JP2016041001A - 蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電の際の損失を小さくすることが可能な蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法を提供する。【解決手段】充放電装置１は、直流バスライン３３に接続された複数の蓄電池ユニット１０と、複数の蓄電池ユニット１０を制御する制御部２０と、を備える。複数の蓄電池ユニット１０は、蓄電池１１と、蓄電池１１と直流バスライン３３との間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、を有する。制御部２０は、蓄電池１１からの放電時には、複数の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々から同時に放電が行われるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。制御部２０は、蓄電池１１への充電時には、複数の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々へ同時に充電が行われるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法に関する。

特許文献１には、太陽光発電システムが記載されている。この太陽光発電システムは、太陽電池と、パワーコンディショナーと、複数の蓄電池充放電セットと、を備える。パワーコンディショナーは、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換して負荷に出力する。複数の蓄電池充放電セットの各々は、蓄電池と、この蓄電池に直列接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御部と、を備える。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、パワーコンディショナー内のＤＣバスラインに接続されている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣバスラインにおける直流のライン電圧をＤＣ／ＤＣ変換して蓄電池に充電するとともに、蓄電池の充電電圧をＤＣ／ＤＣ変換してＤＣバスラインに放電する。制御部は、複数の蓄電池充放電セットの各々が備える蓄電池を一定時間ごとに切り替えて充放電させる。

特開２０１２−１６１１９０号公報

特許文献１に記載されるような太陽光発電システムにおいて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、内部抵抗を有する。このため、蓄電池からの充放電の際には、充放電電流が内部抵抗を通過することにより、損失が発生する。

そこで、本発明は、充放電の際の損失を小さくすることが可能な蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電池の充放電装置は、直流バスラインに接続された複数の蓄電池ユニットと、前記複数の蓄電池ユニットを制御する制御部と、を備え、前記複数の蓄電池ユニットは、蓄電池と、前記蓄電池と前記直流バスラインとの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有し、前記制御部は、前記蓄電池からの放電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々から同時に放電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電池への充電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々へ同時に充電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

また、本発明に係る蓄電池の充放電方法は、直流バスラインに接続された複数の蓄電池ユニットを備え、前記複数の蓄電池ユニットが、蓄電池と、前記蓄電池と前記直流バスラインとの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する装置における蓄電池の充放電方法であって、前記蓄電池からの放電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々から同時に放電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電池への充電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々へ同時に充電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

本発明の蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法によれば、蓄電池からの放電時には、複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々から放電が行われ、蓄電池への充電時には、複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々へ充電が行われる。このため、直流バスラインへ流れ出す電流、及び直流バスラインから流れ込む電流が、複数の蓄電池ユニットに分散される。ここで、一般的に、電流が抵抗を通過することによる損失は、当該電流の２乗に比例する。したがって、上記の蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの内部抵抗における損失が小さくなるため、充放電の際の損失を小さくすることが可能である。また、本発明の蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法によれば１個の蓄電池から流れ出す電流、及び１個の蓄電池へ流れ込む電流が小さくなる。したがって、蓄電池から電流が流れ出すこと、及び蓄電池へ電流が流れ込むことによる蓄電池の劣化を抑制することが可能である。

ここで、前記制御部は、前記蓄電池からの放電時には、前記蓄電池からの放電電流が等しくなるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電池への充電時には、前記複数の蓄電池の各々への充電電流が等しくなるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、ようにしてもよい。この場合、複数の蓄電池ユニットの各々が備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける損失が最小化される。このため、充放電の際の損失を一層小さくすることができる。

本発明によれば、充放電の際の損失を小さくすることが可能な蓄電池の充放電装置及び蓄電池の充放電方法を提供することができる。

実施形態に係る充放電装置の構成を示す概略図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータにおける損失を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る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、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る充放電装置１の構成の概略図である。充放電装置１は、太陽電池Ｓによって発電された電力を蓄電池１１に充電する。また、充放電装置１は、蓄電池１１を放電させて、蓄電池１１の電力を負荷Ｌに供給する。このようにして、太陽電池Ｓ、充放電装置１、及び蓄電池１１は、太陽光発電システムを構成する。

充放電装置１は、複数の蓄電池ユニット１０と、制御部２０と、を備える。なお、本実施形態では、蓄電池ユニット１０の数は２個である。しかしながら、蓄電池ユニット１０の個数は、３個以上であってもよい。

２個の蓄電池ユニット１０の各々は、蓄電池１１と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とを備える。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、蓄電池１１に接続されている。ここで、蓄電池ユニット１０の各々が備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、制御部２０に接続されている。制御部２０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。制御部２０は、例えばマイクロプロセッサ等のハードウェアを用いて実現され得る。

充放電装置１は、更にパワーコンディショナー３０を備える。パワーコンディショナー３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、ＤＣ／ＡＣインバータ３２と、直流バスライン３３と、を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１とＤＣ／ＡＣインバータ３２とは、直流バスライン３３により接続されている。また、蓄電池ユニット１０の各々が備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、直流バスライン３３に接続されている。即ち、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、蓄電池１１と、直流バスライン３３との間に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、太陽電池Ｓにより発電された直流電力を昇圧して、高電圧の直流電力として出力する。ＤＣ／ＡＣインバータ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１により昇圧された直流電力を交流電力に変換して、負荷Ｌに出力する。

制御部２０は、蓄電池１１からの放電時には、２個の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々から同時に放電が行われるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。このとき、制御部２０は、２個の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々からの放電電流が等しくなるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。

また、制御部２０は、蓄電池１１への充電時には、２個の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々へ同時に充電が行われるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。このとき、制御部２０は、２個の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々への充電電流が等しくなるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を流れる電流を検出する電流センサ（不図示）を備えていてもよい。この場合には、電流センサにより検出された電流値に基づき、制御部２０が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御することができる。

充放電装置１及び充放電装置１により行われる充放電方法によれば、蓄電池１１からの放電時には、２個の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々から放電が行われ、蓄電池１１への充電時には、２個の蓄電池ユニット１０が備える蓄電池１１の各々へ充電が行われる。このため、直流バスライン３３へ流れ出す電流、及び直流バスライン３３から流れ込む電流が、２個の蓄電池ユニット１０に分散される。したがって、上記の充放電装置１及び充放電方法によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の内部抵抗における損失が小さくなるため、充放電の際の損失を小さくすることが可能である。

ここで、図２を参照して、本実施形態の充放電装置１の損失の大きさについて具体的に説明する。図２の（ａ）は、従来の充放電装置における蓄電池１１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を模式的に示す図である。図２の（ｂ）は、本実施形態の充放電装置１における蓄電池１１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を模式的に示す図である。蓄電池１１は、電圧源１１ａと、電圧源１１ａに直列に接続された内部抵抗１１ｂとして表すことができる。内部抵抗１１ｂの抵抗値をｒ１とする。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の内部抵抗を内部抵抗１２ｂとして表すことができる。内部抵抗１２ｂの抵抗値をｒ２とする。

以下で説明するように、一般的に、電流が抵抗を通過することによる損失は、当該電流の２乗に比例する。図２の（ａ）に示されるように、従来の充放電装置では、２個の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２がスイッチ１３により一定時間ごとに切り替えられて直流バスライン３３に接続されていた。したがって、同時に充電又は放電を行うのは、１個の蓄電池１１のみであった。蓄電池１１が放電を行う場合、蓄電池１１から直流バスライン３３に流れ出す放電電流をＩとすると、蓄電池１１の放電に伴う損失は、Ｉ^２×（ｒ１＋ｒ２）と表される。なお、蓄電池１１に充電を行う場合、直流バスライン３３から蓄電池１１に流れ込む充電電流をＩとすると、蓄電池１１の充電に伴う損失も、Ｉ^２×（ｒ１＋ｒ２）と表される。

一方、図２の（ｂ）に示されるように、本実施形態の充放電装置１では、２個の蓄電池１１から同時に放電が行われ、又は、２個の蓄電池１１に対して同時に充電が行われる。蓄電池１１が放電を行う場合、２個の蓄電池１１の各々から直流バスライン３３に流れ出す放電電流の合計値をＩとすると、蓄電池１１の各々から流れ出す放電電流は（Ｉ／２）となる。そして、蓄電池１１の放電に伴う損失は、２×（Ｉ／２）^２×（ｒ１＋ｒ２）＝（１／２）×Ｉ^２×（ｒ１＋ｒ２）と表される。なお、蓄電池１１に充電を行う場合、蓄電池１１の各々に流れ込む充電電流をそれぞれ（Ｉ／２）とした場合、蓄電池１１の放電に伴う損失も、（１／２）×Ｉ^２×（ｒ１＋ｒ２）と表される。このように、放電電流又は充電電流が等しい場合、本実施形態の充放電装置１によれば、従来の充放電装置と比較して、損失が半分に低減されている。

また、充放電装置１及び充放電装置１により行われる充放電方法によれば、複数の蓄電池１１の各々から同時に放電が行われ、また、複数の蓄電池１１の各々へ同時に充電が行われる。このため、１個の蓄電池１１から流れ出す電流、及び１個の蓄電池１１へ流れ込む電流が小さくなる。したがって、蓄電池１１から電流が流れ出すこと、及び蓄電池１１へ電流が流れ込むことによる蓄電池１１の劣化を抑制することが可能である。

また、制御部２０は、蓄電池１１からの放電時には、蓄電池１１からの放電電流が等しくなるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御し、蓄電池１１への充電時には、複数の蓄電池１１の各々への充電電流が等しくなるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。このため、２個の蓄電池ユニット１０の各々が備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２における損失が最小化されている。このため、充放電の際の損失が一層小さくなっている。また、本実施形態に係る蓄電池ユニット１０は、充放電の際の損失を低減できるので、商用電力系統から完全に独立し利用可能な電力が限られている電力供給システムにおいて、電力消費をできるだけ低減する必要のある状況で特に有効である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、蓄電池ユニット１０の個数を３個以上としてもよい。また、複数の蓄電池１１の各々からの放電電流及び複数の蓄電池１１の各々からの充電電流を、複数の蓄電池１１の間で互いに異なる値としてもよい。

１０…蓄電池ユニット、１１…蓄電池、１２…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０…制御部、３３…直流バスライン。

Claims (3)

1. 直流バスラインに接続された複数の蓄電池ユニットと、
   前記複数の蓄電池ユニットを制御する制御部と、
   を備え、
   前記複数の蓄電池ユニットは、
   蓄電池と、
   前記蓄電池と前記直流バスラインとの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   を有し、
   前記制御部は、前記蓄電池からの放電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々から同時に放電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電池への充電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々へ同時に充電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、蓄電池の充放電装置。
2. 前記制御部は、前記蓄電池からの放電時には、前記蓄電池からの放電電流が等しくなるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電池への充電時には、前記複数の蓄電池の各々への充電電流が等しくなるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１に記載の蓄電池の充放電装置。
3. 直流バスラインに接続された複数の蓄電池ユニットを備え、前記複数の蓄電池ユニットが、蓄電池と、前記蓄電池と前記直流バスラインとの間に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する装置における蓄電池の充放電方法であって、
   前記蓄電池からの放電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々から同時に放電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記蓄電池への充電時には、前記複数の蓄電池ユニットが備える蓄電池の各々へ同時に充電が行われるように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、蓄電池の充放電方法。

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