレーカ１０５の開閉状態を監視することができない。これにより、充電回路部１０６と蓄電池１０８との間の電路が接続されていない状態で使用してしまい、蓄電池１０８に蓄電されていない状況になることがあった。その結果、緊急時などに蓄電システム１０１が本来の機能を発揮することができないという問題があった。

この問題の対策として、蓄電池１０８に対する充放電時の電流を検出するという技術が考えられた。しかしながら、蓄電池１０８が満充電状態且つ入力電力が供給されている状態において蓄電池１０８に充電電流或いは放電電流が流れないので、この技術では充電回路部１０６と蓄電池１０８との間の電路が接続されているか否かを確認することができない場合があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、ユーザが蓄電池に対して入出力される電路の接続状態を容易に且つ確実に確認することが可能な蓄電システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の蓄電システムは、充電及び放電を行う蓄電池と、前記蓄電池に電力を供給して充電を制御する充電回路部と、前記充電回路部または前記蓄電池から供給される電力の変換を行う電力変換部と、前記充電回路部及び前記電力変換部と前記蓄電池との間を接続するための電力線に設けた電路の開閉が可能な開閉器と、前記蓄電池と前記開閉器との間に設けた前記電力線に信号を出力する信号発生回路部と、前記充電回路部及び前記電力変換部と前記開閉器との間に設けた前記信号発生回路部が出力した前記信号を前記電力線から検出する信号検出回路部と、を備えることを特徴としている。

なお、ここで述べた「開閉器」は電路の開閉を切り替えることが可能な機能部材であって、スイッチやブレーカ（遮断器）を含む。

また、上記構成の蓄電システムにおいて、前記充電回路部及び前記電力変換部と前記信号検出回路部との間に前記信号の通過を阻止する第１信号阻止回路部を設けたことを特徴としている。

また、上記構成の蓄電システムにおいて、前記蓄電池と前記信号発生回路部との間に前記信号の通過を阻止する第２信号阻止回路部を設けたことを特徴としている。

また、上記構成の蓄電システムにおいて、前記蓄電池と、前記蓄電池の出力部に接続された保護回路部とを有する蓄電ユニットを備え、前記信号発生回路部及び前記第２信号阻止回路部が、前記保護回路部を介して前記蓄電池の前記出力部に接続されて前記蓄電ユニットの内部に収容されることを特徴としている。

また、上記構成の蓄電システムにおいて、前記開閉器の開閉状態を報知する報知部を備えることを特徴としている。

本発明の構成によれば、ユーザが蓄電池に対して入出力される電路の接続状態を容易に且つ確実に確認することが可能な蓄電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態の蓄電システムの構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態の蓄電システムのバッテリに対して入出力される電路の接続状態の確認動作を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態の蓄電システムのバッテリユニットの構成を示すブロック図である。従来の蓄電システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図３に基づき説明する。

＜第１実施形態＞
最初に、本発明の第１実施形態に係る蓄電システムについて、図１を用いてその構造と動作を説明する。図１は蓄電システムの構成を示すブロック図である。なお、図１では電力線を実線で示し、信号線を破線矢印で示す。

蓄電システム１は、図１に示すようにその筐体２の外部に入力端子３、入力端子４、出力端子５、出力端子６及び開閉器であるブレーカ７を備える。入力端子３は商用電力系統と電気的に接続される。入力端子４は不図示の太陽電池と電気的に接続される。出力端子５は直流電力を出力する。出力端子６は交流電力を出力する。ブレーカ７は筐体２の外部から操作できるように筐体２に設けられる。

また、蓄電システム１はその筐体２の内部にＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９、電力変換部であるＤＣ／ＤＣ変換回路部１０、電力変換部であるインバータ回路部１１、制御部１２、信号発生回路部１３、信号検出回路部１４、第１信号阻止回路部１５、第２信号阻止回路部１６及び蓄電ユニットであるバッテリユニット２０を備える。さらに、蓄電システム１はその筐体２の外部から確認できる箇所に報知部である表示部１７を備える。

なお、バッテリユニット２０は蓄電池であるバッテリ２１を有する。バッテリ２１は化学反応を用いて電気の蓄積（充電）、放出（放電）が可能な電池であり、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル・カドミウム蓄電池、鉛蓄電池などで構成される。

ＡＣ充電回路部８の入力側が入力端子３と電気的に接続され、ＰＶ充電回路部９入力側が入力端子４と電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０の出力側が出力端子５と電気的に接続され、インバータ回路部１１の出力側が出力端子６と電気的に接続される。ＡＣ充電回路部８及びＰＶ充電回路部９の出力側はＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１の入力側と電気的に接続される。

さらに、ＡＣ充電回路部８及びＰＶ充電回路部９の出力側と、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１の入力側とはブレーカ７を介してバッテリ２１とも電気的に接続される。すなわち、ＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１と、バッテリ２１との間を接続するための電力線１８に電路の開閉が可能なブレーカ７が設けられる。

ＡＣ充電回路部８は入力端子３を介して商用電力系統から電力の供給を受ける。ＰＶ充電回路部９は入力端子４を介して不図示の太陽電池から電力の供給を受ける。ＡＣ充電回路部８及びＰＶ充電回路部９はバッテリ２１に適した充電モードとなるように電力を供給してバッテリ２１への充電を制御する機能を備える。

また、ＡＣ充電回路部８及びＰＶ充電回路部９はＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１にも電力を供給する。これにより、ブレーカ７が開状態でバッテリ２１に対して入出力される電路が接続されていない状態でもＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１の動作が可能になる。したがって、蓄電システム１はＡＣ充電回路部８及びＰＶ充電回路部９が出力する電力がＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１の動作に十分な電力量であるとき、その余剰電力をバッテリ２１に充電することができる。

なお、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０はＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９またはバッテリ２１から供給される直流電力の電圧を別の電圧に変換する機能を備える。また、インバータ回路部１１はＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９またはバッテリ２１から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を備える。

制御部１２はＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０、インバータ回路部１１及びバッテリユニット２０と信号線によって接続され、それら各構成要素の状態を表す情報を得る。そして、制御部１２は不図示の記憶部等に予め記憶されたプログラム、データや、上記各構成要素から得られた情報に基づきそれら各構成要素の動作を制御し、バッテリユニット２０に係る一連の運転を実現する。表示部１７は蓄電システム１の運転情報を表示する。

ここで、蓄電システム１はバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態、すなわち電力線１８に設けたブレーカ７の開閉状態の確認を適宜実行している。この確認動作には信号発生回路部１３、信号検出回路部１４、第１信号阻止回路部１５及び第２信号阻止回路部１６を用いる。

信号発生回路部１３はバッテリ２１とブレーカ７との間の電力線１８に設けられる。信号発生回路部１３は電力線１８に対して所定の信号を出力する。信号発生回路部１３はバッテリ２１から直流電力の供給を受け、例えば出力側に設けた直流阻止キャパシタを用いたフィルタを通して２ｋＨｚの矩形波信号を出力する。この信号はバッテリ２１に対して充電または放電される電力信号と周波数帯域が異なる。なお、この信号は周波数が２ｋＨｚであることに限定されるわけではなく、他の周波数であっても良い。また、この信号は正弦波信号であっても良い。

信号検出回路部１４はＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１とブレーカ７との間の電力線１８に設けられる。信号検出回路部１４は信号発生回路部１３が電力線１８に対して出力した信号を電力線１８から検出する。

第１信号阻止回路部１５はＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１と信号検出回路部１４との間の電力線１８に設けられる。第１信号阻止回路部１５は信号発生回路部１３が電力線１８に対して出力した信号のＡＣ充電回路部８等側への通過を阻止する。これにより、その信号がＡＣ充電回路部８、ＰＶ充電回路部９、ＤＣ／ＤＣ変換回路部１０及びインバータ回路部１１に到達しない。

第２信号阻止回路部１６はバッテリ２１と信号発生回路部１３との間の電力線１８に設けられる。第２信号阻止回路部１６は信号発生回路部１３が電力線１８に対して出力した信号のバッテリ２１側への通過を阻止する。これにより、その信号がバッテリ２１に到達しない。

上記構成の蓄電システム１において、制御部１２は所定のタイミングで信号発生回路部１３に信号を出力させる。信号検出回路部１４はブレーカ７が閉状態であるときに信号発生回路部１３が出力した信号を検出することができ、ブレーカ７が開状態であるときに信号発生回路部１３が出力した信号を検出することができない。

そして、制御部１２は信号検出回路部１４から得られた情報に基づいてブレーカ７の開閉状態、すなわちバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態を表示部１７に表示させる。この接続状態のユーザへの報知は表示部１７への表示に限らず、光や音などを利用しても構わない。

続いて、このような蓄電システム１のバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態の確認動作について、図２に示す動作フローに沿って説明する。図２は蓄電システム１のバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態の確認動作を示すフローチャートである。

蓄電システム１の運転が開始されると（図２のスタート）、制御部１２は所定のタイミングで信号発生回路部１３に指令を送り、信号発生回路部１３に電力線１８に対して所定の信号を出力させる（図２のステップ＃１０１）。この信号は第２信号阻止回路部１６の作用によりバッテリ２１に到達することがなく、信号検出回路部１４側に送られる。

次に、制御部１２は信号検出回路部１４が、信号発生回路部１３が電力線１８に対して出力した信号を電力線１８から検出できたか否かを判定する（ステップ＃１０２）。

信号検出回路部１４が信号を検出できた場合（ステップ＃１０２のＹｅｓ）、制御部１２はブレーカ７が閉状態であること、或いはＡＣ充電回路部８やインバータ回路部１１などとバッテリ２１とが電気的に接続されていること（既接続状態）を表示部１７に表示させる（ステップ＃１０３）。そして、ステップ＃１０１に戻り、引き続きバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態の確認動作を継続する。

一方、ステップ＃１０２において、信号検出回路部１４が信号を検出できなかった場合（ステップ＃１０２のＮｏ）、制御部１２はブレーカ７が開状態であること、或いはＡＣ充電回路部８やインバータ回路部１１などとバッテリ２１とが電気的に接続されていないこと（未接続状態）を表示部１７に表示させる（ステップ＃１０４）。このとき、制御部１２は表示部１７への表示に加えて、光や音などを利用してユーザに報知することもできる。そして、ステップ＃１０１に戻り、引き続きバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態の確認動作を継続する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の蓄電システムについて、図３を用いて説明する。図３は蓄電システムのバッテリユニットの構成を示すブロック図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１及び図２を用いて説明した前記第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第２実施形態の蓄電システム１においてバッテリユニット２０は、図３に示すようにその内部にバッテリ２１、保護回路部２２、信号発生回路部２３及び第２信号阻止回路部２４を収容している。

保護回路部２２はバッテリ２１の出力部に電気的に接続され、バッテリ２１の状態を監視して保護する。第２信号阻止回路部２４は保護回路部２２の出力部に電気的に接続される。すなわち、バッテリ２１に蓄えられた電力は保護回路部２２と第２信号阻止回路部２４とを介してバッテリユニット２０の外部に出力される。なお、第２信号阻止回路部２４は、例えばインダクタを用いることができる。

信号発生回路部２３は保護回路部２２の出力部から直流電力の供給を受け、信号を第２信号阻止回路部２４の出力側に出力する。したがって、信号発生回路部２３はバッテリユニット２０の内部から電力線１８に対して所定の信号を出力する。

上記のように、蓄電システム１はバッテリ２１とブレーカ７との間に設けた電力線１８に信号を出力する信号発生回路部１３と、ＡＣ充電回路部８やインバータ回路部１１などとブレーカ７との間に設けた信号発生回路部１３が出力した信号を電力線１８から検出する信号検出回路部１４と、を備える。これにより、ブレーカ７が閉状態であるときに信号発生回路部１３が出力した信号を信号検出回路部１４が検出することができ、ブレーカ７が開状態であるときに信号発生回路部１３が出力した信号を信号検出回路部１４が検出することができない。したがって、蓄電システム１は信号検出回路部１４から得られる情報に基づいてブレーカ７の開閉状態、すなわちバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態を容易に確認することが可能である。

また、蓄電システム１はＡＣ充電回路部８やインバータ回路部１１などと信号検出回路部１４との間に信号発生回路部１３が出力した信号の通過を阻止する第１信号阻止回路部１５を設けたので、信号がＡＣ充電回路部８やインバータ回路部１１などに到達しない。したがって、ＡＣ充電回路部８やインバータ回路部１１などにおいてその信号に起因し得る誤動作が発生することを防止することが可能である。

また、蓄電システム１はバッテリ２１と信号発生回路部１３との間に信号発生回路部１３が出力した信号の通過を阻止する第２信号阻止回路部１６を設けたので、信号がバッテリ２１に到達しない。したがって、バッテリ２１においてその信号に起因し得る誤動作が発生することを防止することが可能である。

また、蓄電システム１はバッテリ２１と、バッテリ２１の出力部に接続された保護回路部２２とを有する蓄電ユニット２０を備え、信号発生回路部２３及び第２信号阻止回路部２４を、保護回路部２２を介してバッテリ２１の出力部に接続して蓄電ユニット２０の内部に収容した。これにより、信号発生回路部２３をバッテリユニット２０の外部に別途設ける必要がなくなる。したがって、ブレーカ７の開閉状態の確認が容易になることに加えて、蓄電システム１の小型化を図ることが可能になる。

そして、信号発生回路部１３はバッテリ２１から直流電力の供給を受け、信号を例えば出力側に設けた直流阻止キャパシタを用いたフィルタに通して電力線１８に出力する。これにより、信号はバッテリ２１に対して充電または放電される電力信号と異なる周波数帯域になる。したがって、信号は第２信号阻止回路部１６で十分に減衰する。そして、その信号の、蓄電システム１のインバータ回路部１１や制御部１２、出力端子５及び６などに漏れ出す成分を低減させることが可能である。

また、ブレーカ７を筐体２の外部から操作できるように筐体２に設けたので、例えばバッテリ２１を長期間使用しないときにブレーカ７を開状態にすることができる。したがって、ブレーカ７の開閉状態の確認が容易になることに加えて、待機電力によるバッテリ２１の消耗を低減させることが可能になる。

さらに、蓄電システム１は信号検出回路部１４から得られる情報に基づいてブレーカ７の開閉状態を報知する報知部としての表示部１７を備えるので、表示によりブレーカ７の開閉状態をユーザに報知することができる。したがって、ブレーカ７の開閉状態の確認をより一層容易にすることが可能である。

このようにして、本発明の上記実施形態の構成によれば、ユーザがバッテリ２１に対して入出力される電路の接続状態を容易に且つ確実に確認することが可能な蓄電システム１を提供することができる。すなわち、蓄電システム１におけるブレーカ７の入れ忘れ、切り忘れを防止することが可能である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は蓄電池を備える蓄電システムにおいて利用可能である。

１蓄電システム
２筐体
３、４入力端子
５、６出力端子
７ブレーカ（開閉器）
８ＡＣ充電回路部（充電回路部）
９ＰＶ充電回路部（充電回路部）
１０ＤＣ／ＤＣ変換回路部（電力変換部）
１１インバータ回路部（電力変換部）
１２制御部
１３、２３信号発生回路部
１４信号検出回路部
１５第１信号阻止回路部
１６、２４第２信号阻止回路部
１７表示部（報知部）
１８電力線
２０バッテリユニット（蓄電池ユニット）
２１バッテリ（蓄電池）
２２保護回路部

Claims

充電及び放電を行う蓄電池と、
前記蓄電池に電力を供給して充電を制御する充電回路部と、
前記充電回路部または前記蓄電池から供給される電力の変換を行う電力変換部と、
前記充電回路部及び前記電力変換部と前記蓄電池との間を接続するための電力線に設けた電路の開閉が可能な開閉器と、
前記蓄電池と前記開閉器との間に設けた前記電力線に信号を出力する信号発生回路部と、
前記充電回路部及び前記電力変換部と前記開閉器との間に設けた前記信号発生回路部が出力した前記信号を前記電力線から検出する信号検出回路部と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
前記充電回路部及び前記電力変換部と前記信号検出回路部との間に前記信号の通過を阻止する第１信号阻止回路部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
前記蓄電池と前記信号発生回路部との間に前記信号の通過を阻止する第２信号阻止回路部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
前記蓄電池と、前記蓄電池の出力部に接続された保護回路部とを有する蓄電ユニットを備え、
前記信号発生回路部及び前記第２信号阻止回路部が、前記保護回路部を介して前記蓄電池の前記出力部に接続されて前記蓄電ユニットの内部に収容されることを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
前記開閉器の開閉状態を報知する報知部を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。