JP2016019350A

JP2016019350A - 蓄電システム

Info

Publication number: JP2016019350A
Application number: JP2014140275A
Authority: JP
Inventors: 真二郎品田; Shinjiro Shinada; 綾井　直樹; Naoki Ayai; 直樹綾井; 直嗣鵜殿; Naotada Udono; 裕幸加悦; Hiroyuki Kaetsu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-02-01

Abstract

【課題】複数の蓄電池に充電を行う蓄電システムにおいて、回路構成を簡素化する。
【解決手段】この蓄電システム１００は、外部電源ＰＳから受電し、コンバータ１０を介して直流電力を出力するとともに、通信機能を有する充電装置１と、複数組の接続可能な蓄電池３，５のうち、いずれか１組の蓄電池及びその管理装置４又は６と前記充電装置１との間で電力線及び通信線を互いに接続する接続装置２とを備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、商用系統電源の電力や自家発電電力を二次電池に蓄電しておく蓄電システムに関する。

商用系統電源の電力や、太陽光発電の電力は、二次電池である蓄電池に蓄電しておくことができる。これにより、非常用電源として蓄電池を用いることができるのみならず、例えばピークシフト対策として積極的に蓄電池を活用することもできる。
代表的な蓄電池には、定置型の蓄電池と、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やプラグイン式のハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の車載式のものとがある。

特開２０１４−３８６３号公報

上記のような従来の蓄電システムでは、複数種類の蓄電池を充電装置に接続するために、蓄電池ごとにＤＣ／ＤＣコンバータを備え、さらに絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを設ける場合もある（例えば、特許文献１の図１）。
しかしながら、このようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ等のコンバータの数が増えると、蓄電システム全体として回路構成は複雑化し、製品コストが高くなる。また、コンバータには変換損失があるので、コンバータの数に応じて、装置全体としての電力損失が増大する。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、複数の蓄電池に充電を行う蓄電システムにおいて、回路構成を簡素化することを目的とする。

本発明の蓄電システムは、外部電源から受電し、コンバータを介して直流電力を出力するとともに、通信機能を有する充電装置と、接続可能な複数組の蓄電池のうち、いずれか１組の蓄電池及びその管理装置と前記充電装置との間で互いに、電力線及び通信線を接続する接続装置と、を備えている。

本発明によれば、蓄電池ごとのコンバータを省略することができ、簡素で、電力損失を低減した回路構成の蓄電システムとすることができる。

第１実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。第２実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。第３実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。第４実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。第５実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。第６実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。図１における充電装置を、より一般化した蓄電システムの単線接続図である。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）この蓄電システムは、外部電源から受電し、コンバータを介して直流電力を出力するとともに、通信機能を有する充電装置と、接続可能な複数組の蓄電池のうち、いずれか１組の蓄電池及びその管理装置と前記充電装置との間で互いに、電力線及び通信線を接続する接続装置とを備えている。

上記（１）のように構成された蓄電システムでは、複数の蓄電池が同時に充電装置に接続されることがない。すなわち、複数の蓄電池が並列的に接続された場合のように各蓄電池を個別に扱うための蓄電池対応のコンバータは不要となり、接続装置のみを介して充電装置と蓄電池とを簡易に接続することができる。従って、蓄電池ごとのコンバータを省略することができ、簡素で安価な回路構成の蓄電システムとすることができる。また、蓄電池ごとのコンバータの省略により、その分の変換損失が減り、全体として電力損失低減に寄与する。なお、通信線の接続により、充電装置は、接続されている蓄電池の情報を把握し、コンバータを適切に制御することができる。また例えば、情報に基づいて、蓄電池の過充電や過放電も防止することができる。

（２）また、（１）の蓄電システムにおける蓄電池には、定置型の蓄電池と、電気推進車両の蓄電池とが含まれていてもよい。
この構成は、電気推進車両の充電システムに定置型の蓄電池の充電システムを増設する場合に好適であり、蓄電容量を容易に増大させることができる。

（３）また、（１）又は（２）の蓄電システムにおいて、充電装置は、太陽光発電装置を含むこともできる。
この場合、商用系統電源の停電時にも、昼間であれば、太陽光発電の出力を蓄電することができる。また、蓄電池の一部が電気推進車両であって、これが、蓄電システムから切り離されている場合でも、残る蓄電池（例えば定置型の蓄電池）に蓄電することができる。

（４）また、（２）の蓄電システムにおいて、前記電気推進車両に搭載された交流入力の充電器に対して前記商用系統電源から前記接続装置を介して給電する電路を備えてもよい。
この場合、定置型の蓄電池の充電と同時に、電気推進車両のプラグイン方式での充電が可能である。

（５）また、（１）〜（４）のいずれかの蓄電システムにおいて、前記接続装置を前記充電装置の内部に備えることもできる。
この場合、接続されている蓄電池のうち、残量の少ない方を充電装置が検知し、自動的に接続を切り替えるよう構成することが容易である。

（６）また、（１）〜（５）のいずれかの蓄電システムにおいて、前記接続装置は、前記複数の蓄電池との接続に共通に使用できるコネクタを終端に備えた１本の充電ケーブルであってもよい。
この場合、簡単確実に接続装置の機能を実現することができる。

（７）また、（２）の蓄電システムにおいて、前記定置型の蓄電池に付随して設けられた管理装置から前記充電装置へ制御電源を供給する電路を備えたものであってもよい。
この場合、例えば商用系統電源の停電時で、他の外部電源も使用できない状態であっても、管理装置から制御電源を充電装置に提供して、例えば電気推進車両の蓄電池を接続装置により充電装置に給電できるようにすれば、当該蓄電池を非常用の電源として活用することができる。

［実施形態の詳細］
以下、図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る蓄電システムの単線接続図である。図において、蓄電システム１００は、充電装置１と、接続装置２とを備えている。２種類（又は同種２個でもよい。）の蓄電池３，５には、それぞれ、管理装置としてのＢＭＳ（Battery Management System）４，６が、付随的に設けられている。接続を表す直線のうち、太線は電力線（主回路電線）を、中線は通信線を、点線は制御線を、それぞれ表している。なお、ここでは蓄電池３，５が２つ存在する例を示しているが、３以上とすることもできる（以下の他の実施形態でも同様である。）。蓄電池３，５としては、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池等、各種の二次電池を使用することができる。

充電装置１は、外部電源である交流の商用系統電源７から受電する。充電装置１は、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、その出力である直流電圧を蓄電池３，５の充電に適した直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、通信機能を有する通信部１３とを備えている。通信部１３は、蓄電池３又は５の情報を、ＢＭＳ４又は６から取得し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に与えることができる。なお、蓄電池３，５及びＢＭＳ４，６も、蓄電システム１００の構成要素である、と考えてもよい。

なお、充電装置１内のＡＣ／ＤＣコンバータ１１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２は双方向性である。蓄電池３，５を放電させるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２で逆方向に変換した出力電圧を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１で交流電圧に変換することができる。
本実施形態及び後述の実施形態では、蓄電池の充電を主に説明するが、逆方向に放電させる場合も同様である。

接続装置２は、蓄電池３，５に対応した電力線を開閉するスイッチＳ３，Ｓ５と、ＢＭＳ４，６に対応した通信線を開閉するスイッチＳ４，Ｓ６を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力線は分岐してスイッチＳ３，Ｓ５を介して、蓄電池３，５に接続される。通信部１３とＢＭＳ４，６を繋ぐ線は個別に設けられ、途中にスイッチＳ４，Ｓ６が介在している。

スイッチＳ３〜Ｓ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２内の制御部（図示せず）により制御される。制御により、スイッチＳ３が閉じているときは、スイッチＳ５は開いている。逆に、スイッチＳ５が閉じているときは、スイッチＳ３は開いている。すなわち、スイッチＳ３と、スイッチＳ５とは同時に閉じないよう、制御される。従って、蓄電池３，５は、いずれか一方が充電され、同時に両方が充電されることはない。通信用のスイッチＳ４，Ｓ６はそれぞれ、スイッチＳ３，Ｓ６と同期して開閉されてもよいが、必ずしもこのような同期した動作に限定されない。すなわち、スイッチＳ４，Ｓ６は、互いに同時に閉じていてもよいし、蓄電池３，５の監視用として常時閉じていてもよい。

上記のような蓄電システム１００では、ＢＭＳ４又は６からの情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、スイッチＳ３又はＳ５を閉じ、蓄電池３又は５を充電することができる。

上記のように構成された蓄電システム１００では、複数の蓄電池３，５が同時に充電装置１に接続されることがない。すなわち、複数の蓄電池３，５が並列的に接続された場合のように各蓄電池を個別に扱うための蓄電池対応のＤＣ／ＤＣコンバータは不要となり、接続装置２のみを介して充電装置１と蓄電池３，５とを簡易に接続することができる。従って、蓄電池３，５ごとのＤＣ／ＤＣコンバータを省略することができ、簡素で安価な回路構成の蓄電システム１００とすることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの省略により、その分の変換損失が減り、全体として電力損失低減に寄与する。なお、通信線の接続により、充電装置１は、接続されている蓄電池３，５の情報を把握し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を適切に制御することができる。また例えば、情報に基づいて、蓄電池３，５の過充電や過放電も防止することができる。

《第２実施形態》
図２は、第２実施形態に係る蓄電システム１００の単線接続図である。図１との違いは、まず、蓄電池３が定置型であり、蓄電池５がＥＶ、ＰＨＥＶ等（代表してＥＶと称する。）の電気推進車両に搭載された蓄電池である点、である。また、充電装置１には、太陽光発電用にＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１４が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４には太陽光発電パネル８が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に入力される。

図２の蓄電システム１００でも、スイッチＳ３が閉じているときは、スイッチＳ５は開いている。逆に、スイッチＳ５が閉じているときは、スイッチＳ３は開いている。すなわち、スイッチＳ３と、スイッチＳ５とは同時に閉じないよう、制御される。従って、蓄電池３，５は、いずれか一方が充電され、同時に両方が充電されることはない。通信用のスイッチＳ４，Ｓ６はそれぞれ、スイッチＳ３，Ｓ６と同期して開閉されてもよいが、必ずしもこのような同期した動作に限定されない。すなわち、スイッチＳ４，Ｓ６は、互いに同時に閉じていてもよいし、蓄電池３，５の監視用として常時閉じていてもよい。

図２のように構成された蓄電システム１００では、図１の蓄電システム１００と同様の作用効果が得られる。また、図２のような構成は、電気推進車両の蓄電池５の充電システムに定置型の蓄電池３の充電システムを増設する場合に好適であり、蓄電容量を容易に増大させることができる。例えば、ＥＶの蓄電池５と、これを充電する充電装置１との間に、接続装置２を設けて、定置型の蓄電池３を増設すれば、二種類の蓄電池３，５に充電できる蓄電システム１００を、容易に構築することができる。

また、図２の蓄電システム１００は、太陽光発電装置（太陽光発電パネル８、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４）を含むことで、商用系統電源７の停電時にも、昼間であれば、太陽光発電の出力を蓄電することができる。また、ＥＶの蓄電池５が、電気推進車両の外出中で、蓄電システム１００から切り離されている場合でも、残る定置型の蓄電池３に蓄電することができる。

《第３実施形態》
図３は、第３実施形態に係る蓄電システム１００の単線接続図である。図２との違いは、まず、ＥＶの蓄電池５に直流充電用の充電端子５ｄと、交流充電用の充電器５ａとが設けられている点である。充電器５ａに交流の電路を接続することにより、家庭用のプラグイン方式での充電が可能となる。
また、接続装置２には、交流充電の電路を開閉するスイッチＳ７が設けられ、スイッチＳ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２により開閉制御される。交流充電の電路は、商用系統電源７に繋がっている。

図３のように構成された蓄電システム１００では、図１の蓄電システム１００と同様の作用効果が得られる。また、図３のような構成は、ＥＶの蓄電池５と、定置型の蓄電池３とを同時に充電することができる。

《第４実施形態》
図４は、第４実施形態に係る蓄電システム１００の単線接続図である。図２との違いは、ＢＭＳ４からＤＣ／ＤＣコンバータ１２に制御電源の渡り電路９が設けられ、電路上に逆流防止用のダイオード９ｄが設けられている点である。
この場合、例えば商用系統電源７の停電時で、太陽光発電も使用できない状態（夜間）であっても、ＢＭＳ４から制御電源を充電装置１に提供してＤＣ／ＤＣコンバータ１２からの指令によりスイッチＳ５，Ｓ６を閉じることにより、充電装置１に給電し、充電装置１の逆方向動作（放電させる動作）によって、ＥＶの蓄電池５を非常用の電源として活用することができる。

《第５実施形態》
図５は、第５実施形態に係る蓄電システム１００の単線接続図である。図１との違いは、接続装置２が、充電装置１の内部に設けられている点である。接続装置２は、このようにして充電装置１の一部とすることもできる。
この場合、充電装置１から直接、２系統の出力電路が用意されている。例えば、常時２系統の蓄電池３，５を充電装置１に接続しておき、スイッチＳ４，Ｓ６は常時閉じておくことにより、２系統の蓄電池３，５の状態を把握することができる。従って、例えば、充電中に、接続されている蓄電池３，５のうち、残量の少ない方を通信部１３により充電装置１が検知すれば直ちに、自動的に残量の少ない方の蓄電池に接続を切り替えるよう構成することが容易である。

なお、図２，図３，図４についても同様に、接続装置２を充電装置１内に取り込むことができる。

《第６実施形態》
図６は、第６実施形態に係る蓄電システム１００の単線接続図である。これは例えば図１の構成における接続装置２を、一本の充電ケーブル２ｃにて代用した実用的な構成である。充電ケーブル２ｃは、複数の蓄電池３，５との接続に共通に使用できるコネクタ２ｃｎを終端に備えている。充電ケーブル２ｃのコネクタ２ｃｎは、物理的に１つの蓄電池しか接続できない。そして、コネクタ２ｃｎの着脱により、２つの蓄電池３．５のいずれか一方に充電することができる。充電ケーブル２ｃは１本であるため、同時に２つの蓄電池３，５を充電することはない。
すなわちこの場合、簡単確実に、接続装置の機能を充電ケーブル２ｃで実現することができる。

《その他》
なお、上記各実施形態の回路構成は、適宜、組み合わせることもできる。また、図２〜４においては定置型の蓄電池と、ＥＶの蓄電池とを図示しているが、基本的には、図１に示すように、蓄電池の種類は限定されない。

また、上記各実施形態の回路構成としてはいずれも、充電装置１内にＤＣ／ＤＣコンバータを単体で含むものを示したが、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータの機能は１つにまとめることもできる。
例えば図７は、図１における充電装置１を、より一般化した蓄電システム１００の単線接続図である。図１との違いは、充電装置１内に、外部電源ＰＳから提供された電圧・電流を所定の直流電圧に変換するコンバータ１０を設けた点である。また、このコンバータ１０は、外部電源ＰＳの停電時には、蓄電池３又は５の出力する直流電力を、所望の交流電力又は直流電力に変換することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１充電装置
２接続装置
２ｃ充電ケーブル
２ｃｎコネクタ
３蓄電池
４ＢＭＳ（管理装置）
５蓄電池
５ａ充電器
５ｄ充電端子
６ＢＭＳ（管理装置）
７商用系統電源
８太陽光発電パネル
９電路
９ｄダイオード
１０コンバータ
１１ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３通信部
１４コンバータ
１００蓄電システム
ＰＳ外部電源

Claims

外部電源から受電し、コンバータを介して直流電力を出力するとともに、通信機能を有する充電装置と、
接続可能な複数組の蓄電池のうち、いずれか１組の蓄電池及びその管理装置と前記充電装置との間で互いに、電力線及び通信線を接続する接続装置と
を備えている蓄電システム。
前記蓄電池には、定置型の蓄電池と、電気推進車両の蓄電池とが含まれる請求項１に記載の蓄電システム。
前記充電装置は、太陽光発電装置を含む請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
前記電気推進車両に搭載された交流入力の充電器に対して前記商用系統電源から前記接続装置を介して給電する電路を備えた請求項２に記載の蓄電システム。
前記接続装置を前記充電装置の内部に備える請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
前記接続装置は、前記複数の蓄電池との接続に共通に使用できるコネクタを終端に備えた１本の充電ケーブルである請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
前記定置型の蓄電池に付随して設けられた管理装置から前記充電装置へ制御電源を供給する電路を備えた請求項２に記載の蓄電システム。