JP2015186443A

JP2015186443A - 太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム

Info

Publication number: JP2015186443A
Application number: JP2015050416A
Authority: JP
Inventors: テブンパク; Tae Bum Park
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2015-10-22
Also published as: US9899851B2; CN104935027A; EP2922169B1; KR20150109769A; ES2667807T3; CN104935027B; KR101871020B1; EP2922169A1; US20150270732A1

Abstract

【課題】単相太陽光インバータの発電エネルギーを単相エネルギー貯蔵装置のバッテリに充電するための太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム１００は、太陽光モジュール１１０で生成されたＤＣ電源をＡＣ電源に変換して出力する太陽光インバータ１２０と、日射量に応じた太陽光インバータ１２０の出力電力量に基づいて特定の電力値を設定し、太陽光モジュール１１０で生成されて太陽光インバータ１２０から入力される入力電力と前記特定の電力値とを比較した結果に基づいて定電流（Constant Current）モード又は定電圧（Constant Voltage）モードから選択された充電モードによってバッテリ１３２を充電するエネルギー貯蔵装置１３０とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムに関し、特に、単相太陽光インバータの発電エネルギーを単相エネルギー貯蔵装置のバッテリに充電するための太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムに関する。

単相太陽光インバータ（Power Conditioning System; PCS）は、太陽光モジュールから供給されたＤＣエネルギーをＡＣエネルギーに変換して発電する装置であり、単相エネルギー貯蔵装置（Energy Storage System; ESS）は、バッテリに充電されたＤＣエネルギーをＡＣエネルギーに変換して負荷に供給する装置である。

単相太陽光インバータと単相エネルギー貯蔵装置とは、ＤＣエネルギーをＡＣエネルギーに変換し、かつ単相で構成されるという共通点があり、単相太陽光インバータには太陽光モジュールからＤＣエネルギーが供給され、単相エネルギー貯蔵装置にはバッテリからＤＣエネルギーが供給されるという相違点がある。

単相エネルギー貯蔵装置は、バッテリを用いるので、バッテリが放電されると充電しなければならない。バッテリを充電する上で、従来は系統からの電力を充電していたが、単相太陽光インバータが発電するエネルギーを単相エネルギー貯蔵装置に充電する方法も可能になっている。

ここで、単相太陽光インバータから単相エネルギー貯蔵装置に供給される充電エネルギー量が、単相エネルギー貯蔵装置が要求する充電エネルギー量より少ない場合、単相エネルギー貯蔵装置が円滑に充電されなくなったり、単相太陽光インバータが過負荷出力で停止又は焼損する現象が発生することがある。

よって、単相エネルギー貯蔵装置は常に単相太陽光インバータの出力電力量（発電量）を把握していなければならない。

しかし、単相太陽光インバータの出力電力量（発電量）は太陽光モジュールから供給され、太陽光モジュールは日射量条件に応じてエネルギーを生成するので、結局日射量が変化すると単相太陽光インバータの出力電力量も変化する。つまり、単相エネルギー貯蔵装置に供給される充電エネルギーは日射量に応じて随時変化する。

よって、単相エネルギー貯蔵装置が日射量に応じた単相太陽光インバータの出力電力量の変化を確認する方法が必要である。

図６は従来の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムの構成の一例を示すブロック図である。

図６に示すように、従来の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム１０は、太陽光モジュール１１、単相太陽光インバータ１２、単相エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）１３及び負荷部１４を含んでもよい。

単相エネルギー貯蔵装置１３は、太陽光モジュール１１で生成された太陽光エネルギーによる単相太陽光インバータ１２の出力電力量が日射量に応じて変化することを確認するために、通信線１５を用いて日射量に応じた単相太陽光インバータ１２の出力電力量情報を受信することができる。

しかし、通信線を用いた方法は、通信プロトコルが一致しなければならないので、単相太陽光インバータ１２と単相エネルギー貯蔵装置１３の通信関連ソフトウェアが同一構成でなければならず、通信ケーブルとポートのＲＸ／ＴＸラインが同一でなければならないので、単相太陽光インバータ１２と単相エネルギー貯蔵装置１３の通信関連ハードウェアが同一構成でなければならないという欠点がある。

例えば、メーカーＡの単相太陽光インバータとメーカーＢの単相エネルギー貯蔵装置とから構成する場合、通信関連ソフトウェア及びハードウェアが一致しないと同図に示すような太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム１０を実現することができない。

図７は従来の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムの構成の他の例を示すブロック図である。

図７に示すように、従来の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム２０は、太陽光モジュール２１、単相太陽光インバータ２２、単相エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）２３、負荷部２４及びＥＭＳ２５を含んでもよい。

単相エネルギー貯蔵装置２３は、太陽光モジュール２１で生成された太陽光エネルギーによる単相太陽光インバータ２２の出力電力量が日射量に応じて変化することを確認するために、日射量に応じた単相太陽光インバータ２２の出力電力量情報をＥＭＳ２５又はコントローラから受信することができる。

このように、ＥＭＳ２５という制御器を用いて単相太陽光インバータ２２と単相エネルギー貯蔵装置２３を動作させることにより、日射量に応じた単相太陽光インバータ２２の出力電力量の変化に対応して、単相エネルギー貯蔵装置２３のバッテリ充電が円滑に行われるように制御できるという利点があるが、ＥＭＳ２５（又はコントローラ）、単相太陽光インバータ２２及び単相エネルギー貯蔵装置２３において通信関連ソフトウェア及びハードウェアを一致させなければ通信／制御が不可能であるという欠点がある。

例えば、メーカーＡの単相太陽光インバータとメーカーＢの単相エネルギー貯蔵装置とから構成する場合、通信関連ソフトウェア及びハードウェアが一致しないと同図に示すような太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム２０を実現することができない。

本発明が解決しようとする課題は、単相太陽光インバータの発電エネルギーを単相エネルギー貯蔵装置のバッテリに充電するための太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムを提供することにある。

本発明が解決しようとする課題は、以上言及した課題に限定されるものではなく、言及していない他の課題は、以下の記載から本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

本発明の一態様によれば、太陽光モジュールで生成されたＤＣ電源をＡＣ電源に変換して出力する太陽光インバータと、日射量に応じた前記太陽光インバータの出力電力量に基づいて特定の電力値を設定し、前記太陽光モジュールで生成されて前記太陽光インバータから入力される入力電力と前記特定の電力値とを比較した結果に基づいて定電流（Constant Current）モード又は定電圧（Constant Voltage）モードから選択された充電モードによってバッテリを充電するエネルギー貯蔵装置とを含み、前記エネルギー貯蔵装置は、前記入力電力の入力電流を測定する電流測定部と、前記入力電力の入力電圧を測定する電圧測定部と、前記電流測定部で測定された入力電流及び前記電圧測定部で測定された入力電圧により入力電力を計算し、前記入力電力と予め設定された前記特定の電力値とを比較し、前記入力電力が前記特定の電力値以上であれば前記定電流モードによる充電制御信号を出力し、前記入力電力が前記特定の電力値より小さければ前記定電圧モードによる充電制御信号を出力する制御部と、前記制御部の充電制御信号に基づいて、前記太陽光インバータから入力される入力電力を前記定電流モード又は前記定電圧モードで前記バッテリに供給して前記バッテリの充電を行う充電部とを含む、太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムが提供される。

前記制御部は、時間に伴って前記入力電力が増加する電力量の変化時には、前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値以上となった時点からは前記定電流モードで前記バッテリの充電を行うように構成されてもよい。

前記制御部は、時間に伴って前記入力電力が減少する電力量の変化時には、前記定電流モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値より小さくなった時点からは前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行うように構成されてもよい。

前記制御部は、時間に伴って前記入力電力が増加してから減少する電力量の変化時には、前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値以上となった時点からは前記定電流モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値より小さくなった時点からは再び前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行うように構成されてもよい。

本発明によれば、単相太陽光インバータを用いて単相エネルギー貯蔵装置のバッテリを充電する際に、単相太陽光インバータの出力電力量が日射量に応じて随時変化しても単相エネルギー貯蔵装置のバッテリを効果的かつ安定して充電することができる。

本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおけるエネルギー貯蔵装置の詳細構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおける電力減少型の電力量の変化を説明するためのグラフである。本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおける電力増加型の電力量の変化を説明するためのグラフである。本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおける電力増加減少型の電力量の変化を説明するためのグラフである。従来の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムの構成の一例を示すブロック図である。従来の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムの構成の他の例を示すブロック図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の思想が以下の実施形態に限定されるものではなく、さらなる構成要素の追加、変更、削除などにより、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案することができる。

本発明において用いられる用語としては可能な限り現在広く用いられている一般的な用語を選択しているが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあり、この場合は該当する発明の説明部分でその意味を詳細に記載しているので、単なる用語の名称ではなく用語が有する意味で本発明を把握すべきであることを明らかにしておく。

なお、以下の説明において、用語「含む」は、列挙されたもの以外の構成要素又は段階の存在を排除するものではない。

図１は本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム１００は、太陽光モジュール１１０、単相太陽光インバータ１２０、単相エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）１３０及び負荷部１４０を含んでもよい。

単相エネルギー貯蔵装置１３０は、太陽光モジュール１１０で生成された太陽光エネルギーによる単相太陽光インバータ１２０の出力電力量が日射量に応じて変化することを確認するために、日射量に応じた単相太陽光インバータ１２０の出力電力量情報を単相太陽光インバータ１２０から受信することができる。

図２は本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおけるエネルギー貯蔵装置の詳細構成を示すブロック図である。

図２に示すように、単相エネルギー貯蔵装置１３０は、充電部１３１、バッテリ１３２、ＢＭＳ１３３、インバータ１３４、制御部１３５、電圧測定部１３６及び電流測定部１３７を含んでもよい。

充電部１３１は、制御部１３５の制御信号に基づいて、単相太陽光インバータ１２０から供給される電力を用いてバッテリ１３２の充電を行う。

ＢＭＳ１３３は、バッテリ１３２の状態を管理し、バッテリ１３２の状態を制御部１３５に報告し、バッテリ１３２の充電及び放電のための設定値を設定して調整する。

インバータ１３４は、バッテリ１３２の電源を負荷部１４０に供給する機能を有する。

制御部１３５は、日射量に応じた単相太陽光インバータ１２０の出力電力量の変化に基づいて充電部１３１を制御することにより、バッテリ１３２の充電又は放電を行うようにしてもよい。

電圧測定部１３６は、単相エネルギー貯蔵装置１３０に入力される電力の入力電圧を測定して制御部１３５に出力する。

電流測定部１３７は、単相エネルギー貯蔵装置１３０に入力される電力の入力電流を測定して制御部１３５に出力する。

制御部１３５は、電流測定部１３７で測定された入力電流及び電圧測定部１３５で測定された入力電圧により入力電力を計算し、前記入力電力と予め設定された特定の電力値とを比較し、その比較の結果に基づいて定電流モード又は定電圧モードによる充電制御信号を出力するようにしてもよい。

これにより、充電部１３１は、制御部１３５の充電制御信号に基づいて、太陽光インバータ１２０から入力された電力を定電流モード又は定電圧モードでバッテリ１３２に供給してバッテリ１３２の充電を行うことができる。

制御部１３５は、電圧測定部１３６から入力される入力電圧値及び電流測定部１３７から入力される入力電流値を用いて、日射量に応じた単相太陽光インバータ１２０の出力電力量の変化（電力量＝電圧×電流）を確認するようにしてもよい。

日射量に応じた単相太陽光インバータ１２０の出力電力は、増加又は減少を繰り返して様々な形態の電力量の変化を示す。

制御部１３５は、バッテリ１３２を充電するために必要な電力に対して、単相太陽光インバータ１２０の出力電力量に基づいて特定の電力値を設定するようにしてもよい。

制御部１３５は、単相太陽光インバータ１２０から入力される入力電力と前記予め設定された特定の電力値とを比較してバッテリ１３２の充電モードを設定するようにしてもよい。

バッテリ１３２の充電は、定電流モードと定電圧モードの２つのモードで行うことができる。制御部１３５は、設定された充電モードによって定電流モード又は定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行う。

定電流モードは、充電部１３１が定電流をバッテリ１３２に供給して充電する方式である。定電圧モードは、充電部１３１が定電圧をバッテリ１３２に供給して充電する方式である。

定電流モードは、単相太陽光インバータ１２０から入力される入力電力が前記予め設定された特定の電力値以上の区間で実行され、急速充電のために用いられる。それに対して、定電圧モードは、単相太陽光インバータ１２０から入力される入力電力が前記予め設定された特定の電力値より小さい区間で実行され、低速充電のために用いられる。

制御部１３５は、時間に伴って前記入力電力が増加する電力量の変化時には、定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値以上となった時点からは定電流モードでバッテリ１３２の充電を行うように構成されてもよい。

制御部１３５は、時間に伴って前記入力電力が減少する電力量の変化時には、定電流モードでバッテリ１３２の充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値より小さくなった時点からは定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行うように構成されてもよい。

制御部１３５は、時間に伴って前記入力電力が増加してから減少する電力量の変化時には、定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値以上となった時点からは定電流モードでバッテリ１３２の充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値より小さくなった時点からは再び定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行うように構成されてもよい。

図３は本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおける電力減少型の電力量の変化を説明するためのグラフである。

図３を参照すると、時間が経過することにより、単相太陽光インバータ１２０から単相エネルギー貯蔵装置１３０に入力される入力電力の電力量が減少する。これは、主に日の入りに太陽光エネルギーが小さくなるケースである。

電力減少型の電力量の変化の場合、単相エネルギー貯蔵装置１３０の制御部１３５は、入力電力１ａが特定の電力値１ｂ以上である定電流（ＣＣ）区間１ｃでは、定電流（ＣＣ）モードでバッテリ１３２の充電を行い、入力電力１ａが特定の電力値１ｂより小さい定電圧（ＣＶ）区間１ｄでは、定電圧（ＣＶ）モードでバッテリ１３２の充電を行う。

定電流区間１ｃで実行される定電流モードでは、一定の電流値でバッテリ１３２を充電するので、速い充電が可能であり、定電圧区間１ｄで実行される定電圧モードでは、最小の電流でバッテリ１３２を充電するので、単相太陽光インバータ１２０の出力電力が低くても単相太陽光インバータ１２０に過負荷が発生しない。

図４は本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおける電力増加型の電力量の変化を説明するためのグラフである。

図４を参照すると、時間が経過することにより、単相太陽光インバータ１２０から単相エネルギー貯蔵装置１３０に入力される入力電力の電力量が増加する。これは、主に日の出に太陽光エネルギーが大きくなるケースである。

電力増加型の電力量の変化の場合、単相エネルギー貯蔵装置１３０の制御部１３５は、入力電力２ａが特定の電力値２ｂより小さい定電圧区間２ｃでは、定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行い、入力電力２ａが特定の電力値２ｂ以上である定電流区間２ｄでは、定電流モードでバッテリ１３２の充電を行う。

定電流区間２ｄで実行される定電流モードでは、一定の電流値でバッテリ１３２を充電するので、速い充電が可能であり、定電圧区間２ｃで実行される定電圧モードでは、最小の電流でバッテリ１３２を充電するので、単相太陽光インバータ１２０の出力電力が低くても単相太陽光インバータ１２０に過負荷が発生しない。

図５は本発明の一実施形態による太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システムにおける電力増加減少型の電力量の変化を説明するためのグラフである。

図５を参照すると、時間が経過することにより、単相太陽光インバータ１２０から単相エネルギー貯蔵装置１３０に入力される入力電力の電力量が増加してから減少する。これは、主に昼間に太陽光エネルギーが次第に大きくなって午後に太陽光エネルギーが次第に小さくなるケースである。

電力増加減少型の電力量の変化の場合、単相エネルギー貯蔵装置１３０の制御部１３５は、入力電力３ａが特定の電力値３ｂより小さい定電圧区間３ｃ、３ｅでは、定電圧モードでバッテリ１３２の充電を行い、入力電力３ａが特定の電力値３ｂ以上である定電流区間３ｄでは、定電流モードでバッテリ１３２の充電を行う。

定電流区間３ｄで実行される定電流モードでは、一定の電流値でバッテリ１３２を充電するので、速い充電が可能であり、定電圧区間３ｃ、３ｅで実行される定電圧モードでは、最小の電流でバッテリ１３２を充電するので、単相太陽光インバータ１２０の出力電力が低くても単相太陽光インバータ１２０に過負荷が発生しない。

以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から外れない範囲内で様々な変形が可能であることは言うまでもない。

よって、本発明の範囲は、上記実施形態に限定されて定められるものではなく、添付の特許請求の範囲やその均等物などにより定められるべきである。

１００バッテリ充電システム
１１０太陽光モジュール
１２０太陽光インバータ
１３０エネルギー貯蔵装置
１３１充電部
１３２バッテリ
１３３ＢＭＳ
１３４インバータ
１３５制御部
１３６電圧測定部
１３７電流測定部
１４０負荷部

Claims

太陽光モジュールで生成されたＤＣ電源をＡＣ電源に変換して出力する太陽光インバータと、
日射量に応じた前記太陽光インバータの出力電力量に基づいて特定の電力値を設定し、前記太陽光モジュールで生成されて前記太陽光インバータから入力される入力電力と前記特定の電力値とを比較した結果に基づいて定電流（Constant Current）モード又は定電圧（Constant Voltage）モードから選択された充電モードによってバッテリを充電するエネルギー貯蔵装置とを含み、
前記エネルギー貯蔵装置は、
前記入力電力の入力電流を測定する電流測定部と、
前記入力電力の入力電圧を測定する電圧測定部と、
前記電流測定部で測定された入力電流及び前記電圧測定部で測定された入力電圧により入力電力を計算し、前記入力電力と予め設定された前記特定の電力値とを比較し、前記入力電力が前記特定の電力値以上であれば前記定電流モードによる充電制御信号を出力し、前記入力電力が前記特定の電力値より小さければ前記定電圧モードによる充電制御信号を出力する制御部と、
前記制御部の充電制御信号に基づいて、前記太陽光インバータから入力される入力電力を前記定電流モード又は前記定電圧モードで前記バッテリに供給して前記バッテリの充電を行う充電部とを含む、太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム。
前記制御部は、時間に伴って前記入力電力が増加する電力量の変化時には、前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値以上となった時点からは前記定電流モードで前記バッテリの充電を行うように構成される、請求項１に記載の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム。
前記制御部は、時間に伴って前記入力電力が減少する電力量の変化時には、前記定電流モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値より小さくなった時点からは前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行うように構成される、請求項１に記載の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム。
前記制御部は、時間に伴って前記入力電力が増加してから減少する電力量の変化時には、前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値以上となった時点からは前記定電流モードで前記バッテリの充電を行い、前記入力電力が前記特定の電力値より小さくなった時点からは再び前記定電圧モードで前記バッテリの充電を行うように構成される、請求項１に記載の太陽光インバータを用いたエネルギー貯蔵装置のバッテリ充電システム。