JP2014212580A - 電力連系システム - Google Patents
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Abstract
【課題】発電部又は外部電力入力部と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池とを備え、前記蓄電池の直列バランシングを効率良く行うことができる電力連系システムを提供する。
【解決手段】電力連系システムは、発電部又は外部電力入力部（例えば太陽電池６）と、複数の電池単位３が直列接続されている蓄電池２と、複数の前記電池単位と１対１対応する複数の片方向電力変換器（例えば片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５）とを備え、前記片方向電力変換器が、前記発電部又は前記外部電力入力部から受け取った電力を変換する電力変換器であり、前記片方向電力変換器の出力端が、対応する前記電池単位の両端に接続される。
【選択図】図１
【解決手段】電力連系システムは、発電部又は外部電力入力部（例えば太陽電池６）と、複数の電池単位３が直列接続されている蓄電池２と、複数の前記電池単位と１対１対応する複数の片方向電力変換器（例えば片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５）とを備え、前記片方向電力変換器が、前記発電部又は前記外部電力入力部から受け取った電力を変換する電力変換器であり、前記片方向電力変換器の出力端が、対応する前記電池単位の両端に接続される。
【選択図】図１
Description
本発明は、発電部又は外部電力入力部と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池とを備える電力連系システムに関する。
従来より、発電部又は外部電力入力部と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池とを備える電力連系システムが種々開発されている。例えば、特許文献１では、太陽光エネルギーを利用して発電を行う太陽電池と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池とを備える電力連系システムが開示されている。
特許文献１で開示されている電力連系システムは、充分な日照状態にある場合、太陽電池の発電電力によって蓄電池を充電するとともに特定負荷を駆動し、不足日照状態にある場合、蓄電池からの放電電力によって特定負荷を駆動する。これにより、充分な日照状態にある場合のみならず、不足日照状態にある場合でも蓄電池の残容量が所定値を下回らない限り特定負荷の駆動が可能となる。
しかしながら、特許文献１で開示されている電力連系システムでは、蓄電池内で直列接続されている複数の電池単位間の電圧がばらつき、蓄電池の実効的な蓄電容量が低下するという問題が発生する。
なお、特許文献２には、蓄電池内で直列接続されている複数の電池単位間の電圧ばらつきを低減するために蓄電池の直列バランシングを行うことができる充電制御装置が開示されているが、特許文献２で開示されている充電制御装置は、太陽電池によって充電することができるのは１つの電池単位（セル電圧が最も低い蓄電セル）のみであるため、蓄電池の直列バランシングを効率良く行うことができなかった。また、特許文献２で開示されている充電制御装置では、太陽電池は蓄電池の直列バランシング専用として用いられており、太陽電池からのみの出力で負荷（電動モータ）を駆動することや、蓄電池内で直列接続されている複数の電池単位間の電圧ばらつきを低減するために一部の電池単位を休止して負荷（電動モータ）を駆動することはできなかった。
また、特許文献３には、直列接続されている複数の電池単位（蓄電池）を充電する充電装置が開示されているが、特許文献３で開示されている充電装置も特許文献２で開示されている充電制御装置と同様に、太陽電池によって充電する特定の電池単位を１つ（開回路電圧が最も低い蓄電池）にしているのみであるため、直列接続されている複数の電池単位の直列バランシングを効率良く行うことができなかった。また、特許文献３で開示されている充電装置を、双方向インバータを介して、ＡＣ電力を供給する電力系統に接続する場合、特定の電池単位を充電しているときに双方向インバータに直列接続される電池単位の数が減少することから、双方向インバータが充電装置から受け取るＤＣ電圧の範囲が幅広くなり、双方向インバータでの対応が困難になる。
本発明は、上記の状況に鑑み、発電部又は外部電力入力部と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池とを備え、前記蓄電池の直列バランシングを効率良く行うことができる電力連系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に本発明に係る電力連系システムは、発電部又は外部電力入力部と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池と、複数の前記電池単位と１対１対応する複数の片方向電力変換器とを備え、前記片方向電力変換器が、前記発電部又は前記外部電力入力部から受け取った電力を変換する電力変換器であり、前記片方向電力変換器の出力端が、対応する前記電池単位の両端に接続される構成（第１の構成）とする。
上記第１の構成の電力連系システムにおいて、電力系統と前記蓄電池との間に設けられる双方向電力変換器を備える構成（第２の構成）にしてもよい。
上記第１または第２の構成の電力連系システムにおいて、制御部を備え、前記制御部が、複数の前記電池単位の一部において、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加され、複数の前記電池単位の残りにおいて、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加されないようにして、前記電池単位間のＳＯＣ（State Of Charge）差を少なくするための前記蓄電池の直列バランシングを行う構成（第３の構成）にしてもよい。
上記第３の構成の電力連系システムにおいて、前記制御部が、ＳＯＣが所定値より低い前記電池単位を、複数の前記電池単位の一部に分類し、ＳＯＣが前記所定値以上である前記電池単位を、複数の前記電池単位の残りに分類する構成（第４の構成）にしてもよい。
上記第３または第４の構成の電力連系システムにおいて、複数の前記電池単位と１対１対応する複数のスイッチを備え、前記スイッチが、対応する前記電池単位と、対応する前記片方向電力変換器との間に設けられ、前記制御部が、複数の前記電池単位の一部において、対応する前記スイッチがＯＮ状態になり、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加され、複数の前記電池単位の残りにおいて、対応する前記スイッチがＯＦＦ状態になり、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加されないようにして、前記電池単位間のＳＯＣ差を少なくするための前記蓄電池の直列バランシングを行う構成（第５の構成）にしてもよい。
上記第１〜５のいずれかの構成の電力連系システムにおいて、複数の前記片方向電力変換器の各入力端がそれぞれ分離されており、前記片方向電力変換器が非絶縁型電力変換器である構成にしてもよい。
上記第１〜５のいずれかの構成の電力連系システムにおいて、複数の前記片方向電力変換器の各入力端が共通接続されており、前記片方向電力変換器が絶縁型電力変換器である構成にしてもよい。
本発明に係る電力連系システムは、発電部又は外部電力入力部と、複数の電池単位が直列接続されている蓄電池と、複数の前記電池単位と１対１対応する複数の片方向電力変換器とを備え、前記片方向電力変換器が、前記発電部又は前記外部電力入力部から受け取った電力を変換する電力変換器であり、前記片方向電力変換器の出力端が、対応する前記電池単位の両端に接続される構成である。このような構成によると、前記蓄電池の直列バランシングを実行するときに、任意数の前記電池単位の放電量を同時に減少させること、あるいは、任意数の前記電池単位を同時に充電することができるので、前記蓄電池の直列バランシングを効率良く行うことができる。
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
本発明の第１実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る電力連系システムは、双方向インバータ１と、８個の電池単位３＿＃１〜３＿＃８が直列接続されている蓄電池２と、８個のスイッチ４＿＃１〜４＿＃８と、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５＿＃１〜５＿＃８と、８個の太陽電池６＿＃１〜６＿＃８と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）７と、制御部８と、８個の発電量検出部ＰＧＤ＿＃１〜ＰＧＤ＿＃８とを備えている。なお、以下の説明では、電池単位３＿＃１〜３＿＃８について、個々の区分けが不要な場合は電池単位３と称することがある。同様に以下の説明では、スイッチ４、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５、太陽電池６、発電量検出部ＰＧＤと称することがある。また、本実施形態では、電池単位３、スイッチ４、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５、太陽電池６、発電量検出部ＰＧＤの各個数を８個としたが、８個は例示であるので他の値であってもよい。
本発明の第１実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る電力連系システムは、双方向インバータ１と、８個の電池単位３＿＃１〜３＿＃８が直列接続されている蓄電池２と、８個のスイッチ４＿＃１〜４＿＃８と、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５＿＃１〜５＿＃８と、８個の太陽電池６＿＃１〜６＿＃８と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）７と、制御部８と、８個の発電量検出部ＰＧＤ＿＃１〜ＰＧＤ＿＃８とを備えている。なお、以下の説明では、電池単位３＿＃１〜３＿＃８について、個々の区分けが不要な場合は電池単位３と称することがある。同様に以下の説明では、スイッチ４、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５、太陽電池６、発電量検出部ＰＧＤと称することがある。また、本実施形態では、電池単位３、スイッチ４、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５、太陽電池６、発電量検出部ＰＧＤの各個数を８個としたが、８個は例示であるので他の値であってもよい。
双方向インバータ１は、蓄電池２と外部の電力系統１００及び負荷２００との間に設けられる。電力系統１００はＡＣ電力を供給する電力系統であり、負荷２００はＡＣ電源入力端子を有する負荷である。双方向インバータ１は、例えば最大出力３０ｋＷの双方向インバータであって、電力系統１００から供給されるＡＣ電力（例えば実効電圧２０２ＶのＡＣ電力）をＤＣ電力（例えば３１２〜４１６ＶのＤＣ電力）に変換して蓄電池２に供給する動作と、蓄電池２から供給され、及び／又は、太陽電池６から片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５を経由して供給されるＤＣ電力（例えば３１２〜４１６ＶのＤＣ電力）をＡＣ電力（例えば実効電圧２０２ＶのＡＣ電力）に変換する動作との両方が可能なインバータである。
双方向インバータ１の一構成例として、ＡＣ電力が単相交流の場合、４個のパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor）あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）からなるフルブリッジ回路と、平滑コンデンサと備える回路構成が挙げられる。なお、ＡＣ電力が三相交流の場合、例えば、フルブリッジ回路を６個のパワーＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴからなる構成に変更すればよい。当該回路構成の双方向インバータでは、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する場合に、パワーＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴが全てオフ状態にされ、上記フルブリッジ回路がパワーＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴの各ボディダイオードからなるダイオードブリッジ回路として機能し、当該ダイオードブリッジ回路によって生成される整流電圧が上記平滑コンデンサによって平滑される。
なお、本実施形態とは異なり、電力連系システムが外部のＤＣ電源及びＤＣ負荷に接続される場合には、双方向インバータ１を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに変更すればよい。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの一構成例としては、２つの片方向ＤＣ／ＤＣコンバータを互いに逆方向になるように並列に配設する回路構成が挙げられる。
蓄電池２の一構成例として、８個の電池パックを備え各電池パックが電池単位３に該当する構成が挙げられる。また、蓄電池２の他の構成例として、１個の電池パックを備え電池パック内の各電池ブロックが電池単位３に該当する構成が挙げられる。また、複数の電池パックの直列接続体を電池単位３としてもよく、複数の電池ブロックの直列接続体を電池単位３としてもよい。
ここで、電池パックの一構成例を図２に示す。図２に示す構成例の電池パックは、複数の電池セルが並列接続された電池ブロック３０１を８個備えている。８個の電池ブロック３０１は電池パック内で直列接続されている。なお、電池ブロック３０１は、図２に示す構成例に限定されず、単一の電池セルであってもよい。また、蓄電池２が、８個の電池パックを備え各電池パックが電池単位３に該当する構成である場合には、電池パック内の電池ブロック３０１が１個のみであってよい。
また、図２に示す構成例の電池パックは、電池ブロック３０１に加えて、状態検出部３０２と、通信部３０３とを備えている。状態検出部３０２は、各電池ブロック３０１の状態あるいは電池パックの状態を検出する。状態検出部３０２は、例えば、各電池ブロック３０１の電圧値を検出すると共に、電池パックの＋−電極間の電流値および電圧値、電池パックの残容量を検出し、それらの検出データを通信部３０３に出力する。電池パックの残容量は、電池パックに流れる充放電電流の積算値から求められる他、予め決定された電池パックの開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）と残容量との関係を示す計算式或いはテーブルを参照することにより求めることができる。通信部３０３は、状態検出部３０２から取得した検出データを電池データとしてＢＭＵ７（図１参照）に送信する。
次に、再び図１に戻り、引き続いて電力連系システムの構成について説明する。蓄電池２の各電池単位３の両端に、対応するスイッチ４を介して、対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端が接続される。さらに、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力端に、対応する発電量検出部ＰＧＤを介して、対応する太陽電池６が接続される。すなわち、蓄電池２の電池単位３＿＃ｋの両端に、スイッチ４＿＃ｋを介して、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５＿＃ｋの出力端が接続され、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５＿＃ｋの入力端に発電量検出部ＰＧＤ＿＃ｋを介して太陽電池６＿＃ｋが接続される（ｋは８以下の自然数）。片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５としては、例えば図３に示すスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コイルＬ１、及びコンデンサＣ１によって構成される片方向非絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。なお、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５に対して太陽電池６が個別に設けられているため、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力側と出力側とを絶縁する必要はなく、また、片方向非絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに比べて片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの方が低コスト化及び小型化の要求に対して不利になるが、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５に片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いても構わない。
ＢＭＵ７は、蓄電池２との間で通信を行い、蓄電池２内の各電池単位３＿＃１〜３＿＃８の状態を監視するとともに、蓄電池２内の各電池単位３＿＃１〜３＿＃８の状態を制御部８に送信する。
制御部８は、各発電量検出部ＰＧＤから検出結果を受け取ることで各太陽電池６の発電量を監視し、各太陽電池６の発電量と、蓄電池２内の各電池単位３＿＃１〜３＿＃８の状態と、外部からの充放電要求とに基づいて、双方向インバータ１の動作、スイッチ４のＯＮ／ＯＦＦ、及び片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作を制御する。以下、制御部８の制御内容について説明する。なお、以下の説明では、各部や電力供給ラインでの電力損失が無いものとする。
＜第１の放電制御＞
外部から放電要求を受信し、且つ、各太陽電池６が発電していない場合、制御部８は第１の放電制御を実行する。制御部８による第１の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＦＦ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は全て動作を停止する。その結果、図４に示すように、蓄電池２のみから電力が出力される。
外部から放電要求を受信し、且つ、各太陽電池６が発電していない場合、制御部８は第１の放電制御を実行する。制御部８による第１の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＦＦ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は全て動作を停止する。その結果、図４に示すように、蓄電池２のみから電力が出力される。
＜第２の放電制御＞
外部から放電要求を受信し、且つ、各太陽電池６の合計発電量が放電要求の放電量に満たない場合、制御部８は第２の放電制御を実行する。制御部８による第２の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、図５に示すように、蓄電池２と太陽電池６の両方から電力が出力される。
外部から放電要求を受信し、且つ、各太陽電池６の合計発電量が放電要求の放電量に満たない場合、制御部８は第２の放電制御を実行する。制御部８による第２の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、図５に示すように、蓄電池２と太陽電池６の両方から電力が出力される。
＜第３の放電制御＞
外部から放電要求を受信し、且つ、各太陽電池６の合計発電量と放電要求の放電量が一致する場合、制御部８は第３の放電制御を実行する。制御部８による第３の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、各太陽電池６の合計発電量だけで放電要求の放電量が賄えるので、図６に示すように、太陽電池６のみから電力が出力され、蓄電池２は出力を休止する。なお、各太陽電池６の合計発電量が放電要求の放電量を上回る場合には、太陽電池６の発電電力の一部が、蓄電池２の充電に使用されることになる。
外部から放電要求を受信し、且つ、各太陽電池６の合計発電量と放電要求の放電量が一致する場合、制御部８は第３の放電制御を実行する。制御部８による第３の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、各太陽電池６の合計発電量だけで放電要求の放電量が賄えるので、図６に示すように、太陽電池６のみから電力が出力され、蓄電池２は出力を休止する。なお、各太陽電池６の合計発電量が放電要求の放電量を上回る場合には、太陽電池６の発電電力の一部が、蓄電池２の充電に使用されることになる。
＜第４の放電制御＞
外部から放電要求を受信し、且つ、蓄電池２の直列バランシングを行う場合、制御部８は第４の放電制御を実行する。制御部８による第４の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応するスイッチ４はＯＮ状態になり、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応するスイッチ４はＯＦＦ状態になり、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作し、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、動作を停止する。その結果、図７に示すように、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３（図７では、電池単位３＿＃１及び３＿＃８が該当）の放電量が、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３の放電量より少なくなるので、蓄電池２の直列バランシングが実現できる。なお、ＳＯＣは、満充電容量（ＦＣＣ：Full Charge Capacity）に対する残容量（放電可能容量）の比を百分率で表したパラメータである。
外部から放電要求を受信し、且つ、蓄電池２の直列バランシングを行う場合、制御部８は第４の放電制御を実行する。制御部８による第４の放電制御に従って、双方向インバータ１はＤＣ電力をＡＣ電力に変換する動作を行い、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応するスイッチ４はＯＮ状態になり、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応するスイッチ４はＯＦＦ状態になり、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作し、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、動作を停止する。その結果、図７に示すように、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３（図７では、電池単位３＿＃１及び３＿＃８が該当）の放電量が、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３の放電量より少なくなるので、蓄電池２の直列バランシングが実現できる。なお、ＳＯＣは、満充電容量（ＦＣＣ：Full Charge Capacity）に対する残容量（放電可能容量）の比を百分率で表したパラメータである。
蓄電池２の直列バランシングを行うタイミングとしては、例えば定期的に行うようにしてもよく、また例えば電池単位３のＳＯＣバラツキが閾値を超えた場合に行うようにしてもよい。
制御部８が実行する第４の放電制御によると、蓄電池２の直列バランシングを実行するときに、複数の電池単位の放電量を同時に減少させることができるので、蓄電池２の直列バランシングを効率良く行うことができる。また、双方向インバータ１に直列接続される電池単位３の数が減少することがないため、双方向インバータ１が蓄電池２から受け取るＤＣ電圧の範囲が幅広くならない。これにより、双方向インバータ１での対応が容易になる。
＜第１の充電制御＞
外部から充電要求を受信し、且つ、各太陽電池６が発電していない場合、制御部８は第１の充電制御を実行する。制御部８による第１の充電制御に従って、双方向インバータ１はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＦＦ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は全て動作を停止する。その結果、図８に示すように、電力系統１００から出力される電力のみによって蓄電池２が充電される。
外部から充電要求を受信し、且つ、各太陽電池６が発電していない場合、制御部８は第１の充電制御を実行する。制御部８による第１の充電制御に従って、双方向インバータ１はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＦＦ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は全て動作を停止する。その結果、図８に示すように、電力系統１００から出力される電力のみによって蓄電池２が充電される。
＜第２の充電制御＞
外部から充電要求を受信し、且つ、各太陽電池６の合計発電量と充電要求の充電量との和が蓄電池２の許容充電量を超えない場合、制御部８は第２の充電制御を実行する。制御部８による第２の充電制御に従って、双方向インバータ１はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、図９に示すように、電力系統１００から出力される電力と太陽電池６から出力される電力の両方によって蓄電池２が充電される。
外部から充電要求を受信し、且つ、各太陽電池６の合計発電量と充電要求の充電量との和が蓄電池２の許容充電量を超えない場合、制御部８は第２の充電制御を実行する。制御部８による第２の充電制御に従って、双方向インバータ１はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する動作を行い、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、図９に示すように、電力系統１００から出力される電力と太陽電池６から出力される電力の両方によって蓄電池２が充電される。
＜第３の充電制御＞
外部からの充電要求がなく、且つ、各太陽電池６の合計発電量が蓄電池２の許容充電量を超えない場合、制御部８は第３の充電制御を実行する。制御部８による第３の充電制御に従って、双方向インバータ１は動作を停止し、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、図１０に示すように、太陽電池６から出力される電力のみによって蓄電池２が充電される。なお、各太陽電池６の合計発電量が蓄電池２の許容充電量を上回る場合、負荷２００への出力が許容されれば、例えば双方向インバータ１がＤＣ電力をＡＣ電力に変換するように動作して太陽電池６の発電電力の一部を負荷２００に出力すればよく、また、負荷２００への出力が許容されなければ、例えば太陽電池６の動作点を最大出力動作点からずらして各太陽電池６の合計発電量を減少させるとよい。
外部からの充電要求がなく、且つ、各太陽電池６の合計発電量が蓄電池２の許容充電量を超えない場合、制御部８は第３の充電制御を実行する。制御部８による第３の充電制御に従って、双方向インバータ１は動作を停止し、各スイッチ４は全てＯＮ状態になり、各片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作する。その結果、図１０に示すように、太陽電池６から出力される電力のみによって蓄電池２が充電される。なお、各太陽電池６の合計発電量が蓄電池２の許容充電量を上回る場合、負荷２００への出力が許容されれば、例えば双方向インバータ１がＤＣ電力をＡＣ電力に変換するように動作して太陽電池６の発電電力の一部を負荷２００に出力すればよく、また、負荷２００への出力が許容されなければ、例えば太陽電池６の動作点を最大出力動作点からずらして各太陽電池６の合計発電量を減少させるとよい。
＜第４の充電制御＞
外部から充電要求を受信し、且つ、蓄電池２の直列バランシングを行う場合、制御部８は第４の充電制御を実行する。制御部８による第４の充電制御に従って、双方向インバータ１はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する動作を行い、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応するスイッチ４はＯＮ状態になり、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応するスイッチ４はＯＦＦ状態になり、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作し、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、動作を停止する。その結果、図１１に示すように、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３（図１１では、電池単位３＿＃１及び３＿＃８が該当）の充電量が、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３の充電量より多くなるので、蓄電池２の直列バランシングが実現できる。なお、蓄電池２の直列バランシングは、例えば定期的に行うようにしてもよく、また例えば電池単位３のＳＯＣバラツキが閾値を超えた場合に行うようにしてもよい。
外部から充電要求を受信し、且つ、蓄電池２の直列バランシングを行う場合、制御部８は第４の充電制御を実行する。制御部８による第４の充電制御に従って、双方向インバータ１はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する動作を行い、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応するスイッチ４はＯＮ状態になり、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応するスイッチ４はＯＦＦ状態になり、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、出力電圧が対応する電池単位３の電圧と一致し、入力電圧が対応する太陽電池６の最大出力動作点電圧と一致するように動作し、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３に対応する片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、動作を停止する。その結果、図１１に示すように、ＳＯＣが所定値より低い電池単位３（図１１では、電池単位３＿＃１及び３＿＃８が該当）の充電量が、ＳＯＣが所定値以上である電池単位３の充電量より多くなるので、蓄電池２の直列バランシングが実現できる。なお、蓄電池２の直列バランシングは、例えば定期的に行うようにしてもよく、また例えば電池単位３のＳＯＣバラツキが閾値を超えた場合に行うようにしてもよい。
制御部８が実行する第４の充電制御によると、蓄電池２の直列バランシングを実行するときに、複数の電池単位を同時に充電することができるので、蓄電池２の直列バランシングを効率良く行うことができる。また、双方向インバータ１に直列接続される電池単位３の数が減少することがないため、双方向インバータ１から蓄電池２に供給されるＤＣ電圧の範囲が幅広くならない。これにより、双方向インバータ１での対応が容易になる。
＜＜第２実施形態＞＞
本発明の第２実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１２に示す。なお、図１２において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の説明で述べた種々の変形例については適宜本実施形態に適用することができる。
本発明の第２実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１２に示す。なお、図１２において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の説明で述べた種々の変形例については適宜本実施形態に適用することができる。
本発明の第２実施形態に係る電力連系システムは、本発明の第１実施形態に係る電力連系システムから片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５＿＃１〜５＿＃８を取り除き、その代わりに片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９＿＃１〜９＿＃８を設け、さらに、８個の太陽電池６＿＃１〜６＿＃８と８個の発電量検出部ＰＧＤ＿＃１〜ＰＧＤ＿＃８を取り除き、その代わりに１つの太陽電池６と１つの発電量検出部ＰＧＤを設け、片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９＿＃１〜９＿＃８の各入力端を共通接続して１つの発電量検出部ＰＧＤを介して１つの太陽電池６に接続した構成である。なお、本発明の第２実施形態に係る電力連系システムで用いられる１つの太陽電池６の定格出力は、本発明の第１実施形態に係る電力連系システムで用いられる８個の太陽電池６＿＃１〜６＿＃８の合計定格出力と同等にすればよい。
以下の説明では、片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９＿＃１〜９＿＃８について、個々の区分けが不要な場合は片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９と称することがある。また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、電池単位３、スイッチ４、片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９の各個数を８個としたが、８個は例示であるので他の値であってもよい。
各片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９＿＃１〜９＿＃８の入力電圧（＝太陽電池６の出力電圧）は共通であるのに対して、各片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９＿＃１〜９＿＃８の出力電圧の電位がそれぞれ異なるため、本実施形態では、片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの代わりに片方向非絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることはできない。片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９としては、例えば図１３に示す絶縁トランスＴ１と、絶縁トランスＴ１の高圧巻線側に設けられるコンデンサＣ２、ダイオードＤ２、及びスイッチング素子Ｑ２と、絶縁トランスＴ１の低圧巻線側に設けられるダイオードＤ３、ダイオードＤ４、コイルＬ２、及びコンデンサＣ３とによって構成される片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。
制御部８の放電制御及び充電制御については、第１実施形態における制御部８の第１〜第４放電制御及び第１〜第４充電制御と略同一であるため、説明を省略する。
＜＜第３実施形態＞＞
本発明の第３実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１４に示す。なお、図１４において図１及び図１２と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、第１実施形態及び第２実施形態の説明で述べた種々の変形例については適宜本実施形態に適用することができる。
本発明の第３実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１４に示す。なお、図１４において図１及び図１２と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、第１実施形態及び第２実施形態の説明で述べた種々の変形例については適宜本実施形態に適用することができる。
本発明の第３実施形態に係る電力連系システムは、本発明の第２実施形態に係る電力連系システムから太陽電池６と発電量検出部ＰＧＤを取り除き、その代わりに外部ＤＣ電力入力部１０と外部ＤＣ電力入力部１０が受け取る外部電力を検出する外部電力検出部ＯＰＤを設けた構成である。外部ＤＣ電力入力部１０としては、例えば、外部からのＤＣ電力を受け取る外部ＤＣ電力入力端子が挙げられる。
また、本実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、電池単位３、スイッチ４、片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９の各個数を８個としたが、８個は例示であるので他の値であってもよい。
制御部８の放電制御及び充電制御については、第１実施形態における制御部８の第１〜第４放電制御及び第１〜第４充電制御と略同一であるため、詳細な説明を省略する。第１実施形態及び第２実施形態と異なり太陽電池を用いていないため、太陽電池の最大出力動作点制御を行わないので、片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ９の入力電圧の値は、外部ＤＣ電力入力部１０が入力するＤＣ電力の電圧値と一致する。
＜＜第４実施形態＞＞
本発明の第４実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１５に示す。なお、図１５において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の説明で述べた種々の変形例については適宜本実施形態に適用することができる。
本発明の第４実施形態に係る電力連系システムの概略構成を図１５に示す。なお、図１５において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の説明で述べた種々の変形例については適宜本実施形態に適用することができる。
本発明の第４実施形態に係る電力連系システムは、本発明の第１実施形態に係る電力連系システムに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を追加した構成である。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は双方向インバータ１と蓄電池２との間に設けられる。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の構成としては、例えば、２つの片方向ＤＣ／ＤＣコンバータを互いに逆方向になるように並列に配設する回路構成が挙げられる。
また、本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様に、電池単位３、スイッチ４、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５、発電量検出部ＰＧＤの各個数を８個としたが、８個は例示であるので他の値であってもよい。
制御部８の放電制御及び充電制御については、第１実施形態における制御部８の第１〜第４放電制御及び第１〜第４充電制御と略同一であるため、詳細な説明を省略する。
＜＜その他＞＞
上述した第１、第２、第４実施形態では太陽電池を用いたが、太陽電池の代わりに風力発電装置や燃料電池等の他の発電装置を用いても構わない。なお、他の発電装置としてＡＣ電力を出力する発電装置を用いる場合には、片方向ＤＣ／ＤＣコンバータの代わりに片方向ＡＣ／ＤＣインバータを用いるようにすればよい。
上述した第１、第２、第４実施形態では太陽電池を用いたが、太陽電池の代わりに風力発電装置や燃料電池等の他の発電装置を用いても構わない。なお、他の発電装置としてＡＣ電力を出力する発電装置を用いる場合には、片方向ＤＣ／ＤＣコンバータの代わりに片方向ＡＣ／ＤＣインバータを用いるようにすればよい。
また、上述した第３実施形態では外部ＤＣ電力入力部を用いたが、外部ＤＣ電力入力部の代わりに外部ＡＣ電力入力部を用い、片方向ＤＣ／ＤＣコンバータの代わりに片方向ＡＣ／ＤＣインバータを用いても構わない。
また、上述した第１〜第４実施形態では片方向ＤＣ／ＤＣコンバータに片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、例えば第１実施形態の構成において電池単位３の電圧の方が太陽電池６の最大出力動作点電圧よりも高い設定にする場合等には、片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの代わりに片方向昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いるようにすればよい。
また、上述した第１〜第４実施形態ではスイッチを設けているが、片方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＮ／ＯＦＦすることで、原理的には電池単位への片方向ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の印加をＯＮ／ＯＦＦすることができるので、スイッチを設けない構成にしてもよい。
１ 双方向インバータ
２ 蓄電池
３＿＃１〜３＿＃８ 電池単位
４＿＃１〜４＿＃８ スイッチ
５＿＃１〜５＿＃８ 片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
６＿＃１〜６＿＃８ 太陽電池
７ ＢＭＵ
８ 制御部
９＿＃１〜９＿＃８ 片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００ 電力系統
２００ 負荷
３０１ 電池ブロック
３０２ 状態検出部
３０３ 通信部
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
ＯＰＤ 外部電力検出部
ＰＧＤ＿＃１〜ＰＧＤ＿＃８ 発電量検出部
Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子
Ｔ１ 絶縁トランス
２ 蓄電池
３＿＃１〜３＿＃８ 電池単位
４＿＃１〜４＿＃８ スイッチ
５＿＃１〜５＿＃８ 片方向降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
６＿＃１〜６＿＃８ 太陽電池
７ ＢＭＵ
８ 制御部
９＿＃１〜９＿＃８ 片方向絶縁型降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００ 電力系統
２００ 負荷
３０１ 電池ブロック
３０２ 状態検出部
３０３ 通信部
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
ＯＰＤ 外部電力検出部
ＰＧＤ＿＃１〜ＰＧＤ＿＃８ 発電量検出部
Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子
Ｔ１ 絶縁トランス
Claims (7)
- 発電部又は外部電力入力部と、
複数の電池単位が直列接続されている蓄電池と、
複数の前記電池単位と１対１対応する複数の片方向電力変換器とを備え、
前記片方向電力変換器が、前記発電部又は前記外部電力入力部から受け取った電力を変換する電力変換器であり、
前記片方向電力変換器の出力端が、対応する前記電池単位の両端に接続されることを特徴とする電力連系システム。 - 電力系統と前記蓄電池との間に設けられる双方向電力変換器を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力連系システム。
- 制御部を備え、
前記制御部が、
複数の前記電池単位の一部において、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加され、
複数の前記電池単位の残りにおいて、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加されないようにして、
前記電池単位間のＳＯＣ差を少なくするための前記蓄電池の直列バランシングを行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力連系システム。 - 前記制御部が、
ＳＯＣが所定値より低い前記電池単位を、複数の前記電池単位の一部に分類し、
ＳＯＣが前記所定値以上である前記電池単位を、複数の前記電池単位の残りに分類することを特徴とする請求項３に記載の電力連系システム。 - 複数の前記電池単位と１対１対応する複数のスイッチを備え、
前記スイッチが、対応する前記電池単位と、対応する前記片方向電力変換器との間に設けられ、
前記制御部が、
複数の前記電池単位の一部において、対応する前記スイッチがＯＮ状態になり、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加され、
複数の前記電池単位の残りにおいて、対応する前記スイッチがＯＦＦ状態になり、前記電池単位の両端に、対応する前記片方向電力変換器の出力電圧が印加されないようにして、
前記電池単位間のＳＯＣ差を少なくするための前記蓄電池の直列バランシングを行うことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電力連系システム。 - 複数の前記片方向電力変換器の各入力端がそれぞれ分離されており、前記片方向電力変換器が非絶縁型電力変換器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力連系システム。
- 複数の前記片方向電力変換器の各入力端が共通接続されており、前記片方向電力変換器が絶縁型電力変換器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力連系システム。
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