JP2017085892A - 蓄電池用変換装置、電力供給システムおよび電力供給制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なう。【解決手段】蓄電池用変換装置１０１は、蓄電池１０６からの直流電圧を変換して線路１５１に供給する放電動作、および線路１５１からの直流電圧を変換して蓄電池１０６に供給する充電動作を行なうことが可能な電圧変換部１３と、電圧変換部１３の充電動作および放電動作を制御する制御部１２とを備える。制御部１２は、線路１５１の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると充電動作を開始させ、線路１５１の電圧が下降して充電停止閾値以下になると充電動作を停止させ、線路１５１の電圧が下降して放電開始閾値以下になると放電動作を開始させ、線路１５１の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると放電動作を停止させる。充電停止閾値および放電停止閾値は、充電開始閾値と放電開始閾値との間の値である。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池用変換装置、電力供給システムおよび電力供給制御方法に関し、特に、蓄電池の充放電を制御することにより線路を介した直流電力供給を制御する蓄電池用変換装置、電力供給システムおよび電力供給制御方法に関する。

一般家庭およびオフィス等において、各種電気機器に供給する電力は、通常、電力系統からの交流電力である。

これに対して、たとえば、自然エネルギーの活用および電力系統の停電時の対処等のために、太陽電池等の発電装置、および蓄電池等を設置し、これら発電装置および蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して各種電気機器に供給する直流配電システムが開発されている。

たとえば、特開２０１２−１６１１８９号公報（特許文献１）には、以下のような技術が開示されている。すなわち、太陽電池と、上記太陽電池の直流電力を交流電力に変換して負荷に出力するパワーコンディショナとを含む電力システムにおいて、上記太陽電池の電力を蓄電池に対して充放電制御する。より詳細には、上記パワーコンディショナ内のＤＣバスラインと上記蓄電池との間に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介装し、上記ＤＣバスラインにおけるライン電圧を監視し、上記ライン電圧が一定範囲になるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータをＰＷＭ制御し、上記蓄電池への充電と、上記蓄電池の充電電圧の上記ＤＣバスラインへの放電とを制御する。

特開２０１２−１６１１８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＤＣバスラインにおけるライン電圧を一定値に維持するために電流値を細かく変化させることから、電流の発振が生じてしまう。この電流の発振が生じると、ＤＣバスラインを通して流れる電流が上限を超え、機器が保護のために動作を停止し、電力供給が停止する問題がある。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が小さい状態が継続されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける半導体スイッチ素子のオン抵抗が大きい状態で回路を動作させることになり、変換効率が低くなってしまう。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なうことが可能な蓄電池用変換装置、電力供給システムおよび電力供給制御方法を提供することである。

（１）この発明のある局面に係わる蓄電池用変換装置は、蓄電池からの直流電圧を変換して線路に供給する放電動作、および上記線路からの直流電圧を変換して上記蓄電池に供給する充電動作を行なうことが可能な電圧変換部と、上記電圧変換部の上記充電動作および上記放電動作を制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記線路の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると上記充電動作を開始させ、上記線路の電圧が下降して充電停止閾値以下になると上記充電動作を停止させ、上記線路の電圧が下降して放電開始閾値以下になると上記放電動作を開始させ、上記線路の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると上記放電動作を停止させ、上記充電停止閾値および上記放電停止閾値は、上記充電開始閾値と上記放電開始閾値との間の値であり、上記制御部は、上記充電動作において上記電圧変換部から上記蓄電池へ流れる電流を一定値に制御し、かつ上記放電動作において上記蓄電池から上記電圧変換部へ流れる電流を一定値に制御する。

このような構成により、蓄電池の充電動作および放電動作が停止する期間を設けることができるため、線路の電流が発振することを抑制し、線路の電圧レベルを安定させることができる。また、蓄電池の電圧が蓄電残量によって変化しても蓄電池の充放電電流を一定値に制御することができるため、安定した動作を実現することができる。また、放電電流および充電電流の値をある程度大きく設定することにより、たとえば蓄電池用変換装置における半導体スイッチ素子のオン抵抗が小さい状態で回路を動作させることができるため、蓄電池用変換装置の効率を高めることができる。したがって、線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なうことができる。

（２）好ましくは、上記蓄電池用変換装置は、さらに、上記充電動作および上記放電動作が停止しているときの上記蓄電池の電圧を測定する測定部を備える。

このように、各閾値電圧の設定により充電動作および放電動作が停止する停止期間を確保し、この停止期間において蓄電池の電圧を測定する構成により、蓄電池の起電力を正確かつ容易に測定することができる。たとえば、蓄電池の起電力を測定することによって蓄電池の残量を正確に把握することが可能となる。

（３）より好ましくは、上記制御部は、上記測定部によって測定された上記電圧に基づいて、上記蓄電池の蓄電残量を算出する。

このような構成により、停止期間において測定した蓄電池の起電力から、現在の蓄電池の正確な蓄電残量を求めることができるため、たとえば蓄電池の充電率を算出するための電流値積分の誤差を補正することができる。

（４）より好ましくは、上記制御部は、算出した上記蓄電残量が所定条件を満たす場合には、上記線路の電圧に関わらず、上記充電動作または上記放電動作を開始させない。

このような構成により、停止期間における測定結果を用いて算出した蓄電池の蓄電残量をさらに考慮して充電動作および放電動作を行なうことができるため、線路を介して直流電力を供給する構成において、過充電および過放電を防ぐことができる。

（５）好ましくは、上記制御部は、上記充電動作において上記電圧変換部から上記蓄電池へ流れる電流を所定値に制御し、かつ上記放電動作において上記蓄電池から上記電圧変換部へ流れる電流を所定値に制御する。

このように、蓄電池を定電流で放電および充電する構成により、放電時間または充電時間と定電流値とから電流値積分を正確に行なうことが可能となる。また、定電流の値をある程度大きく設定することにより、たとえば蓄電池用変換装置がトランジスタを備え、当該トランジスタとして特にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いた場合、ＩＧＢＴのオン抵抗が小さい状態で回路を動作させることができるため、蓄電池用変換装置の効率を高めることができる。また、定電流の値をある程度大きく設定することにより、放電時間または充電時間に対する停止時間の比率が高くなるため、蓄電池用変換装置に含まれるリアクトルおよび／または変圧器の鉄損が低減され、効率を高めることができる。

（６）より好ましくは、上記蓄電池用変換装置は、さらに、上記蓄電池および上記電圧変換部間を流れる電流を測定する測定部を備え、上記電圧変換部は、スイッチ素子を含み、上記制御部は、上記充電動作において、上記測定部によって測定される上記電流が所定値になるように上記スイッチ素子を制御し、かつ上記放電動作において、上記測定部によって測定される上記電流が所定値になるように上記スイッチ素子を制御する。

このような構成により、電圧変換部におけるスイッチ素子のスイッチングを制御する簡易かつ適切な方法で蓄電池の定電流放電および定電流充電を行なうことができる。

（７）好ましくは、上記充電停止閾値および上記放電停止閾値は、上記充電開始閾値および上記放電開始閾値の中央値である。

このような構成により、線路の電圧上昇および電圧下降における放電動作および充電動作の停止時間の長さに差が生じることを抑制することができるため、放電動作および充電動作の停止期間における蓄電池の蓄電残量の算出を安定して行なうことができる。また、充電停止用の閾値および放電停止用の閾値を共通化することができるため、線路の電圧に基づく充電動作および放電動作の制御の簡易化を図ることができる。

（８）この発明のある局面に係わる電力供給システムは、発電装置からの直流電圧を変換して線路に供給する発電装置用変換装置と、蓄電池からの直流電圧を変換して上記線路に供給する放電動作、および上記線路からの直流電圧を変換して上記蓄電池に供給する充電動作を行なうことが可能な蓄電池用変換装置とを備える電力供給システムであって、上記蓄電池用変換装置は、上記線路の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると上記充電動作を開始させ、上記線路の電圧が下降して充電停止閾値以下になると上記充電動作を停止させ、上記線路の電圧が下降して放電開始閾値以下になると上記放電動作を開始させ、上記線路の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると上記放電動作を停止させ、上記充電停止閾値および上記放電停止閾値は、上記充電開始閾値と上記放電開始閾値との間の値である。

このような構成により、蓄電池の充電動作および放電動作が停止する期間を設けることができるため、線路の電流が発振することを抑制し、線路の電圧レベルを安定させることができる。また、放電電流および充電電流の値をある程度大きく設定することにより、たとえば蓄電池用変換装置における半導体スイッチ素子のオン抵抗が小さい状態で回路を動作させることができるため、蓄電池用変換装置の効率を高めることができる。したがって、線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なうことができる。

（９）好ましくは、上記発電装置用変換装置は、上記線路の電圧が上昇して上記充電開始閾値より大きい第１の制限閾値以上になると、上記線路の電圧が所定の上限値を超えないように出力抑制制御を行なう。

このような構成により、線路を介して直流電力を供給する構成において、線路の電圧が過大となることを防ぎ、より安定した電力供給を行なうことができる。

（１０）好ましくは、上記電力供給システムは、さらに、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して上記線路に供給する交流電源用変換装置を備え、上記交流電源用変換装置は、上記線路の電圧が上昇して上記充電開始閾値より大きい第２の制限閾値以上になると、上記線路の電圧が所定の上限値を超えないように出力抑制制御を行なう。

このような構成により、線路を介して直流電力を供給する構成において、線路の電圧が過大となることを防ぎ、より安定した電力供給を行なうことができる。

（１１）好ましくは、上記電力供給システムは、さらに、上記線路からの直流電圧を変換して負荷に供給する負荷用変換装置を備え、上記負荷用変換装置は、電圧変換部を含み、上記蓄電池用変換装置の上記充電動作または上記放電動作の開始および停止の周期よりも短い周期で上記電圧変換部の出力電圧の制御を行なう。

このような構成により、上記線路の直流電圧が変動しても負荷に対しては一定の直流電圧または交流電圧を供給することができる。

（１２）この発明のある局面に係わる電力供給制御方法は、蓄電池からの直流電圧を変換して線路に供給する放電動作、および上記線路からの直流電圧を変換して上記蓄電池に供給する充電動作を行なうことが可能な蓄電池用変換装置における電力供給制御方法であって、上記線路の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると上記充電動作を開始させるステップと、上記線路の電圧が下降して充電停止閾値以下になると上記充電動作を停止させるステップと、上記線路の電圧が下降して放電開始閾値以下になると上記放電動作を開始させるステップと、上記線路の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると上記放電動作を停止させるステップとを含み、上記充電停止閾値および上記放電停止閾値は、上記充電開始閾値と上記放電開始閾値との間の値である。

このような構成により、蓄電池の充電動作および放電動作が停止する期間を設けることができるため、線路の電流が短時間で変化することを抑制し、線路の電圧レベルを安定させることができる。したがって、線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なうことができる。

本発明によれば、線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なうことができる。

本発明の実施の形態に係る電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池の充電率と電池電圧との対応関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る発電装置用変換装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置の充放電動作の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置における充放電動作用の閾値電圧の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置による電力供給動作の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置による電力供給動作の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力不足時におけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力不足時におけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力余剰時におけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力余剰時におけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力バランス時におけるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムの他のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給システムにおける負荷用変換装置の制御周期と蓄電池用変換装置のオン／オフ周期との関係の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［構成および基本動作］
図１は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの構成を示す図である。

図１を参照して、電力供給システム２０１は、蓄電池用変換装置１０１と、発電装置１０２と、発電装置用変換装置１０３と、交流電源１０４と、交流電源用変換装置１０５と、蓄電池１０６と、負荷用変換装置１０７とを備える。

電力供給システム２０１は、たとえば太陽光自立電源システム等の分散電源システムであり、線路１５１を介して負荷装置１０８に電力を供給する。なお、電力供給システム２０１は、系統連携を行なってもよい、すなわち、線路１５１からの電力供給先が交流電源１０４側であってもよい。

電力供給システム２０１では、たとえば、発電装置１０２において発電された直流電力が、発電装置用変換装置１０３において昇圧されて蓄電池１０６に充電されるか、あるいは負荷用変換装置１０７によって交流電力に変換されて負荷装置１０８に供給される。蓄電池用変換装置１０１により、蓄電池１０６の充放電が制御される。

より詳細には、蓄電池用変換装置１０１、発電装置用変換装置１０３、交流電源用変換装置１０５および負荷用変換装置１０７は、線路１５１と電気的に接続されている。

発電装置１０２は、自然エネルギーを利用した発電装置、たとえば太陽光発電機または風力発電機であり、発電した直流電力を発電装置用変換装置１０３へ出力する。発電装置１０２の出力電力は、たとえば２．４ｋＷである。

発電装置用変換装置１０３は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータであり、発電装置１０２から受けた直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して線路１５１へ出力する。発電装置用変換装置１０３は、たとえばＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御を行なうことにより、発電装置１０２の出力電力の最大化を図る。

蓄電池１０６は、たとえば、鉛電池、Ｌｉイオン電池、レドックスフロー電池、ＮＡＳ電池、ＮＩ−Ｃｄ電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、電気二重層キャパシタ、またはＬｉイオンキャパシタである。より具体的には、蓄電池１０６は、たとえば、起電力が１２Ｖであり、容量が１０５Ａｈであり、出力電力が５ｋＷｈであり、４直列の鉛蓄電池である。あるいは、蓄電池１０６は、たとえば、起電力が３０Ｖであり、容量が４０Ａｈであり、出力電力が２．４ｋＷｈであり、２直列のＬｉイオン電池である。なお、後述するシミュレーションでは、蓄電池１０６として上記の鉛蓄電池を用いている。

蓄電池用変換装置１０１は、たとえば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、放電動作において、蓄電池１０６からの直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して線路１５１へ出力し、充電動作において、線路１５１からの直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して蓄電池１０６へ出力する。

交流電源用変換装置１０５は、たとえば力率改善回路を含むＡＣ／ＤＣコンバータであり、商用電力系統等における交流電源１０４から受けた１００Ｖの交流電力を直流電力に変換して線路１５１へ出力する。たとえば、交流電源用変換装置１０５は、線路１５１に供給する電流を一定値に制御する定電流制御を行なう。

負荷用変換装置１０７は、たとえばＤＣ／ＡＣコンバータであり、線路１５１からの直流電力をたとえば１００Ｖの交流電力に変換して負荷装置１０８へ出力する。負荷装置１０８は、たとえば家電機器である。なお、負荷用変換装置１０７は、負荷装置の種類に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータとすることも可能である。

蓄電池用変換装置１０１、発電装置用変換装置１０３、交流電源用変換装置１０５および負荷用変換装置１０７による線路１５１の合成容量は９ｍＦである。この合成容量と負荷装置１０８の消費電力とにより、蓄電池１０６の充放電時における線路１５１の電圧上昇および電圧下降の傾きが決まる。

図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置の構成を示す図である。

図２を参照して、蓄電池用変換装置１０１は、測定部１１と、制御部１２と、電圧変換部１３と、電圧測定器３６，３７と、電流測定器３８とを備える。制御部１２は、ＰＩ演算部２０と、充放電判定部２１と、電池残量算出部２２とを含む。電圧変換部１３は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路２３と、昇降圧チョッパ回路２４とを含む。昇降圧チョッパ回路２４は、キャパシタ３１，３５と、コイル３２と、トランジスタ３３，３４とを含む。なお、昇降圧チョッパ回路２４は、トランジスタの代わりに他の種類のスイッチ素子を含む構成であってもよい。

電圧変換部１３は、蓄電池１０６からの直流電圧を変換して線路１５１に供給する放電動作、および線路１５１からの直流電圧を変換して蓄電池１０６に供給する充電動作を行なうことが可能である。制御部１２は、電圧変換部１３の充電動作および放電動作を制御する。

より詳細には、電圧測定器３７は、線路１５１の電圧Ｖｄｃを測定し、測定値を測定部１１へ出力する。電圧測定器３６は、蓄電池１０６のたとえば端子間の電圧である電池電圧Ｖｂを測定し、測定値を測定部１１へ出力する。電流測定器３８は、蓄電池１０６および電圧変換部１３間を流れる電流、具体的には蓄電池１０６に入力または出力される電池電流Ｉｂｄｃを測定し、測定値を測定部１１へ出力する。

測定部１１は、電圧Ｖｄｃ、電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂｄｃの測定値をＰＩ演算部２０へ出力し、電圧Ｖｄｃの測定値を充放電判定部２１へ出力する。また、測定部１１は、蓄電池１０６の充電時間および放電時間を測定し、充電時間および放電時間、ならびに電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂｄｃの測定値を電池残量算出部２２へ出力する。

充放電判定部２１は、測定部１１から受けた電圧Ｖｄｃに基づいて蓄電池１０６の充電動作および放電動作の開始および停止の判断を行ない、判断結果をＰＩ演算部２０へ出力する。

電池残量算出部２２は、測定部１１から受けた蓄電池１０６の充電時間および放電時間、ならびに電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂｄｃの測定値に基づいて蓄電池１０６の蓄電残量たとえば充電率を算出する。そして、電池残量算出部２２は、算出した充電率に基づいて蓄電池１０６の充電動作および放電動作の開始および停止の判断を行ない、判断結果をＰＩ演算部２０へ出力する。

図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電池の充電率と電池電圧との対応関係の一例を示す図である。

図３を参照して、蓄電池１０６は、たとえば一般始動用またはサイクル用の液式鉛蓄電池であり、充電率が１００％のときの電池電圧すなわち起電力が１２．７２Ｖであり、充電率が下がるにつれて起電力が小さくなり、充電率が２５％のときの起電力が１１．８２Ｖとなる。

たとえば、蓄電池用変換装置１０１は、図３の対応関係を示す情報を記憶している。電池残量算出部２２は、測定部１１から受けた蓄電池１０６の充電時間および放電時間、ならびに電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂｄｃの測定値に基づいて、蓄電池１０６の起電力、すなわち蓄電池１０６の端子電圧から蓄電池１０６の内部抵抗を通して流れる電流による電圧分が除外された電圧値を算出する。そして、電池残量算出部２２は、図３に示す対応関係を参照することにより、蓄電池１０６の起電力から蓄電池１０６の充電率を求める。

再び図２を参照して、ＰＩ演算部２０は、充放電判定部２１から受けた判断結果、電池残量算出部２２から受けた判断結果、ならびに測定部１１から受けた電圧Ｖｄｃ、電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂｄｃの測定値に基づいてＰＩ（比例積分）演算を行ない、昇降圧チョッパ回路２４におけるトランジスタ３３，３４のスイッチングのデューティ比をそれぞれ求める。

ＰＷＭ回路２３は、ＰＩ演算部２０から受けたデューティ比に従って、昇降圧チョッパ回路２４におけるトランジスタ３３，３４用のＰＷＭ制御信号をそれぞれ生成し、トランジスタ３３，３４へ出力する。

トランジスタ３３，３４は、たとえば逆流阻止ダイオードを有するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、ＰＷＭ回路２３から受けたＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチングする。これにより、たとえば、蓄電池１０６の放電動作において、蓄電池１０６の電池電圧Ｖｂが昇圧されて線路１５１に供給され、蓄電池１０６の充電動作において、線路１５１の電圧Ｖｄｃが降圧されて蓄電池１０６に供給される。

たとえば、電圧変換部１３は、蓄電池１０６の充電動作として定電流充電を行ない、蓄電池１０６の放電動作として定電流放電を行なう。すなわち、制御部１２は、充電動作において電圧変換部１３から蓄電池１０６へ流れる電流を一定値に制御し、かつ放電動作において蓄電池１０６から電圧変換部１３へ流れる電流を一定値に制御する。この一定値は、たとえばユーザによって予め設定された値、すなわち所定値である。

より詳細には、制御部１２は、蓄電池１０６の充電動作において、測定部１１によって測定される電流Ｉｂｄｃが所定値になるようにトランジスタ３３，３４を制御し、かつ蓄電池１０６の放電動作において、測定部１１によって測定される電流Ｉｂｄｃが所定値になるようにトランジスタ３３，３４を制御する。

たとえば、制御部１２は、蓄電池１０６の充電動作において、トランジスタ３３を常時オフし、蓄電池１０６の入力電流Ｉｂｄｃが所定値になるようにトランジスタ３４のオン状態およびオフ状態を切り替える。また、制御部１２は、蓄電池１０６の放電動作において、トランジスタ３４を常時オフし、蓄電池１０６の出力電流Ｉｂｄｃが所定値になるようにトランジスタ３３のオン状態およびオフ状態を切り替える。

図４は、本発明の実施の形態に係る発電装置用変換装置の構成を示す図である。

図４を参照して、発電装置用変換装置１０３は、測定部４１と、ＰＩ演算部４２と、電圧変換部４３と、電圧測定器６６，６７と、電流測定器６８とを備える。電圧変換部４３は、ＰＷＭ回路５１と、昇圧チョッパ回路５２とを含む。昇圧チョッパ回路５２は、キャパシタ６１，６５と、コイル６２と、トランジスタ６３と、ダイオード６４とを含む。

より詳細には、電圧測定器６７は、線路１５１の電圧Ｖｄｃを測定し、測定値を測定部４１へ出力する。電圧測定器６６は、発電装置１０２のたとえば端子間の電圧である発電電圧Ｖｇを測定し、測定値を測定部４１へ出力する。電流測定器６８は、発電装置１０２から出力される発電電流Ｉｇを測定し、測定値を測定部４１へ出力する。

測定部４１は、電圧Ｖｄｃ、発電電圧Ｖｇおよび発電電流Ｉｇの測定値をＰＩ演算部４２へ出力する。

ＰＩ演算部４２は、測定部４１から受けた電圧Ｖｄｃ、発電電圧Ｖｇおよび発電電流Ｉｇの測定値に基づいてＰＩ（比例積分）演算を行ない、昇圧チョッパ回路５２におけるトランジスタ６３のスイッチングのデューティ比を求める。

ＰＷＭ回路５１は、ＰＩ演算部４２から受けたデューティ比に従ってＰＷＭ制御信号を生成し、昇圧チョッパ回路５２におけるトランジスタ６３へ出力する。

トランジスタ６３は、たとえばＩＧＢＴであり、ＰＷＭ回路５１から受けたＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチングする。これにより、たとえば、発電装置１０２の発電電圧Ｖｇが昇圧されて線路１５１に供給される。

図５は、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置の充放電動作の一例を示す図である。

図５を参照して、ここでは、線路１５１の電圧Ｖｄｃの下限値を１６０Ｖとし、上限値を１９０Ｖとした場合について説明する。また、負荷装置１０８の消費電力は一定であると仮定する。

蓄電池用変換装置１０１は、発電装置１０２の発電量が増加し、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して１９０Ｖに達すると、蓄電池１０６の充電を開始する（タイミングｔ１）。これにより、発電装置１０２の発電する電力の余剰分が蓄電池１０６に供給され、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降する。このとき、蓄電池１０６における電流は−３０Ａ、すなわち線路１５１から蓄電池１０６へ３０Ａの充電電流が流れる。

その後、たとえば蓄電池１０６の充電量が大きい場合、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降して１７５Ｖに達すると、蓄電池用変換装置１０１は、蓄電池１０６の充電を停止する（タイミングｔ２）。この３０Ａとタイミングｔ１からタイミングｔ２までの時間との積により、充電電流の積分値が算出される。

その後、線路１５１の電圧Ｖｄｃが再び上昇して１９０Ｖに達すると、蓄電池用変換装置１０１は、蓄電池１０６の充電を再び開始する（タイミングｔ３）。

また、蓄電池用変換装置１０１は、発電装置１０２の発電量が減少し、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降して１６０Ｖに達すると、蓄電池１０６の放電を開始する（タイミングｔ１１）。これにより、発電装置１０２の発電電力の不足分が線路１５１に供給され、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇する。このとき、蓄電池１０６における電流は３０Ａ、すなわち蓄電池１０６から線路１５１へ３０Ａの放電電流が流れる。

その後、たとえば蓄電池１０６の放電量が大きい場合、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して１７５Ｖに達すると、蓄電池用変換装置１０１は、蓄電池１０６の放電を停止する（タイミングｔ１２）。この３０Ａとタイミングｔ１１からタイミングｔ１２までの時間との積により、放電電流の積分値が算出される。

その後、線路１５１の電圧Ｖｄｃが再び下降して１６０Ｖに達すると、蓄電池用変換装置１０１は、蓄電池１０６の放電を再び開始する（タイミングｔ１３）。

また、発電装置用変換装置１０３は、線路１５１の電圧が上昇して１９０Ｖより大きい１９５Ｖ以上になると、線路１５１の電圧が所定の上限値たとえば１９５Ｖを超えないように出力抑制制御を行なう。より詳細には、発電装置１０２の発電量が増加し、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して１９０Ｖに達し、蓄電池１０６の充電を開始した場合において（タイミングｔ２１）、発電装置１０２の発電量が非常に大きいときには、線路１５１の電圧Ｖｄｃがさらに上昇して１９５Ｖに達する。そうすると、発電装置用変換装置１０３は、発電装置１０２のＭＰＰＴ制御を停止し、線路１５１の電圧Ｖｄｃが１９５Ｖを超えないように制御する、具体的には、発電装置１０２から受ける電流を制限する（タイミングｔ２２）。そして、発電装置用変換装置１０３は、発電装置１０２の発電量が減少し、出力電圧が１９５Ｖから低下すると、ＭＰＰＴ制御を再開する。

また、交流電源用変換装置１０５は、線路１５１の電圧が上昇して１９０Ｖより大きい１９３Ｖ以上になると、線路１５１の電圧が所定の上限値たとえば１９３Ｖを超えないように出力抑制制御を行なう。より詳細には、発電装置１０２の発電量が増加し、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して１９０Ｖに達し、蓄電池１０６の充電を開始した場合において（タイミングｔ３１）、発電装置１０２の発電量が非常に大きいときには、線路１５１の電圧Ｖｄｃがさらに上昇して１９３Ｖに達する。そうすると、交流電源用変換装置１０５は、定電流制御を停止し、線路１５１の電圧Ｖｄｃが１９３Ｖを超えないように制御する、具体的には、交流電源１０４から受ける電流を制限する（タイミングｔ３２）。そして、交流電源用変換装置１０５は、発電装置１０２の発電量が減少し、出力電圧が１９３Ｖから低下すると、定電流制御を再開する。

このように、交流電源用変換装置１０５が出力抑制制御を開始する電圧である制限閾値を、発電装置用変換装置１０３が出力抑制制御を開始する電圧である制限閾値よりも小さくすることにより、発電装置１０２を用いた自然エネルギーの活用を優先させることができる。

また、蓄電池用変換装置１０１、発電装置用変換装置１０３、交流電源用変換装置１０５および負荷用変換装置１０７は、線路１５１の電圧が上昇して２００Ｖになると、線路１５１の電圧が異常上昇していると判断し、動作を停止する。

上記のような動作において、蓄電池１０６の充電電流および放電電流は３０Ａで一定である。

電力供給システム２０１では、充電電流および放電電流を一定の大電流に設定することができ、蓄電池用変換装置１０１におけるトランジスタとして特にＩＧＢＴを用いた場合、ＩＧＢＴのオン抵抗が小さい状態で回路を動作させることができるため、蓄電池用変換装置１０１の効率を高めることができる。

なお、線路１５１の電圧Ｖｄｃは、正電圧に限らず、負電圧であってもよい。負電圧の場合、電圧の「上昇」は、たとえば−１８０Ｖから−１９０Ｖへの方向に電圧の大きさが変わることを意味し、電圧の「下降」は、たとえば−１９０Ｖから−１８０Ｖへの方向に電圧の大きさが変わることを意味する。

図６は、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置における充放電動作用の閾値電圧の一例を示す図である。

図６を参照して、充電開始電圧Ｖｄｃｈｉは１９０Ｖであり、充放電停止電圧Ｖｄｃ０は１７５Ｖであり、放電開始電圧Ｖｄｃｌｏは１６０Ｖである。

なお、充電停止電圧および放電停止電圧は異なる電圧であってもよい。すなわち、充電停止電圧および放電停止電圧は、充電開始電圧Ｖｄｃｈｉおよび放電開始電圧Ｖｄｃｌｏの間の電圧であればよい。

図６に示す例では、充電停止電圧および放電停止電圧の値は、充電開始電圧Ｖｄｃｈｉおよび放電開始電圧Ｖｄｃｌｏの中央値である。

蓄電池用変換装置１０１における制御部１２は、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して充電開始閾値以上すなわち充電開始電圧Ｖｄｃｈｉ以上になると充電動作を開始させ、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降して充電停止閾値以下すなわち充放電停止電圧Ｖｄｃ０以下になると充電動作を停止させる。

また、制御部１２は、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降して放電開始閾値以下すなわち放電開始電圧Ｖｄｃｌｏ以下になると放電動作を開始させ、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して放電停止閾値以上すなわち充放電停止電圧Ｖｄｃ０以上になると放電動作を停止させる。

図７は、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置による電力供給動作の手順を示すフローチャートである。図７に示す停止モードにおいて、蓄電池用変換装置１０１は蓄電池１０６の充電動作および放電動作を停止し、充電モードにおいて、蓄電池用変換装置１０１は蓄電池１０６の充電動作を行ない、放電モードにおいて、蓄電池用変換装置１０１は蓄電池１０６の放電動作を行なう。

たとえば、蓄電池用変換装置１０１において、測定部１１は、停止モード時、すなわち充電動作および放電動作が停止しているときの蓄電池１０６の電圧Ｖｂを測定する。

また、たとえば、制御部１２は、停止モードにおいて測定部１１によって測定された蓄電池１０６の電圧Ｖｂに基づいて、蓄電池１０６の蓄電残量を算出する。そして、制御部１２は、算出した蓄電残量が所定条件を満たす場合には、線路１５１の電圧Ｖｄｃに関わらず、充電動作または放電動作を開始させない。

具体的には、図７を参照して、制御部１２は、停止モードにおいて（ステップＳ１）、線路１５１の電圧Ｖｄｃの判定を行ない（ステップＳ２）、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉより大きい場合であって（ステップＳ２でＹＥＳ）、蓄電池１０６の残量たとえば充電率が所定値以下であるときには（ステップＳ３でＹＥＳ）、充電モードへ遷移する（ステップＳ４）。

次に、制御部１２は、充電モードにおいて（ステップＳ４）、線路１５１の電圧Ｖｄｃの判定を行ない（ステップＳ５）、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０に達するまで充電モードを継続し（ステップＳ５でＮＯ）、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０に達すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、停止モードへ遷移する（ステップＳ１）。

また、制御部１２は、停止モードにおいて（ステップＳ１）、線路１５１の電圧Ｖｄｃの判定を行ない（ステップＳ２）、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉ以下かつ放電開始電圧Ｖｄｃｌｏ未満である場合であって（ステップＳ２でＮＯかつステップＳ６でＹＥＳ）、蓄電池１０６の残量たとえば充電率が所定値以上であるときには（ステップＳ７でＹＥＳ）、放電モードへ遷移する（ステップＳ８）。

次に、制御部１２は、放電モードにおいて（ステップＳ８）、線路１５１の電圧Ｖｄｃの判定を行ない（ステップＳ９）、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０に達するまで放電モードを継続し（ステップＳ９でＮＯ）、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０に達すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、停止モードへ遷移する（ステップＳ１）。

一方、制御部１２は、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉより大きい場合であっても（ステップＳ２でＹＥＳ）、蓄電池１０６の残量たとえば充電率が所定値より大きいときには（ステップＳ３でＮＯ）、充電モードへ遷移せず、停止モードを継続する（ステップＳ１）。

また、制御部１２は、電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｄｃｌｏ未満である場合であっても（ステップＳ６でＹＥＳ）、蓄電池１０６の残量たとえば充電率が所定値未満であるときには（ステップＳ７でＮＯ）、放電モードへ遷移せず、停止モードを継続する（ステップＳ１）。

図８は、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置による電力供給動作の一例を示す図である。

図８を参照して、制御部１２は、線路１５１の電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０たとえば１７５Ｖの状態において、停止モードを選択している。

このとき、発電装置１０２の発電量が負荷装置１０８の消費電力量よりも大きいことから、電圧Ｖｄｃが上昇する。

そして、制御部１２は、電圧Ｖｄｃの上昇により、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉより小さい状態から、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉより大きい状態に変わると、充電モードへ遷移する。

充電モードへ遷移した後、発電装置１０２の発電量が、負荷装置１０８の消費電力量および蓄電池１０６の充電量の和よりも小さいと、電圧Ｖｄｃが下降する。

そして、制御部１２は、電圧Ｖｄｃの下降により、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０より大きい状態から、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０より小さい状態に変わると、停止モードへ遷移する。

停止モードへ遷移した後、発電装置１０２の発電量が負荷装置１０８の消費電力量よりも大きいと、電圧Ｖｄｃが再び上昇する。

そして、制御部１２は、電圧Ｖｄｃの上昇により、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉより小さい状態から、電圧Ｖｄｃが充電開始電圧Ｖｄｃｈｉより大きい状態に変わると、再び充電モードへ遷移する。

また、電圧Ｖｄｃの下降によって停止モードに遷移した後、発電装置１０２の発電量が負荷装置１０８の消費電力量よりも小さいと、電圧Ｖｄｃが下降する。

そして、制御部１２は、電圧Ｖｄｃの下降により、電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｄｃｌｏより大きい状態から、電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｄｃｌｏより小さい状態に変わると、放電モードへ遷移する。

放電モードへ遷移した後、発電装置１０２の発電量および蓄電池１０６の放電量の和が負荷装置１０８の消費電力量よりも大きいと、電圧Ｖｄｃが再び上昇する。

そして、制御部１２は、電圧Ｖｄｃの上昇により、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０より小さい状態から、電圧Ｖｄｃが充放電停止電圧Ｖｄｃ０より大きい状態に変わると、停止モードへ遷移する。

停止モードに遷移した後、発電装置１０２の発電量が負荷装置１０８の消費電力量よりも小さいと、電圧Ｖｄｃが再び下降する。

そして、制御部１２は、電圧Ｖｄｃの下降により、電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｄｃｌｏより大きい状態から、電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｄｃｌｏより小さい状態に変わると、再び放電モードへ遷移する。

図９は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力不足時におけるシミュレーション結果を示す図である。

図９において、ＣＨ１は電池電流すなわち蓄電池１０６を通して流れる電流であり、ＣＨ２は蓄電池１０６の端子電圧Ｖｂであり、ＣＨ３はＤＣバス電圧すなわち線路１５１の電圧Ｖｄｃであり、ＣＨ４はインバータ電圧すなわち負荷用変換装置１０７の出力電圧である。また、本シミュレーションでは、蓄電池１０６の充電電流を２０Ａとし、放電電流を３７．５Ａに設定した。

また、ＣＨ１の目盛りの大きさは２０Ａ／ｄｉｖであり、ＣＨ２の目盛りの大きさは２Ｖ／ｄｉｖであり、ＣＨ３の目盛りの大きさは１０Ｖ／ｄｉｖであり、ＣＨ４の目盛りの大きさは２００Ｖ／ｄｉｖであり、時間を示す横軸の目盛りの大きさは２０ｍｓ／ｄｉｖである。

図９は、発電装置１０２の出力電力がゼロであり、たとえば交流電子負荷である負荷装置１０８の消費電力が５００Ｗである場合、すなわち発電量が５００Ｗ不足している場合を示している。

図９を参照して、ＤＣバス電圧ＣＨ３が下降して１６０Ｖに達すると蓄電池１０６の放電動作が開始され、蓄電池１０６の放電電流ＣＨ１が上昇し、これによりＤＣバス電圧ＣＨ３が上昇する。また、このとき、蓄電池１０６の端子電圧ＣＨ２が若干下降する。

そして、ＤＣバス電圧ＣＨ３が上昇して１７５Ｖに達すると蓄電池１０６の放電動作が停止され、蓄電池１０６の放電電流ＣＨ１がゼロとなり、これによりＤＣバス電圧ＣＨ３が再び下降する。

すなわち、ＤＣバス電圧ＣＨ３が所定範囲で安定しており、インバータ電圧ＣＨ４が安定し、負荷装置１０８に安定して電力が供給されていることが分かる。

図１０は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力不足時におけるシミュレーション結果を示す図である。図の見方は図９と同様である。

図１０は、発電装置１０２の出力電力が５００Ｗであり、たとえば交流電子負荷である負荷装置１０８の消費電力が１０００Ｗである場合、すなわち発電量が５００Ｗ不足している場合を示している。

この場合も図９と同様の動作になる。すなわち、ＤＣバス電圧ＣＨ３が所定範囲で安定しており、インバータ電圧ＣＨ４が安定し、負荷装置１０８に安定して電力が供給されていることが分かる。

図１１は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力余剰時におけるシミュレーション結果を示す図である。図の見方は図９と同様である。

図１１は、発電装置１０２の出力電力が５００Ｗであり、たとえば交流電子負荷である負荷装置１０８の消費電力がゼロである場合、すなわち発電量が５００Ｗ余っている場合を示している。

ＤＣバス電圧ＣＨ３が上昇して１９０Ｖに達すると蓄電池１０６の充電動作が開始され、蓄電池１０６の充電電流ＣＨ１が上昇し、これによりＤＣバス電圧ＣＨ３が下降する。また、このとき、蓄電池１０６の端子電圧ＣＨ２が若干上昇する。

そして、ＤＣバス電圧ＣＨ３が下降して１７５Ｖに達すると蓄電池１０６の充電動作が停止され、蓄電池１０６の充電電流ＣＨ１がゼロとなり、これによりＤＣバス電圧ＣＨ３が再び上昇する。

すなわち、ＤＣバス電圧ＣＨ３が所定範囲で安定しており、インバータ電圧ＣＨ４が安定し、負荷装置１０８に安定して電力が供給されていることが分かる。

図１２は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力余剰時におけるシミュレーション結果を示す図である。図の見方は図９と同様である。

図１２は、発電装置１０２の出力電力が１０００Ｗであり、たとえば交流電子負荷である負荷装置１０８の消費電力が５００Ｗである場合、すなわち発電量が５００Ｗ余っている場合を示している。

この場合も図１１と同様の動作になる。すなわち、ＤＣバス電圧ＣＨ３が所定範囲で安定しており、インバータ電圧ＣＨ４が安定し、負荷装置１０８に安定して電力が供給されていることが分かる。

図１３は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの電力バランス時におけるシミュレーション結果を示す図である。時間を示す横軸の目盛りの大きさが１ｓ／ｄｉｖである点を除き、図の見方は図９と同様である。

図１３は、発電装置１０２の出力電力が５００Ｗであり、たとえば交流電子負荷である負荷装置１０８の消費電力が４５０Ｗであり、発電装置１０２から負荷装置１０８までの経路の電力ロスが５０Ｗである場合、すなわち発電量および消費電力量のバランスがとれている場合を示している。

図１３を参照して、このような電力バランス時でも、ＤＣバス電圧ＣＨ３が所定範囲で安定しており、インバータ電圧ＣＨ４が安定し、負荷装置１０８に安定して電力が供給されていることが分かる。

図１４は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの他のシミュレーション結果を示す図である。

図１４において、グラフＧ１は線路１５１の電圧Ｖｄｃを示し、グラフＧ２は発電装置用変換装置１０３の入力電力を示し、グラフＧ３は負荷用変換装置１０７の出力電力を示し、グラフＧ４は蓄電池１０６の出力電力を示している。各グラフは、１秒間の平均値をプロットしたものである。

図１４を参照して、１３時５１分では天気が曇りであり、発電装置１０２の出力電力が少なく、蓄電池１０６の放電動作が行われている状態である。

次に、１３時５１分を過ぎてから天気が曇りから晴れへ変化し、発電装置１０２の出力電力が上昇すると（グラフＧ２）、蓄電池１０６の放電動作が停止し、蓄電池１０６の出力電力が下降する（グラフＧ４）。

次に、１３時５３分前になると、発電装置１０２の出力電力の上昇により蓄電池１０６の充電動作が開始される（グラフＧ４）。

次に、１３時５７過ぎに天気が晴れから一時的に曇りになると、発電装置１０２の出力電力の下降によって蓄電池１０６の充電動作から放電動作への切り替えが行われ、蓄電池１０６の出力電力が一時的に上昇する（グラフＧ４）。これと同様の動作が、１３時５９分、１４時過ぎ、１４時１分前にそれぞれ行われる。具体的には、１３時５７分〜１４時１分の間において発電装置１０２の出力電力の変動が４回生じており、１回目は発電装置１０２の出力電力が１０秒で０Ｗに下降し、１０秒で１０００Ｗに上昇した状態、２回目は発電装置１０２の出力電力が５秒で０Ｗに下降し、５秒で１０００Ｗに上昇した状態、３回目は発電装置１０２の出力電力が２秒で０Ｗに下降し、２秒で１０００Ｗに上昇した状態、４回目は発電装置１０２の出力電力が１秒で０Ｗに下降し、１秒で１０００Ｗに上昇した状態である。

次に、１４時２分に天気が晴れから曇りに変化し、発電装置１０２の出力電力が下降すると（グラフＧ２）、蓄電池１０６の充電動作が停止し、蓄電池１０６の出力電力が下降し、その後、蓄電池１０６の充電動作が開始される（グラフＧ４）。

以上のような天気の変動に対して、ＤＣバス電圧すなわち線路１５１の電圧Ｖｄｃは、１６０Ｖ〜１９０Ｖの範囲で安定していることが分かる（グラフＧ１）。また、１３時５７分〜１４時１分の間における発電装置１０２の出力電力の変動に対して、蓄電池１０６の充電動作および放電動作の切り替えによる線路１５１の電力の入出力が適切に行なえていることが分かる（グラフＧ４）。

図１５は、本発明の実施の形態に係る電力供給システムにおける負荷用変換装置の制御周期と蓄電池用変換装置のオン／オフ周期との関係の一例を示す図である。

図１５を参照して、負荷用変換装置１０７は、前述のような電力変換を行うための電圧変換部を含む。そして、負荷用変換装置１０７は、蓄電池用変換装置１０１の充電動作または放電動作の開始および停止の周期、具体的には充電動作または放電動作のオン／オフ周期よりも短い周期で上記電圧変換部の動作内容を変更可能である。たとえば、負荷用変換装置１０７は、蓄電池用変換装置１０１の充電動作または放電動作の開始および停止の周期よりも短い周期で上記電圧変換部の出力電圧を制御する。

より詳細には、発電装置１０２がたとえば１３００Ｗの太陽光発電を行う場合、蓄電池用変換装置１０１の充電動作または放電動作のオン／オフ周期は約５０ｍｓ（ミリ秒）すなわち周波数が２０Ｈｚである。

そして、負荷用変換装置１０７の上記周期たとえばＰＷＭ制御信号の周期は、蓄電池用変換装置１０１の充電動作または放電動作のオン／オフ周期よりも十分に短い必要があり、たとえば６６．７ｕｓ（マイクロ秒）すなわち周波数が１５ｋＨｚである。

ところで、特許文献１に記載の技術では、ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＤＣバスラインにおけるライン電圧を一定値に維持するために電流値を細かく変化させることから、電流の発振が生じてしまう。この電流の発振が生じると、ＤＣバスラインを通して流れる電流が上限を超え、機器が保護のために動作を停止し、電力供給が停止する問題がある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が小さい状態が継続されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける半導体スイッチ素子のオン抵抗が大きい状態で回路を動作させることになり、変換効率が低くなってしまう。

これに対して、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、制御部１２は、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して充電開始閾値以上になると充電動作を開始させ、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降して充電停止閾値以下になると充電動作を停止させる。また、制御部１２は、線路１５１の電圧Ｖｄｃが下降して放電開始閾値以下になると放電動作を開始させ、線路１５１の電圧Ｖｄｃが上昇して放電停止閾値以上になると放電動作を停止させる。充電停止閾値および放電停止閾値は、充電開始閾値と放電開始閾値との間の値である。そして、制御部１２は、充電動作において電圧変換部１３から蓄電池１０６へ流れる電流を一定値に制御し、かつ放電動作において蓄電池１０６から電圧変換部１３へ流れる電流を一定値に制御する。

すなわち、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、充電電流および放電電流を一定にして、スイッチング期間およびスイッチング停止期間を繰り返す。

このような構成により、蓄電池１０６の充電動作および放電動作が停止する期間を設けることができるため、線路１５１の電流が発振することを抑制し、線路１５１の電圧レベルを安定させることができる。また、蓄電池１０６の電圧が蓄電残量によって変化しても蓄電池１０６の充放電電流を一定値に制御することができるため、安定した動作を実現することができる。また、放電電流および充電電流の値をある程度大きく設定することにより、たとえば蓄電池用変換装置１０１におけるトランジスタ３３，３４のオン抵抗が小さい状態で回路を動作させることができるため、蓄電池用変換装置１０１の効率を高めることができる。

したがって、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、線路を介して直流電力を供給する構成において、安定かつ変換効率の高い電力供給を行なうことができる。

また、電池の充電率を計算する方法として、前述のように、電池の充電電流または放電電流の積分値に基づいて充電率を計算する方法がある。この方法では、システムの運転時間が長くなると、充電率の計算における誤差が大きくなる。このため、リチウムイオン電池等の蓄電池を用いるシステムでは、運転中に電池残量を管理することが困難である。

また、蓄電池が劣化すると、充電率に対する起電力の低下が生じるため、起電力の変化を把握し、充電率の判断に適宜反映する必要がある。ここで、鉛電池およびリチウムイオン電池は、電流が流れると内部抵抗によって見かけ上出力電圧が上昇する。このため、充電率を判断する指標となる起電力を正確に把握することが困難である。

これに対して、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、測定部１１は、充電動作および放電動作が停止しているときの蓄電池１０６の電圧Ｖｂを測定する。

このように、各閾値電圧の設定により充電動作および放電動作が停止する停止期間を確保し、この停止期間において蓄電池の電圧を測定する構成により、蓄電池の起電力を正確かつ容易に測定することができる。たとえば、蓄電池１０６の残量を正確に把握することが可能となる。これにより、起電力を測定することが容易なレドックスフロー電池等の大型な電池を使用することなく、小型で安価な鉛電池およびリチウムイオン電池等を蓄電池として用いながら、蓄電池１０６の起電力を正確かつ容易に測定することができる。

また、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、制御部１２は、測定部１１によって測定された蓄電池１０６の電圧Ｖｂに基づいて、蓄電池１０６の蓄電残量を算出する。

このような構成により、停止期間において測定した蓄電池１０６の起電力から、現在の蓄電池１０６の正確な蓄電残量を求めることができるため、たとえば蓄電池１０６の充電率を算出するための電流値積分の誤差を補正することができる。

また、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、制御部１２は、算出した蓄電残量が所定条件を満たす場合には、線路１５１の電圧Ｖｄｃに関わらず、充電動作または放電動作を開始させない。

このような構成により、停止期間における測定結果を用いて算出した蓄電池１０６の蓄電残量をさらに考慮して充電動作および放電動作を行なうことができるため、線路を介して直流電力を供給する構成において、過充電および過放電を防ぐことができる。

また、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、制御部１２は、充電動作において電圧変換部１３から蓄電池１０６へ流れる電流を所定値に制御し、かつ放電動作において蓄電池１０６から電圧変換部１３へ流れる電流を所定値に制御する。

このように、蓄電池１０６を定電流で放電および充電する構成により、放電時間または充電時間と定電流値とから電流値積分を正確に行なうことが可能となる。

また、定電流の値をある程度大きく設定することにより、たとえば蓄電池用変換装置１０１におけるトランジスタとして特にＩＧＢＴを用いた場合、ＩＧＢＴのオン抵抗が小さい状態で回路を動作させることができるため、蓄電池用変換装置１０１の効率を高めることができる。

また、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、制御部１２は、蓄電池１０６の充電動作において、測定部１１によって測定される電流Ｉｂｄｃが所定値になるようにトランジスタ３３，３４を制御し、かつ蓄電池１０６の放電動作において、測定部１１によって測定される電流Ｉｂｄｃが所定値になるようにトランジスタ３３，３４を制御する。

このような構成により、電圧変換部１３におけるトランジスタ３３，３４のスイッチングを制御する簡易かつ適切な方法で蓄電池１０６の定電流放電および定電流充電を行なうことができる。

また、本発明の実施の形態に係る蓄電池用変換装置では、充電停止閾値および放電停止閾値は、充電開始閾値および放電開始閾値の中央値である。

このような構成により、線路１５１の電圧上昇および電圧下降における放電動作および充電動作の停止時間の長さに差が生じることを抑制することができるため、放電動作および充電動作の停止期間における蓄電池１０６の蓄電残量の算出を安定して行なうことができる。また、充電停止用の閾値および放電停止用の閾値を共通化することができるため、線路１５１の電圧に基づく充電動作および放電動作の制御の簡易化を図ることができる。

また、本発明の実施の形態に係る電力供給システムでは、発電装置用変換装置１０３は、線路１５１の電圧が上昇して充電開始閾値より大きい第１の制限閾値以上になると、線路１５１の電圧が所定の上限値を超えないように出力抑制制御を行なう。

このような構成により、線路を介して直流電力を供給する構成において、線路の電圧が過大となることを防ぎ、より安定した電力供給を行なうことができる。なお、この上限値は、たとえば充電開始閾値より大きい値に設定される。

また、本発明の実施の形態に係る電力供給システムでは、交流電源用変換装置１０５は、線路１５１の電圧が上昇して充電開始閾値より大きい第２の制限閾値以上になると、線路１５１の電圧が所定の上限値を超えないように出力抑制制御を行なう。

このような構成により、線路を介して直流電力を供給する構成において、線路の電圧が過大となることを防ぎ、より安定した電力供給を行なうことができる。なお、この上限値は、たとえば充電開始閾値より大きい値に設定される。

また、本発明の実施の形態に係る電力供給システムでは、負荷用変換装置１０７は、蓄電池用変換装置１０１の充電動作または放電動作の開始および停止の周期よりも短い周期で上記電圧変換部の出力電圧の制御を行なう。

このような構成により、線路１５１の電圧変化に対して負荷用変換装置１０７の制御を追従させることができるため、負荷装置１０８への供給電圧を一定に制御することができる。

上記実施の形態は、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、上記説明ではなく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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１，４１ 測定部
１２ 制御部
１３，４３ 電圧変換部
２０，４２ ＰＩ演算部
２１ 充放電判定部
２２ 電池残量算出部
２３，５１ ＰＷＭ回路
２４，５２ 昇降圧チョッパ回路
３１，３５，６１，６５ キャパシタ
３２，６２ コイル
３３，３４，６３ トランジスタ
３６，３７，６６，６７ 電圧測定器
３８，６８ 電流測定器
６４ ダイオード
１０１ 蓄電池用変換装置
１０２ 発電装置
１０３ 発電装置用変換装置
１０４ 交流電源
１０５ 交流電源用変換装置
１０６ 蓄電池
１０７ 負荷用変換装置
２０１ 電力供給システム

Claims (6)

1. 蓄電池からの直流電圧を変換して線路に供給する放電動作、および前記線路からの直流電圧を変換して前記蓄電池に供給する充電動作を行なうことが可能な電圧変換部と、
   前記電圧変換部の前記充電動作および前記放電動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記線路の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると前記充電動作を開始させ、前記線路の電圧が下降して充電停止閾値以下になると前記充電動作を停止させ、前記線路の電圧が下降して放電開始閾値以下になると前記放電動作を開始させ、前記線路の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると前記放電動作を停止させ、
   前記充電停止閾値および前記放電停止閾値は、前記充電開始閾値と前記放電開始閾値との間の値であり、
   前記制御部は、前記充電動作において前記電圧変換部から前記蓄電池へ流れる電流を一定値に制御し、かつ前記放電動作において前記蓄電池から前記電圧変換部へ流れる電流を一定値に制御する、蓄電池用変換装置。
2. 前記制御部は、前記充電動作において前記電圧変換部から前記蓄電池へ流れる電流を所定値に制御し、かつ前記放電動作において前記蓄電池から前記電圧変換部へ流れる電流を所定値に制御する、請求項１に記載の蓄電池用変換装置。
3. 前記蓄電池用変換装置は、さらに、
   前記蓄電池および前記電圧変換部間を流れる電流を測定する測定部を備え、
   前記電圧変換部は、スイッチ素子を含み、
   前記制御部は、前記充電動作において、前記測定部によって測定される前記電流が所定値になるように前記スイッチ素子を制御し、かつ前記放電動作において、前記測定部によって測定される前記電流が所定値になるように前記スイッチ素子を制御する、請求項２に記載の蓄電池用変換装置。
4. 発電装置からの直流電圧を変換して線路に供給する発電装置用変換装置と、
   蓄電池からの直流電圧を変換して前記線路に供給する放電動作、および前記線路からの直流電圧を変換して前記蓄電池に供給する充電動作を行なうことが可能な蓄電池用変換装置とを備える電力供給システムであって、
   前記蓄電池用変換装置は、前記線路の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると前記充電動作を開始させ、前記線路の電圧が下降して充電停止閾値以下になると前記充電動作を停止させ、前記線路の電圧が下降して放電開始閾値以下になると前記放電動作を開始させ、前記線路の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると前記放電動作を停止させ、
   前記充電停止閾値および前記放電停止閾値は、前記充電開始閾値と前記放電開始閾値との間の値であり、
   前記蓄電池用変換装置は、前記充電動作において前記蓄電池へ流れる電流を一定値に制御し、かつ前記放電動作において前記蓄電池から流れる電流を一定値に制御する、電力供給システム。
5. 前記発電装置用変換装置は、前記線路の電圧が上昇して前記充電開始閾値より大きい第１の制限閾値以上になると、前記線路の電圧が所定の上限値を超えないように出力抑制制御を行ない、
   前記電力供給システムは、さらに、
   交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して前記線路に供給する交流電源用変換装置を備え、
   前記交流電源用変換装置は、前記線路の電圧が上昇して前記充電開始閾値より大きい第２の制限閾値以上になると、前記線路の電圧が所定の上限値を超えないように出力抑制制御を行ない、
   前記第２の制限閾値は、前記第１の制限閾値より小さい、請求項４に記載の電力供給システム。
6. 蓄電池からの直流電圧を変換して線路に供給する放電動作、および前記線路からの直流電圧を変換して前記蓄電池に供給する充電動作を行なうことが可能な蓄電池用変換装置における電力供給制御方法であって、
   前記線路の電圧が上昇して充電開始閾値以上になると前記充電動作を開始させるステップと、
   前記線路の電圧が下降して充電停止閾値以下になると前記充電動作を停止させるステップと、
   前記線路の電圧が下降して放電開始閾値以下になると前記放電動作を開始させるステップと、
   前記線路の電圧が上昇して放電停止閾値以上になると前記放電動作を停止させるステップとを含み、
   前記充電停止閾値および前記放電停止閾値は、前記充電開始閾値と前記放電開始閾値との間の値であり、
   前記充電動作において前記蓄電池へ流れる電流を一定値に制御し、かつ前記放電動作において前記蓄電池から流れる電流を一定値に制御する、電力供給制御方法。

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