JP2015097444A - 電圧制御装置、電圧制御方法、及び電圧制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】停電により蓄電池の電圧降下が起こった後に、停電回復した際に蓄電池に対する大容量の電流が流れてしまうことを防止することを目的とする。
【解決手段】コントローラ１１は、蓄電池１３又は、交流の商用電源１０を直流に変換する整流器１２から負荷１４へ電力供給する電圧制御システム１を制御するコントローラ１１は、停電発生検出部２１が停電発生を検出し、バス電圧検出部２２がバス電圧を検出し、停電発生検出部２１により、停電が検出された後、バス電圧検出部２２により検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、整流器制御部２３が整流器１２の電圧設定を下げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧制御装置、電圧制御方法、及び電圧制御システムに関する。

一般的に、通信設備は商用電源が停電した際のバックアップとして蓄電池を備えている。従来から実績があり、安価に入手できる鉛蓄電池を蓄電池として採用している。ここで、図７に蓄電池を備えた通信設備の例を示す。図７（Ａ）は、鉛蓄電池である蓄電池５３を備えたシステムの構成図である。停電が発生していない状況では、整流器５２が交流の商用電源５０を直流に変換した後、負荷５４（例えば、通信設備等）に電力を供給すると同時に、蓄電池５３に常時充電（フロート充電）を行っている。停電した際には整流器５２からの電力供給は途絶えるが，負荷５４に接続された蓄電池５３から電力が供給される。上述のような技術として、特許文献１に記載のような技術がある。

特開２０１２−２９４２２号公報

ところで、大きな通信設備に必要とされる大容量の鉛蓄電池は重くかつ大きくなることが避けられないため、設置可能な場所や施工に課題がある。さらに、鉛蓄電池には、有害物質を大量に含むことから代替品への置き換えが求められている。そこで近年進化の著しいリチウムイオン電池など新型の蓄電池に注目が集まっており、例えば、電気自動車など他分野においては高性能なリチウムイオン蓄電池を採用した製品が開発されている。

図７（Ｂ）にリチウムイオン蓄電池６３を備えたシステム構成図を示す。従来、リチウムイオン蓄電池６３は，図７（Ｂ）に示すように、充放電回路６６（もしくは充電回路）を設け，適切な大きさの電流で充電制御ができるように構成されている。このとき充電の方法として，ＣＣ／ＣＶ制御といわれる定電流定電圧充電の方法が広く用いられている。

しかしながら、リチウムイオン蓄電池に充放電回路もしくは充電回路を設けて充電制御を行う場合には設備コストの上昇要因となる。そのため、鉛蓄電池同様に、充放電回路もしくは充電回路を省略することが考えられるが、充電回路を省略し、リチウムイオン蓄電池を鉛蓄電池の代わりとして単純に置き換えて設備を構成することは、以下に説明するように危険を伴う場合がある。

まず、図８にリチウムイオン蓄電池の放電特性の例を示す。縦軸が蓄電池電圧を示し、横軸が放電容量を示す。曲線Ｌ１の左端が満充電の状態を示し、右端が放電の終わった空の状態を示している。蓄電池は放電が進む（放電容量が増える）にともない蓄電池電圧が降下していく。完全な満充電状態や、空の状態は、蓄電池の劣化促進の要因となるため、両端を除く一定の範囲内（図８の例では充電電圧５４Ｖから放電終止電圧４４Ｖの間）で放電する。例えば、図７（Ｂ）に示したリチウムイオン蓄電池６３を備えたシステムにおいて，停電した際には、リチウムイオン蓄電池６３から負荷６４に電力が供給されるため、時間の経過と共に蓄電池電圧が充電電圧（５４Ｖ）から順次降下していく。図９（Ａ）に停電時におけるリチウムイオン蓄電池６３の電圧変化を示すグラフを示し、図９（Ｂ）に停電回復時におけるリチウムイオン蓄電池６３の電圧変化を示すグラフを示す。図９（Ａ）に示すように、ある時間が経過した後、矢印Ａ１方向に電圧が降下した結果、停電が回復するときの蓄電池電圧が仮に４９Ｖであった場合、充電電圧５４Ｖとの差は５Ｖあることになる。停電時には、図９（Ａ）に示す矢印方向Ａ１に蓄電池電圧が変化し、停電回復後には、図９（Ｂ）に示す矢印方向Ａ２に蓄電池電圧が変化する。すなわち、電圧は、４９Ｖから上昇する。

蓄電池が鉛蓄電池５３である場合において、鉛蓄電池５３の内部抵抗４０ｍΩ（＝０．０４Ω）及び配線の抵抗（３ｍΩ＝０．００３Ω： 断面積６０ｍｍ^２、配線長５m,銅の固有抵抗０．０１７８Ω・mm^２／ｍのとき）合計が４３mΩとなる構成であれば，突然に充電電圧５４Vを蓄電池に対して印加しても，電位差／抵抗で５/０．０４３＝１１６Aの充電電流となり，図９（Ａ）、図９（Ｂ）の例に示す６３６Ahの電池に対しては充電レートが１１６／６３６=約０．２Cで特に問題は生じない。ところが、蓄電池がリチウムイオン蓄電池６３の場合には、内部抵抗がたとえば０．１mΩと低く、同条件で、蓄電池及び配線の抵抗の合計は３．１mΩであり、電位差／抵抗で５／０．００３１＝１６１３Aの充電電流となり、リチウムイオン電池６３に大容量の電流が流れてしまうことになる。この結果、充電レートが１６１３／６３６＝約２．５Ｃにも達することになる。蓄電池の仕様を超える場合には加熱・発火の危険がある。仮に蓄電池が耐える場合でも先の配線断面積６０ｍｍ^２はおよそ２００Aまでの電流が許容されるため、配線が焼損する危険がある。

また、もし１６１３Ａに耐えるよう断面積２５０ｍｍ^２の配線を３本使う場合には、配線抵抗が０．２mΩに低下し，リチウムイオン蓄電池６３及び配線の抵抗の合計は０．３mΩであるから、充電電流は５／０．０００３=１６６６７Ａとなり、さらに配線を巨大にする必要が生じるばかりか算出される充電レートは蓄電池にとって現実的な値ではない。

なお、通常の整流器は垂下特性を有し、仮に２００Ａまで供給可能な整流器であれば、それを超える電流については、電圧を下げる工夫がされており、１６１３Ａを供給しようとする前には電力供給が途絶えるよう保護回路が内蔵されている。そのため、停電が回復すると同時に整流器は一旦電力供給しようとするが，その後直ちに過電流により、停止してしまう。

あるいはいずれかの時点で、整流器より先に蓄電池側の保護回路の作動やヒューズ断によって、蓄電池が切り離され、その後はバックアップの役割を果たさなくなってしまう。場合によっては、蓄電池の保護回路作動前に、装置の破損が考えられる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、停電により蓄電池の電圧降下が起こった後に、停電回復した際に蓄電池に対する大容量の電流が流れてしまうことを防止することを目的とする。

本発明に係る電圧制御装置は、交流の商用電源を直流に変換する整流器と、整流器からの直流により充電が可能な蓄電池とを制御する電圧制御装置であって、停電発生を検出する停電発生検出手段と、整流器と蓄電池とを接続するバスの電圧であるバス電圧を検出するバス電圧検出手段と、停電発生検出手段により、停電が検出された後に、バス電圧検出手段により検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、整流器の出力電圧設定を下げる整流器制御手段と、を備える。

また、本発明に係る電圧制御方法は、交流の商用電源を直流に変換する整流器と、整流器からの直流により充電が可能な蓄電池とを制御する電圧制御方法であって、停電発生を検出する停電発生検出ステップと、整流器と蓄電池とを接続するバスの電圧であるバス電圧を検出するバス電圧検出ステップと、停電発生検出ステップにより、停電が検出された後、バス電圧検出ステップにより検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、整流器の出力電圧設定を下げる整流器制御ステップと、を備える。

また、本発明に係る電圧制御システムは、交流の商用電源を直流に変換する整流器と、整流器からの直流により充電が可能な蓄電池と、蓄電池と整流器とを制御する電圧制御装置と、を備える電圧制御システムであって、電圧制御装置は、停電発生を検出する停電発生検出手段と、整流器と蓄電池とを接続するバスの電圧であるバス電圧を検出するバス電圧検出手段と、停電発生検出手段により、停電が検出された後、バス電圧検出手段により検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、整流器の出力電圧設定を下げる整流器制御手段と、を備える。

このような電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御システムでは、停電を検出した際に、バス電圧（蓄電池電圧）の降下に合わせて整流器の出力電圧設定を下げる。この結果、蓄電池の放電による電圧降下が起こっている状況でもバス電圧と整流器の出力電圧との差を一定値に保つことができ、商用電力の停電が回復した場合でも蓄電池に対して大電流が流れてしまうことを防止することができる。また、蓄電池や配線の破損、あるいは、蓄電池の保護動作による切り離しがなされることを防止することができる。

本発明に係る電圧制御装置では、バス電圧検出手段は、バス電圧を検出した後、バス電圧の変化度合いに基づいた待機時間が経過した後に、再度バス電圧を検出してもよい。この構成によれば、バス電圧の変化度合いに基づいて待機時間を設けているので、電圧制御装置のバス電圧検出手段の動作頻度を最小限に留めることができる。

本発明に係る電圧制御装置では、バス電圧検出手段が検出したバス電圧が、蓄電池の放電終了時の電圧を示す放電終止電圧を上回っていない場合、電圧制御装置の電力使用を停止する電力使用停止手段をさらに備える。このように、蓄電池の放電による電圧降下が行き過ぎて蓄電池の終止電圧未満となり、過放電や蓄電池の損傷が発生してしまうことを防ぐことができる。

本発明に係る電圧制御装置では、停電回復を検知する停電回復検知手段をさらに備え、整流器制御手段は、停電回復検知手段により停電回復が検知された場合、停電回復後におけるバス電圧に基づいて整流器の出力電圧設定を上げるようにしてもよい。この構成によれば、バス電圧の上昇度合いに応じて整流器の出力電圧を停電時前の電圧に復帰させることができる。

本発明に係る電圧制御装置では、電圧制御装置は、太陽光発電装置と接続し、太陽光発電装置に基づいた出力電圧を検出する太陽光発電電圧検出手段と、バス電圧検出手段がバス電圧を検出した結果、バス電圧が所定値下がった場合に、整流器制御手段による整流器の出力電圧設定に基づいて、太陽光発電の出力電圧設定を下げる太陽光発電制御手段と、をさらに備え、バス電圧検出手段は、太陽光発電電圧検出手段により検出された出力電圧に基づいて、バス電圧を検出するタイミングを決定するようにしてもよい。この構成によれば、太陽光発電装置を備えるシステムでも、太陽光発電装置の出力電圧の影響度合いを考慮してバス電圧を検出するので、太陽光発電装置の出力電圧により、バス電圧が誤検出されてしまうことを防止することができる。

本発明に係る電圧制御装置では、停電回復を検知する停電回復検知手段と、太陽光発電装置を停止する太陽光発電停止制御手段と、をさらに備え、整流器制御手段は、停電回復検知手段により停電回復が検知された場合、太陽光発電停止制御手段により、太陽光発電装置が停止された後のバス電圧に基づいて整流器の出力電圧設定を上げ、太陽光発電制御手段は、停電回復後の整流器の出力電圧設定に基づいて、太陽光発電装置の出力電圧設定を上げるようにしてもよい。この場合、太陽光発電装置を一時停止してから、バス電圧を検出しているので、太陽光発電装置による出力電圧の影響を受けることなく、バス電圧を検出することができ、当該バス電圧に基づいて太陽光発電装置の出力電圧設定を停電前に戻すことができる。

本発明によれば、停電により蓄電池の電圧降下が起こった後に、停電回復した際に蓄電池に対する大容量の電流が流れてしまうことを防止することができる。

本発明の実施形態に係るシステムの構成を示す図である。 コントローラ１１のハード構成を示す図である。 ＰＶ１５やパワーコンバータ１６が動作していない場合の構成による電圧制御を示す図である。 ＰＶ１５やパワーコンバータ１６が動作している場合の構成による電圧制御を示す図である。 停電時の処理のシーケンス図である。 停電回復時の処理のシーケンス図である。 従来の電源システムの電圧制御を示す図である。 蓄電池の放電特性を示す図である。 停電時、停電回復後の電圧変化を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（電圧制御システムの全体構成）
まず、本実施形態に係る電圧制御システム１のシステム全体の構成について、図１を用いて説明する。図１は、電圧制御システム１全体の構成の概略を説明するための構成図である。

電圧制御システム１は、商用電源１０と、コントローラ１１（電圧制御装置）と、交流の商用電源１０を直流に変換する整流器１２と、整流器１２からの直流により充電が可能な蓄電池１３（例えば、リチウムイオン蓄電池）と、負荷１４と、太陽光発電装置であるＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）１５と、ＤＣ−ＤＣ変換器を有するパワーコンバータ１６を備えて構成されている。そして、整流器１２と蓄電池１３と負荷１４とは、バス１８により接続されている。また、ＰＶ１５の出力は高圧直流であるので、ＰＶ１５は、パワーコンバータ１６が必要に応じて低電圧化するためにパワーコンバータ１６を経由してバス１８に接続される。

コントローラ１１は、整流器１２、蓄電池１３、及びパワーコンバータ１６を制御する制御装置として機能する。具体的には、コントローラ１１は、整流器１２からバス１８の電圧であるバス電圧を検出し、検出したバス電圧が所定値分下降した場合、その下降分に合わせて整流器１２の電圧を下げる。コントローラ１１は、停電発生検出部２１（停電発生検出手段）、バス電圧検出部２２（バス電圧検出手段）、整流器制御部２３（整流器制御手段）、太陽光発電電圧検出部２４（太陽光発電電圧検出手段）、太陽光発電制御部２５（太陽光発電制御手段）、太陽光発電停止制御部２６（太陽光発電停止制御手段）、電力使用停止部２７（電力使用停止手段）、及び停電回復検知部２８（停電回復検知手段）を含んで構成される。

コントローラ１１のハードウェア構成を図２に示す。コントローラ１１は、図２に示すように、１又は複数のＣＰＵ１１１、主記憶装置であるＲＡＭ１１２及びＲＯＭ１１３、入力デバイスであるキーボード、マウス、及びプッシュボタン等の入力装置１１４、ディスプレイ等の出力装置１１５、外部装置とのデータ送受信が可能なデバイスである通信装置１１６、半導体メモリ等の補助記憶装置１１７などを含む制御システムとして構成されている。コントローラ１１は、図２に示すＣＰＵ１１１、ＲOＭ１１３等のハードウェア上に予め記録された所定のコンピュータソフトウェアにより、ＣＰＵ１１１の制御のもとで入力装置１１４、出力装置１１５、通信装置１１６を動作させるとともに、ＲＡＭ１１２や補助記憶装置１１７におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。なお、コントローラ１１は、上記全ての構成要素を備えている必要はなく、簡易な構成の情報処理装置でもよい（例えば、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、ＲOＭ１１３、通信装置１１６、及び入力装置１１４（プッシュボタン）を備える情報処理装置）。

図１に戻り、停電発生検出部２１は、停電発生を検出する。具体的に、停電発生検出部２１は、整流器１２に通信し、整流器１２から出力される、停電発生を示す接点信号を取得することにより停電発生を検出する。

バス電圧検出部２２は、バス１８の電圧であるバス電圧を検出する。具体的には、バス電圧検出部２２は、整流器１２に対して、バス電圧と同等となる整流器１２の出力電圧の取得要求をして、整流器１２から出力電圧を取得することによりバス電圧を検出する。また、バス電圧検出部２２は、一度バス電圧を検出した後、バス電圧の変化度合い（例えば、図９（Ａ）に示した曲線Ｌ１の傾き）に基づいた待機時間が経過した後に、再度バス電圧を検出する。

なお、蓄電池１３の放電特性と残容量とから電圧変化を参照したり、あるいは、一定時間毎のバス電圧測定により放電速度（ｄＶ／ｄｔ）を計算したりすることで、待機時間の長さを動的に変えるようにしてもよい。この場合、放電により緩やかな電圧変化となっている間は待機時間を長くすることで、一定の待機時間よりもコントローラ１１の処理負荷をさらに減らすことになる。

整流器制御部２３は、停電発生検出部２１によって停電が検出された後に、バス電圧検出部２２がバス電圧を検出した結果、当該バス電圧が所定値下がった場合に、整流器１２の出力電圧設定を下げる。整流器制御部２３は、この処理を繰り返すことにより、順次整流器１２の出力電圧設定を下げる。これにより、コントローラ１１は、蓄電池１３の電圧降下に合わせて、整流器１２の出力電圧設定を下げることができる。整流器制御部２３は、整流器１２の出力電圧設定を下げる処理として、整流器１２へ出力電圧設定値を下げる旨の命令を通知する。

また、整流器制御部２３は、停電回復検知部２８により、停電回復が検知された後に、停電回復処理として、停電回復検知後における、バス電圧検出部２２によって検出されたバス電圧に基づいて、整流器１２の出力電圧設定を上げる。さらに、整流器制御部２３は、上記バス電圧に基づいた停電回復処理後に、蓄電池１３の充電電流状況を蓄電池１３から取得し、充電電流状況に基づいて、整流器１２の出力電圧設定を上げる。整流器制御部２３は、整流器１２の出力電圧設定を上げる処理として、整流器１２へ出力電圧設定値を上げる旨の命令を通知する。

太陽光発電電圧検出部２４は、ＰＶ１５に基づいた出力電圧を検出する。ＰＶ１５による出力電圧は、パワーコンバータ１６の入力電圧と同じ電圧である。これに基づいて、太陽光発電電圧検出部２４は、パワーコンバータ１６に対してパワーコンバータ１６の入力電圧の取得要求をし、パワーコンバータ１６からＰＶ１５の出力電圧を取得することにより、ＰＶ１５に基づいた出力電圧を検出する。

太陽光発電制御部２５は、バス電圧検出部２２によって検出されたバス電圧が、過去に検出されたバス電圧より所定値下がった場合に、整流器制御部２３による整流器１２の出力電圧設定に基づいて、太陽光発電の出力電圧設定を下げる。なお、太陽光発電制御部２５は、太陽光発電の出力電圧設定を、整流器制御部２３による整流器１２の出力電圧設定よりも高く設定してもよい。整流器１２の出力電圧設定よりも高く設定するための値Ｖ_ｐｖ（正の任意の値）をコントローラ１１が保持している。このＶ_ｐｖは、固定値であってもよく、所定のパラメータ（例えば、ＰＶ１５の規模）により動的に定まる値でもよい。

太陽光発電停止制御部２６は、ＰＶ１５の出力が一定の閾値を超える場合、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の使用を停止させる。具体的には、太陽光発電停止制御部２６は、通信を介してＰＶ１５やパワーコンバータ１６へ停止命令を送信することにより、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の使用を停止させる。

電力使用停止部２７は、コントローラ１１の電力使用を停止させる。電力使用停止部２７は、例えば、長時間スリープモードの実行に応じて電力使用を停止させる。ここで、長時間スリープモードとは，コントローラ１１や整流器１２で電力使用を停止するモードである。例えば、バス電圧が、予め定められている放電終止電圧（バス電圧が蓄電池１３の放電終了時の電圧であり、蓄電池１３がこれ以上放電すると蓄電池１３の故障に繋がる電圧）に達した場合に、電力使用停止部２７が長時間スリープモードを実行することにより、コントローラ１１や整流器１２の電力の使用を停止させる。この結果、コントローラ１１は、蓄電池１３の放電を停止させ、蓄電池１３の損傷を防止する。

停電回復検知部２８は、停電回復を検出する。具体的に、停電発生検出部２１は、整流器１２に通信し、整流器１２から出力される、停電回復を示す接点信号を取得することにより停電回復を検出する。

次に、図３に電圧制御システム１において、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６が無い又はＰＶ１５やパワーコンバータ１６が動作していない場合における、電圧制御システム１の動作例を説明する。図３（Ａ）では蓄電池１３が満充電の場合における電圧制御システム１の動作例を示している。電圧制御システム１では、整流器１２により交流の商用電源１０を直流に変換した後，負荷１４にバス１８を介して電力を供給する。蓄電池１３が満充電の際には、整流器１２の出力電圧と蓄電池１３の電圧は同じであり、蓄電池１３へ充電電流は流れない。なお、満充電状態でない場合には、蓄電池１３に常時充電（フロート充電）を行う。

図３（Ｂ）では停電中の場合における電圧制御システム１の動作を示している。停電した際には整流器１２からの電力供給は途絶えるが、蓄電池１３から負荷１４に電力が供給されるため、負荷１４の通信設備により通信を継続することができる。そして、図９（Ａ）で示したように蓄電池１３の電圧が低下していく。これに伴い、コントローラ１１が整流器１２からバス電圧Ｖ_busを検出し、バス電圧の値が所定値下がる度に整流器１２に対して出力電圧の設定を変更する命令を発行する。すなわち、コントローラ１１は、定期的に整流器１２に対して出力電圧の設定を変更させる。なお、停電中は出力電圧の設定に関わらず整流器１２から出力されることはない。

図３（Ｃ）では、停電回復後の場合における電圧制御システム１の動作を示している。停電回復直後は、停電中に設定変更された出力電圧で過大ではない電力を供給する。続いて，蓄電池１３に充電電流が流れて充電すると共に負荷１４へも電力を供給する。

次に、図４に電圧制御システム１において、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６が動作している場合における、電圧制御システム１の動作例を示す。図３（Ａ）に示したＰＶ１５やパワーコンバータ１６が無い構成と同様、図４（Ａ）では蓄電池１３が満充電の場合における電圧制御システム１の動作を示している。整流器１２により交流の商用電源１０を直流に変換した後、負荷１４に電力を供給する。蓄電池１３が満充電の際には，整流器１２の出力電圧と蓄電池１３の電圧は同じであり、充電電流は蓄電池１３へ流れない。ここで、パワーコンバータ１６の出力電圧設定を整流器１２の出力電圧より高めに設定している場合、ＰＶ１５の発電があって且つパワーコンバータ１６の出力がある場合は、発電された電力が優先的に負荷１４へ供給される。なお、満充電状態でない場合には、蓄電池１３に常時充電（フロート充電）を行う。

図４（Ｂ）では停電中の場合における電圧制御システム１の動作を示している。停電した際には、整流器１２からの電力供給は途絶えるが、蓄電池１３もしくはＰＶ１５やパワーコンバータ１６から負荷１４に電力が供給されるため、負荷１４の通信設備により通信を継続することができる。また、停電中は、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６が無い構成と同様、蓄電池１３から放電するに従って、蓄電池１３の電圧が低下していく。これに伴い、コントローラ１１が整流器１２からバス電圧を検出し、バス電圧の値が所定値下がる度に整流器１２に対して出力電圧の設定を変更する命令を発行する。すなわち、コントローラ１１は、定期的に整流器１２に対して出力電圧の設定を変更させる。なお、停電中は出力電圧の設定に関わらず整流器１２から出力されることはない。

ただし、ＰＶ１５の発電が十分な場合には、ＰＶ１５及びパワーコンバータ１６から給電により蓄電池１３の放電を行うことなく、負荷１４に電力が供給される。さらにＰＶ１５及びパワーコンバータ１６の給電が過剰な場合には、蓄電池１３の充電を行う。

図４（Ｃ）では、停電回復後の場合における電圧制御システム１の動作を示している。停電回復後は、整流器１２、ＰＶ１５、及びパワーコンバータ１６から、蓄電池１３に充電電流が流れて充電すると共に負荷１４へも電力を供給する。

続いて、コントローラ１１が停電発生を検知した時の処理手順を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。まず、停電発生検出部２１が商用電源１０に停電が発生したことを検出した後（この時点の蓄電池電圧は、例えば５４Ｖ）、バス電圧検出部２２は、停電発生時のバス電圧Ｖ_ｂｕｓを取得し、Ｖ_ｒとして保存する（ステップＳ１）。

整流器制御部２３は、バス電圧Ｖ_ｂｕｓを測定し、バス電圧Ｖ_ｂｕｓとコントローラ１１が保存しているＶ_ｒとを比較して、一定の電圧Ｖ_ｄ１を超えて低下しているか否かを確認する（ステップＳ２）。すなわち、整流器制御部２３は、Ｖ_ｂｕｓ＜Ｖ_ｒ―Ｖ_ｄ１であるか否かを確認する。

ここで、電圧Ｖ_ｄ１は、蓄電池１３の抵抗、配線の抵抗、及び制限した電流値に基づいて定められる。例えば、蓄電池１３及び配線の抵抗が３．１ｍΩであり、整流器１２として制限したい電流値を１００Ａとする場合、電圧Ｖ_ｄ１＝１００×０．００３１＝約０．３Ｖとなる。整流器１２の出力電圧が蓄電池１３の電圧よりも０．３Ｖ高い電位差があると、約１００Ａ流れるため、コントローラ１１は、約０．３Ｖを大きく超えないように調整する。蓄電池１３の電圧は少しずつ低下していくため、電圧Ｖ_ｄ１や制限したい電流値は余裕を見込んで小さめに決めておくことが望ましい。また、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６を備えている場合には、バス電圧Ｖ_ｂｕｓがＰＶ１５の発電状況によって変動することがあるため、ステップＳ２の判断が難しい。よって、太陽光発電電圧検出部２４は、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６と通信することでＰＶ１５やパワーコンバータ１６の電圧を検出し、バス電圧Ｖ_ｂｕｓへの影響がないタイミング、すなわちＰＶ１５があまり発電していないタイミングでバス電圧Ｖ_ｂｕｓを測定する。

具体的に、バス電圧検出部２２は、太陽光発電電圧検出部２４により検出されたＰＶ１５の出力電圧と、コントローラ１１で保持している影響有無を示す閾値とを比較した結果に基づいて、バス電圧Ｖ_ｂｕｓへの影響がないか否かを判断し、バス電圧Ｖ_ｂｕｓへの影響がないと判断した場合にバス電圧Ｖ_ｂｕｓを検出する。このように、バス電圧検出部２２は、ＰＶ１５の出力電圧と当該閾値とを比較してバス電圧Ｖ_ｂｕｓへの影響がないか否かを判断しているので、ＰＶ１５の出力電圧が高くなることにより生じるパワーコンバータ１６の出力電圧上昇が、バス電圧Ｖ_ｂｕｓの上昇を招くことにより蓄電池出力電圧を反映していない場合に検出したバス電圧Ｖ_ｂｕｓを用いて比較してしまうことを防止することができる。すなわち、ＰＶ１５の影響を回避することができる。

時間と共にバス電圧Ｖ_ｂｕｓが低下した結果、ステップＳ２において、Ｖ_ｂｕｓ＜Ｖ_ｒ―Ｖ_ｄ１である場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）、整流器制御部２３は、バス電圧Ｖ_ｂｕｓをＶ_ｒとして保存し（ステップＳ３）、その電圧Ｖ_ｒを整流器１２の出力電圧として設定する。

そして、ＰＶ１５及びパワーコンバータ１６を備えた設備構成においては、太陽光発電制御部２５は、Ｖ_ｒ＋Ｖ_ｐｖの電圧に合わせて、パワーコンバータ１６の出力電圧を設定する。ここで、Ｖ_ｐｖは、通常時、整流器１２の出力電圧よりもパワーコンバータ１６の出力を高く設定するための正の値である。これにより、停電が発生していない時にＰＶ１５及びパワーコンバータ１６は、整流器１２より優先して電力を供給する。上述のように、太陽光発電制御部２５は、時間と共にバス電圧Ｖ_ｂｕｓが低下した場合に、それに合わせてＰＶ１５及びパワーコンバータ１６の出力電圧を設定するので、ＰＶ１５及びパワーコンバータ１６の出力電圧を低下させることになる。このように、太陽光発電制御部２５がＰＶ１５の出力電圧を設定することは、特にＰＶ１５の規模が大きいことで発電能力が高い場合に有効な動作となる。すなわち、ＰＶ１５は定電流源であることから、規模が小さい場合には大電流が発生せず問題が生じないが、規模が大きな場合には電圧を抑制することで、蓄電池１３に対する過剰な電流を抑制することになる。

ステップＳ４では、バス電圧検出部２２は、バス電圧を検出してから次のバス電圧検出まで一定時間待機する。これにより、停電時によるコントローラ１１の処理負荷を軽減させ、コントローラ１１自身の電力消費を抑制する。

停電回復検知部２８は、停電回復しているか否かを判定し（ステップＳ５）、停電回復している場合には（ステップＳ５；ＹＥＳ）、停電回復処理を行う（ステップＳ６）。停電回復処理の詳細は、後述する。

ステップＳ５で停電回復検知部２８が停電回復しているか否かを判定した結果、停電回復していない場合（ステップＳ５；ＮＯ）、整流器制御部２３は、バス電圧Ｖ_ｂｕｓが、蓄電池１３により決められた放電終止電圧Ｖ_end（例えば、４４Ｖ）より高いか否かを判定する（ステップＳ７）。

整流器制御部２３がステップＳ７の判定処理をした結果、バス電圧Ｖ_ｂｕｓが、放電終止電圧Ｖ_endより高い（例えば、４９Ｖ）場合（ステップＳ７；ＹＥＳ）、ステップＳ２へ戻る。

整流器制御部２３がステップＳ７の判定処理をした結果、バス電圧Ｖ_ｂｕｓが、放電終止電圧Ｖ_endより高くない場合（ステップＳ７；ＮＯ）、電力使用停止部２７は、長時間スリープモードに電圧制御システム１を移行する（ステップＳ８）。

長時間スリープモードに移行した後，商用電源１０が停電より回復すれば、最後に設定した整流器１２の出力電圧で、自動的に電力を供給開始することになる。あるいは、ＰＶ１５の発電により、蓄電池１３が充電され、放電終止電圧Ｖ_endを超えてくれば、コントローラ１１や整流器１２が起動できるため，長時間スリープモードを中断し，ステップＳ２に復帰するようにしてもよい。

続いて、図５のフローチャートのステップＳ６に記載した停電回復処理の詳細を図６を用いて説明する。

最初に、太陽光発電電圧検出部２４は、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力がある場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、太陽光発電停止制御部２６がパワーコンバータ１６の出力を一時停止する（ステップＳ１２）。なお、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力を停止する代わりに太陽光発電電圧検出部２４により検出されたＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力電圧と、コントローラ１１で保持している、ＰＶ１５の影響有無を示す閾値とを比較した結果に基づいて、バス電圧Ｖ_ｂｕｓへの影響がないか否かを判断するようにしてもよい。

これは、パワーコンバータ１６の出力電圧がバス電圧Ｖ_busより高い場合には、蓄電池１３の電圧を誤って測定する可能性があるため、ＰＶ１５の出力が有る場合には一時停止する。

バス電圧検出部２２は、ＰＶ１５の影響が無い状態又はＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力が無い状態でバス電圧Ｖ_bus（例えば、４９Ｖ）の測定を行う（ステップＳ１３）。なお、バス電圧Ｖ_busの測定を行った後に、ステップＳ１２でＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力を一時停止していた場合は、一時停止を解除し、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力を行うようにする。

整流器制御部２３は、整流器１２の出力電圧（ＲＦ電圧）を設定する（ステップＳ１４）。整流器制御部２３は、整流器１２の出力電圧として、Ｖ_bus+Ｖ_d2を設定する。ここで、Ｖ_d2は、Ｖ_d1と同様に蓄電池１３の抵抗、配線の抵抗、及び制限したい電流値から決める。

例えば、蓄電池１３の抵抗及び配線の抵抗が3.1mΩであり、整流器１２として制限したい電流値が130Aとする場合、Ｖ_d2＝130×0.0031=約0.4Vとなる。

太陽光発電制御部２５は、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力電圧（ＰＶ電圧）を設定する（ステップＳ１５）。太陽光発電制御部２５は、ＰＶ１５の規模により、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力電圧を設定するようにしてもよい。ここでは、Ｖ_bus＋Ｖ_d2＋Ｖ_ｐｖの値を用いるが、ここでＶ_ｐｖは、ステップＳ３（図５）と同様に通常時、整流器１２の出力電圧よりもＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力を高く設定するための正の値である。

整流器１２の電圧設定後、整流器制御部２３は、整流器１２の出力を開始させ（ステップＳ１６）、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の電圧設定後、太陽光発電制御部２５は、ＰＶ１５の出力を開始させる（ステップＳ１７）。整流器１２と、ＰＶ１５及びパワーコンバータ１６との出力順は、いずれが先でもよい。また、ステップＳ１４とステップＳ１６の処理を同時に行ってもよいし、ステップＳ１５とステップＳ１７の処理を同時に行ってもよい。

整流器１２、ＰＶ１５、及びパワーコンバータ１６の出力開始後、コントローラ１１は、回復処理（回復過程）を実行する（ステップＳ１８）。回復処理は、整流器制御部２３が蓄電池１３の充電電流を監視しながら、順次整流器１２及びＰＶ１５やパワーコンバータ１６の電圧を上げていき、整流器１２及びＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力電圧を本来の電圧まで回復させる処理である。具体的に、整流器制御部２３は、蓄電池１３の充電電流状況を蓄電池１３から取得し、当該充電電流状況に基づいて、整流器１２の出力電圧設定を上げる。この回復処理の結果、時間と共に整流器１２の出力電圧が上昇する。

（作用効果）
以上説明したように、本実施形態では、交流の商用電源１０を直流に変換する整流器１２と、整流器１２からの直流により充電が可能な蓄電池１３とを制御するコントローラ１１は、停電発生検出部２１が停電発生を検出し、バス電圧検出部２２が整流器１２と蓄電池１３とを接続するバス１８の電圧であるバス電圧を検出し、停電発生検出部２１により、停電が検出された後、バス電圧検出部２２により検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、整流器制御部２３が整流器１２の出力電圧設定を下げる。

このような構成により、コントローラ１１では、停電を検出した際に、蓄電池電圧の降下に合わせて整流器の出力電圧設定を下げる。この結果、蓄電池の放電による電圧降下が起こっている状況でも蓄電池電圧と整流器の出力電圧との差を一定値に保つことができ、商用電力の停電が回復した場合でも蓄電池に対して大電流が流れてしまうことを防止することができる。従って、蓄電池や配線の破損、あるいは、蓄電池の保護動作による切り離しがなされることを防止することができる。

また、本実施形態では、バス電圧検出部２２が、バス電圧を検出した後、バス電圧の変化度合いに基づいた待機時間が経過した後に、再度バス電圧を検出する。この構成によれば、バス電圧の変化度合いに基づいて待機時間を設けているので、バス電圧検出部２２の動作頻度を最小限に留めることができる。

また、本実施形態では、バス電圧検出部２２が検出したバス電圧が蓄電池１３の放電終了時の電圧を示す放電終止電圧を上回っていない場合、電力使用停止部２７は、コントローラ１１の電力使用を停止する。この構成によれば、蓄電池の放電による電圧降下が行き過ぎて蓄電池の終止電圧未満となり、過放電や蓄電池の損傷が発生してしまうことを防ぐことができる。

また、本実施形態では、停電回復検知部２８は、停電回復を検知し、整流器制御部２３は、停電回復検知部２８により停電回復が検知された場合、停電回復後におけるバス電圧に基づいて整流器１２の出力電圧設定を上げる。この構成によれば、バス電圧の上昇度合いに応じて整流器１２の電圧を停電時前の電圧に復帰させることができる。

また、本実施形態では、コントローラ１１は、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６と接続し、太陽光発電電圧検出部２４が、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６による出力電圧（ＰＶ１５に基づいた出力電圧）を検出し、バス電圧検出部２２がバス電圧を検出した結果、バス電圧が所定値下がった場合に、太陽光発電制御部２５が、整流器制御部２３による整流器の出力電圧設定に基づいて、太陽光発電の出力電圧設定を下げる。バス電圧検出部２２は、太陽光発電電圧検出部２４により検出された出力電圧に基づいて、バス電圧を検出するタイミングを決定する。この構成によれば、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６を備える電圧制御システム１でも、ＰＶ１５の電圧の影響度合いを考慮してバス電圧を検出するので、ＰＶ１５の出力によりバス電圧が誤検出されてしまうことを防止することができる。

また、本実施形態では、太陽光発電停止制御部２６は、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６を停止し、整流器制御部２３は、停電回復検知部２８により停電回復が検知された場合、太陽光発電停止制御部２６により、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６が停止された後のバス電圧に基づいて整流器１２の出力電圧設定を上げ、太陽光発電制御部２５は、停電回復後の整流器１２の出力電圧設定に基づいて、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力電圧設定を上げる。この場合、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６を一時停止してから、バス電圧を検出しているので、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６による出力電圧の影響を受けることなく、バス電圧を検出することができ、当該バス電圧に基づいてＰＶ１５やパワーコンバータ１６の出力電圧設定を停電前に戻すことができる。

上述の実施形態では、コントローラ１１が，整流器１２及び蓄電池１３から分離している場合について述べたが、整流器１２もしくは蓄電池１３に内蔵されていてもよい。あるいはコントローラ１１は，整流器１２や蓄電池１３と同じ場所に設置されなくても、通信ネットワークを介して，整流器１２や蓄電池１３を遠隔から監視・制御を行う構成をとるようにしてもよい。

上述の実施形態では、バス電圧検出部２２が、整流器１２からバス電圧として出力電圧を検出する場合について述べたが、蓄電池１３、ＰＶ１５やパワーコンバータ１６からバス電圧として出力電圧を取得することによりバス電圧を検出するようにしてもよい。

上述の実施形態では、太陽光発電電圧検出部２４がパワーコンバータ１６によりＰＶ１５に基づいた出力電圧を検出する場合について述べたが、太陽光発電電圧検出部２４が直接ＰＶ１５からＰＶ１５の出力電圧を検出することによりＰＶ１５に基づいた出力電圧を検出するようにしてもよい。

上述の実施形態では、蓄電池１３、ＰＶ１５、及びパワーコンバータ１６を各々ひとつずつ接続する場合について述べたが、蓄電池１３、ＰＶ１５、及びパワーコンバータ１６の各々複数個をバス共有する形で並列接続するようにしてもよい。

１…電圧制御システム、１０…商用電源、１１…コントローラ、１２…整流器、１３…蓄電池、１４…負荷、１５…ＰＶ、１６…パワーコンバータ、１８…バス、２１…停電発生検出部、２２…バス電圧検出部、２３…整流器制御部、２４…太陽光発電電圧検出部、２５…太陽光発電制御部、２６…太陽光発電停止制御部、２７…電力使用停止部、２８…停電回復検知部、５０…商用電源、５２…整流器、５３…鉛蓄電池、５４…負荷、６０…商用電源、６２…整流器、６３…リチウムイオン蓄電池、６４…負荷、６６…充放電回路、１１１…ＣＰＵ、１１２…ＲＡＭ、１１３…ＲＯＭ、１１４…入力装置、１１５…出力装置、１１６…通信モジュール、１１７…補助記憶装置。

Claims (8)

1. 交流の商用電源を直流に変換する整流器と、前記整流器からの直流により充電が可能な蓄電池と、を制御する電圧制御装置であって、
   停電発生を検出する停電発生検出手段と、
   前記整流器と前記蓄電池とを接続するバスの電圧であるバス電圧を検出するバス電圧検出手段と、
   前記停電発生検出手段により、停電が検出された後、前記バス電圧検出手段により検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、前記整流器の出力電圧設定を下げる整流器制御手段と、
   を備える、電圧制御装置。
2. 前記バス電圧検出手段は、前記バス電圧を検出した後、前記バス電圧の変化度合に基づいた待機時間が経過した後に、再度バス電圧を検出する、請求項１に記載の電圧制御装置。
3. 前記バス電圧検出手段が検出したバス電圧が、蓄電池の放電終了時の電圧を示す放電終止電圧を上回っていない場合、前記電圧制御装置の電力使用を停止する電力使用停止手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の電圧制御装置。
4. 停電回復を検知する停電回復検知手段をさらに備え、
   前記整流器制御手段は、前記停電回復検知手段により停電回復が検知された場合、停電回復後におけるバス電圧に基づいて整流器の出力電圧設定を上げる、請求項１〜３の何れか一項に記載の電圧制御装置。
5. 前記電圧制御装置は、太陽光発電装置と接続し、
   前記太陽光発電装置に基づいた出力電圧を検出する太陽光発電電圧検出手段と、
   前記バス電圧検出手段が前記バス電圧を検出した結果、バス電圧が所定値下がった場合に、前記整流器制御手段による整流器の出力電圧設定に基づいて、太陽光発電の電圧設定を下げる太陽光発電制御手段と、
   をさらに備え、
   前記バス電圧検出手段は、前記太陽光発電電圧検出手段により検出された出力電圧に基づいて、蓄電池電圧を検出するタイミングを決定する、請求項１〜３の何れか一項に記載の電圧制御装置。
6. 停電回復を検知する停電回復検知手段と、
   前記太陽光発電装置を停止する太陽光発電停止制御手段と、をさらに備え、
   前記整流器制御手段は、前記停電回復検知手段により停電回復が検知された場合、前記太陽光発電停止制御手段により、前記太陽光発電装置が停止された後のバス電圧に基づいて前記整流器の出力電圧設定を上げ、
   前記太陽光発電制御手段は、停電回復後の整流器の出力電圧設定に基づいて、前記太陽光発電装置の出力電圧設定を上げる、請求項５に記載の電圧制御装置。
7. 交流の商用電源を直流に変換する整流器と、前記整流器からの充電が可能な蓄電池とを制御する電圧制御方法であって、
   停電発生を検出する停電発生検出ステップと、
   前記整流器と前記蓄電池とを接続するバスの電圧であるバス電圧を検出するバス電圧検出ステップと、
   前記停電発生検出ステップにより、停電が検出された後、前記バス電圧検出ステップにより検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、前記整流器の出力電圧設定を下げる整流器制御ステップと、
   を備える電圧制御方法。
8. 交流の商用電源を直流に変換する整流器と、
   前記整流器からの直流により充電が可能な蓄電池と、
   前記蓄電池と前記整流器とを制御する電圧制御装置と、を備える電圧制御システムであって、
   前記電圧制御装置は、
   停電発生を検出する停電発生検出手段と、
   前記整流器と前記蓄電池とを接続するバスの電圧であるバス電圧を検出するバス電圧検出手段と、
   前記停電発生検出手段により、停電が検出された後、前記バス電圧検出手段により検出されたバス電圧が所定値下がった場合に、前記整流器の出力電圧設定を下げる整流器制御手段と、
   を備える、電圧制御システム。

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