JP2017169446A - 電力制御装置、電力制御システム、電力制御方法、および蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の太陽電池の発電電力を効率良く蓄電池に充電することができる電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法を提供する。
【解決手段】太陽電池１２４〜１２６が発電する電力を電池モジュール１４２〜１４６で構成される蓄電池１４０に充電するように制御し、蓄電池１４０の電力を放電するように制御する電力制御装置１００は、蓄電池１４０の充電時は、太陽電池１２４〜１２６が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、それぞれ対応する電池モジュール１４２〜１４６が個別に充電されるように制御し、蓄電池１４０の放電時は、電池モジュール１４２〜１４６が直列接続されるように制御する制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法に関するものである。より詳細には、本発明は、複数の太陽電池が発電する電力を蓄電池に充電し、蓄電池に充電した電力を放電するように制御する電力制御装置、このような電力制御装置を含む電力制御システム、および、このような電力制御装置の電力制御方法に関するものである。

従来、例えば複数の太陽電池など複数の分散電源を統合して系統連系するパワーコンディショナが知られている。このようなパワーコンディショナでは、複数の分散電源のそれぞれに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータが、各分散電源から出力される電力の電圧を調整する。このように電圧調整された電力は統合（ＤＣ中間リンク）されてインバータに入力され、このインバータが入力された電力を直流から交流に変換する。このようなパワーコンディショナは、種々のものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２０２６０号公報

図１０は、複数の分散電源をＤＣ中間リンクする従来のパワーコンディショナの典型的な例を示す図である。図１０に示す例では、２つの太陽電池１２２，１２４が発電する電力を、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４で昇圧し、ＤＣ中間リンクしてから、インバータ３０により直流から交流に変換して、負荷２００に供給可能な構成となっている。このような構成において、分散電源として蓄電池１４０を接続するには、昇圧および降圧に対応した双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７０を介する必要がある。図１０に示す例では、太陽電池１２２，１２４が発電した電力の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４で一旦昇圧した後、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７０で降圧することにより、蓄電池１４０に充電する。

このように、従来、太陽光発電をした電力を蓄電池に充電する電力制御装置においては、太陽電池が発電した電力を一旦昇圧した後、蓄電池に充電するために降圧するため、効率が悪かった。

したがって、本発明の目的は、複数の太陽電池の発電電力を効率良く蓄電池に充電することができる電力制御装置、このような電力制御装置を含む電力制御システム、および、このような電力制御装置の電力制御方法を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る発明は、
複数の太陽電池が発電する電力を複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置であって、
前記蓄電池の充電時は、前記複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御し、
前記蓄電池の放電時は、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御する制御部を備えるものである。

また、前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部と、を備え、
前記制御部の制御により、前記蓄電池の充電時において、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記複数の太陽電池が発電する電力の電圧を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御によりそれぞれ昇圧し、
前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力のうち前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給されない電力をそれぞれ電流制御することにより、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御してもよい。

また、前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部を備え、
前記制御部の制御により、前記蓄電池の放電時において、
前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力が、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールに供給されないように制御してもよい。

また、前記複数の電池モジュールをそれぞれ直列接続可能にするスイッチが接続され、
前記制御部の制御により、
前記蓄電池の充電時は前記スイッチを解放して前記複数の電池モジュールが個別に充電されるようにし、
前記蓄電池の放電時は前記スイッチを接続して前記複数の電池モジュールが直列接続されるように構成してもよい。

また、前記制御部の制御により、前記蓄電池の充電時において、
前記複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールがそれぞれ満充電になるタイミングに基づいて、当該複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御してもよい。

上記目的を達成する第２の観点に係る発明は、
複数の太陽電池と、
複数の電池モジュールで構成される蓄電池と、
前記複数の太陽電池が発電する電力を前記複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置と、
を含む電力制御システムであって、
前記電力制御装置は、
前記蓄電池の充電時、前記複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御し、
前記蓄電池の放電時、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御するものである。

また、前記電力制御装置は、
前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部と、を備え、
前記蓄電池の充電時において、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記複数の太陽電池が発電する電力の電圧を最大電力点追従制御によりそれぞれ昇圧し、
前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力のうち前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給されない電力をそれぞれ電流制御することにより、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御してもよい。

また、前記電力制御装置は、前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部を備え、
前記蓄電池の放電時において、
前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力が、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールに供給されないように制御してもよい。

上記目的を達成する第３の観点に係る発明は、
複数の太陽電池が発電する電力を複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置の電力制御方法であって、
前記蓄電池の充電時は、前記複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御するステップと、
前記蓄電池の放電時は、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御するステップと、を含むものである。

また、前記電力制御装置は、
前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部と、を備え、
前記蓄電池の充電時において、
前記複数の太陽電池が発電する電力の電圧を最大電力点追従制御によりそれぞれ昇圧するように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するステップと、
前記複数の太陽電池が発電する電力のうち前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給されない電力をそれぞれ電流制御することにより、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように前記複数の電流制御部を制御するステップと、を含んでもよい。

また、前記電力制御装置は、前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部を備え、
前記蓄電池の放電時において、
前記複数の太陽電池が発電する電力が、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールに供給されないように前記複数の電流制御部を制御するステップを含んでもよい。

本発明によれば、複数の太陽電池の発電電力を効率良く蓄電池に充電することができる電力制御装置、このような電力制御装置を含む電力制御システム、および、このような電力制御装置の電力制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電力制御装置を含む電力制御システムを概略的に示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る電力制御装置の充電時の制御を説明する図である。 本実施形態に係る電力制御装置の放電時の制御を説明する図である。 本実施形態に係る電流制御部およびＤＣ／ＤＣコンバータの構成を説明する図である。 ＭＰＰＴ制御について説明する図である。 本実施形態に係る電力制御装置の充電時の制御を説明するフローチャートである。 本実施形態に係る電力制御装置の放電時の制御を説明するフローチャートである。 本実施形態に係る電力制御装置のＭＰＰＴによる充電時の制御を説明するフローチャートである。 本実施形態に係る電力制御装置の負荷追従による充電時の制御を説明するフローチャートである。 従来の電力制御装置の典型例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力制御装置を含む電力制御システムを概略的に示す機能ブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る電力制御システム１は、電力制御装置１００と、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６と、蓄電池１４０と、を含んで構成される。電力制御システム１において、電力制御装置１００は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を、蓄電池１４０に充電することができる。また、電力制御装置１００は、蓄電池１４０に充電された電力を放電して、負荷２００などに供給することができる。また、電力制御装置１００は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力のうち余剰する電力を、系統３００に売電することができる。

本実施形態において、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６は、それぞれ一般的な太陽電池モジュールなどとすることができる。すなわち、太陽電池１２２，１２４，１２６は、太陽光エネルギーを電力に変換して出力する。この太陽電池１２２，１２４，１２６は、それぞれ従来の太陽電池と同じ構成のものを採用することができるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態において、蓄電池１４０は、複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６で構成される。これら複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６は、それぞれ対応する太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を充電することができる。また、電池モジュール１４２，１４４，１４６は、それぞれに充電された電力を放電することができるが、本実施形態においては、蓄電池１４０を放電する際は、後述のように電池モジュール１４２，１４４，１４６を直列接続する。この電池モジュール１４２，１４４，１４６は、それぞれ従来の蓄電池に用いられる電池モジュールと同じ構成のものを採用することができるため、詳細な説明は省略する。

負荷２００は、図１においては簡略化して示してある。この負荷２００は、各家庭における家電製品など、種々のものとすることができる。また、負荷２００を構成する機器の数も任意の個数とすることができる。

次に、本実施形態に係る電力制御装置１００について説明する。

電力制御装置１００は、制御部１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６，２８、インバータ３０、および電流制御部４２，４４，４６を備えている。

制御部１０は、電力制御装置１００を構成する各機能部をはじめとして、電力制御装置１００の全体を制御および管理する。制御部１０による本実施形態に係る制御については、さらに後述する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は、太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ接続される。これらＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電した電力の電圧をそれぞれ変換する。本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電した電力の電圧を昇圧することができる。インバータ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６により昇圧されてから統合（ＤＣ中間リンク）された直流電力を、交流に変換する。このようにして交流に変換されて電力制御装置１００から出力される電力は、負荷２００または系統３００に供給することができる。

電流制御部４２，４４，４６は、太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ接続される。より詳細には、電流制御部４２，４４，４６の一端は、太陽電池１２２，１２４，１２６とＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６との間の接続線に接続される。すなわち、電流制御部４２，４４，４６の一端には、太陽電池１２２，１２４，１２６からＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６にそれぞれ供給される電力から分流した電力が供給される。これら電流制御部４２，４４，４６の動作については、さらに後述する。また、電流制御部４２，４４，４６の他端は、それぞれ蓄電池１４０を構成する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６に接続される。

電池モジュール１４２と１４４との間には、スイッチ５２が接続される。また、電池モジュール１４４と１４６との間には、スイッチ５４はが接続される。したがって、これらスイッチ５２，５４がオン（接続）になっている時は、電池モジュール１４２，１４４，１４６は直列接続される。一方、これらスイッチ５２，５４がオフすなわちオープン（解放）になっている時は、電池モジュール１４２，１４４，１４６はそれぞれ互いに接続されない状態になる。このように、蓄電池１４０は、複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６をそれぞれ直列接続可能にするスイッチ５２，５４を備えている。

図１においては、スイッチ５２，５４がそれぞれ蓄電池１４０の内部に含まれる構成を示したが、本発明に係る電力制御システム１はこのような構成に限定されない。例えば、スイッチ５２，５４を蓄電池１４０の外部に設置してもよい。この場合、例えば、スイッチ５２，５４を、蓄電池１４０の付近または電力制御装置１００の付近に設置したり、あるいはスイッチ５２，５４が電力制御装置１００に内蔵されるようにしてもよい。

スイッチ６０は、蓄電池１４０の放電時にオン（接続）にすることにより、蓄電池１４０の放電する電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８側に供給することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、蓄電池１４０が放電した電力の電圧を、他のＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６の出力電圧（中間リンク電圧）に合わせて調整する。

上述した各スイッチ５２，５４，６０は、オフすなわちオープン（解放）状態を形成するに際し、電力が物理的に遮断される構成に限定されるものではない。このようなスイッチは、例えば、流れる電流および電圧が遮断されるような構成であれば、任意のものを採用することができる。

本実施形態において、制御部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６，２８、インバータ３０、電流制御部４２，４４，４６、スイッチ５２，５４，６０を制御する。図１において、制御部１０が各機能部を制御するための制御ラインを破線により示してある。また、本実施形態に係る電力制御システム１は、蓄電池１４０を構成する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６等の電圧等を測定するための各種センサを含んで構成されるが、これらの各種センサは図の簡略化のため省略する。

次に、蓄電池１４０に充電する際の電力制御装置１００による動作について説明する。

図２は、本実施形態に係る電力制御装置１００における蓄電池１４０の充電時の制御を説明する図である。図２においては、電力の流れを太い実線により示してある。

図２に示すように、電力制御装置１００において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は、それぞれ接続された太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力の電圧を昇圧する。そして、このように昇圧された電力を統合したものを、インバータ３０が直流から交流に変換して、負荷２００および／または系統３００に供給する。

また、図２に示すように、電力制御装置１００において、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力は、それぞれ電流制御部４２，４４，４６に分流される。このように分流された電力は、それぞれ電流制御部４２，４４，４６によって電流制御されることにより、それぞれ対応する電池モジュール１４２，１４４，１４６に充電される。

この場合、制御部１０は、図２に示すように、スイッチ５２，５４，６０がオフすなわちオープン（解放）になるように制御する。スイッチ６０が解放されることにより、蓄電池１４０に充電される電力が電力制御装置１００側に放電されることはない。また、スイッチ５２，５４が解放されることにより、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電した電力は、それぞれ対応する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６に個別に充電される。このため、本実施形態において、蓄電池１４０が満充電になるまでの時間は、蓄電池１４０を全体として充電する場合に比べて短くなる。

このように、本実施形態に係る電力制御装置１００は、蓄電池１４０の充電時は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電した電力をそれぞれ電流制御する。そして、電力制御装置１００は、このように電流制御した電力により、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ対応する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が個別に充電されるように制御する。また、電力制御装置１００は、蓄電池１４０の充電時において、複数の電流制御部４２，４４，４６は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力のうち複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６に供給されない電力をそれぞれ電流制御する。このような制御により、電力制御装置１００は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ対応する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が個別に充電されるように制御する。また、電力制御装置１００において、蓄電池１４０の充電時はスイッチ５２，５４を解放して複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が個別に充電されるようにする。

次に、蓄電池１４０から電力を放電する際の電力制御装置１００による動作について説明する。

図３は、本実施形態に係る電力制御装置１００における蓄電池１４０の放電時の制御を説明する図である。図３においても、電力の流れを太い実線により示してある。

図３に示すように、電力制御装置１００において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は、それぞれ接続された太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力の電圧を昇圧する。そして、このように昇圧された電力を統合したものを、インバータ３０が直流から交流に変換して、負荷２００および／または系統３００に供給する。

また、蓄電池１４０の放電時は、図３に示すように、電流制御部４２，４４，４６が、電流を流さないように、すなわち電流制御部４２，４４，４６がオープン（解放）と同様の働きを行うように制御する。したがって、この場合、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力の分流は、それぞれ対応する電池モジュール１４２，１４４，１４６に充電されない。

この場合、制御部１０は、図３に示すように、スイッチ５２，５４，６０がオンすなわち接続状態になるように制御する。スイッチ６０が接続されることにより、蓄電池１４０に充電された電力を電力制御装置１００側に放電することができる。また、スイッチ５２，５４が接続されることにより、蓄電池１４０を構成する電池モジュール１４２，１４４，１４６は直列接続される。このため、本実施形態において、蓄電池１４０は、電池モジュール１４２，１４４，１４６を個別に放電する場合に比べて、大きな電圧を出力することができる。このようにして蓄電池１４０から放電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８によって中間リンク電圧に合わせて調整されて、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力とともに、負荷２００に供給することができる。

このように、本実施形態に係る電力制御装置１００は、蓄電池１４０の放電時は、複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が直列接続されるように制御する。また、蓄電池１４０の放電時において、複数の電流制御部４２，４４，４６は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力のうち複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６に供給されない電力が、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ対応する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６に供給されないように制御する。また、電力制御装置１００において、蓄電池１４０の放電時はスイッチ５２，５４を接続して複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が直列接続されるようにする。

次に、本実施形態による電流制御部４２，４４，４６について説明する。

図４は、図１〜３に示したＤＣ／ＤＣコンバータ２２および電流制御部４２の構成を説明する図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４，２６および電流制御部４４，４６の構成についても、図４と同様とすることができる。

図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、コンデンサ８１、インダクタ８２、スイッチング素子８３、およびコンデンサ８４を備えている。このような構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、太陽電池１２２が発電した電力の電圧を、中間リンク電圧に昇圧して出力する。また、図４に示すように、電流制御部４２は、電流制限部９１およびコンデンサ９２を備えている。

図４に示すような構成により、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は、蓄電池１４０の充電時、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力の電圧を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御によりそれぞれ昇圧する。

ＭＰＰＴ制御は、図５（Ａ）に示すようなＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を有する場合に、図５（Ｂ）に示すように電力Ｐが最大になる点（ＰＭＡＸ）に追従させて電流および電圧を制御する技法として知られている。本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２２等において、太陽電池１２２等の発電した電力の電圧を上昇させる際は、以下のようにすることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が昇圧動作を行う前は、図４に示すような回路に少量の電流が流れている。すなわち、太陽電池１２２から低い電流値の電流が流れることになり、太陽電池１２２の電圧は高い状態になる。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧動作を開始させると、徐々に電流が増加することにより、太陽電池１２２からの出力電圧は下がって行く。この時の電流に電圧を乗じることにより、ＰＭＡＸの点を算出することができる。このため、図５に示すグラフにおいて、点Ｐは、左から右に向かって移動することになる。このように、本実施形態においては、電圧を制御するのではなく、電圧を監視することにより、電流を制御する。

本実施形態において、電流制御部４２は電流を制御するが、本来、ＭＰＰＴの電流制御で電圧を調整する。ところが、太陽電池１２２の発電する電力を蓄電池１４０に充電する際は、蓄電池１４０にも電流を流すことになる。このため、蓄電池１４０側の電流制限部９１を用いることにより蓄電池１４０に流れる電流を絞り、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２においてＭＰＰＴ制御を行う電流を徐々に増加させる。すなわち、本実施形態において、太陽電池１２２から出力される電流は、ＭＰＰＴ制御による電流設定値と蓄電池１４０の電池モジュール１４２の電流制限値とを合算した電流値および電圧により、最大電力点を探すことになる。ここで、電池電流の定電流制御を行うことにより、電池に流れる電流は常に一定となるので、ＭＰＰＴ制御を行う側の電流制御により最大電力点を追従することが可能になる。実際には、蓄電池１４０には電池電圧よりも高い電圧を掛けなければ、電流を流すことはできない。したがって、本実施形態においては、ＭＰＰＴ制御によって電流を制御することで、最大電力点を追従させると同時に、蓄電池１４０に流れる電流の制御が必要になる。

本実施形態において、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を蓄電池１４０に充電する際は、各電池モジュール１４２，１４４，１４６の最大電圧が、それぞれ太陽電池１２２，１２４，１２６の負荷カーブの電圧以上になる様にセル構成を行う。また、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を蓄電池１４０に充電する際は、定電流充電（ＣＣ充電）と、定電圧充電（ＣＶ充電）とを併用して充電を行う。

次に、本実施形態に係る電力制御装置１００が行う処理をさらに説明する。

図６は、本実施形態に係る電力制御装置１００の充電時の制御を説明するフローチャートである。

図６に示す電力制御装置１００の充電時の制御が開始すると、制御部１０は、スイッチ５２，５４，６０を解放する（ステップＳ１１）。これにより、蓄電池１４０を電池モジュール１４２，１４４，１４６それぞれの単位に切り分けることができる。次に、制御部１０は、各電池モジュール１４２，１４４，１４６にそれぞれ接続されている電流制御部４２，４４，４５の電流制御を有効にする（ステップＳ１２）。

そして、制御部１０は、各電池モジュール１４２，１４４，１４６の電圧をそれぞれ測定し（ステップＳ１３）、電池モジュール間にばらつきがあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。

各電池モジュール１４２，１４４，１４６の電圧にばらつきがある場合、制御部１０は、電池モジュール間で最も高い電圧を検出し（ステップＳ１５）、各電池モジュールの充電開始タイミングを設定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において各電池モジュールの充電開始タイミングが設定されたら、制御部１０は、各電池モジュールの充電開始タイミングに基づいて、各電池モジュールを充電する（ステップＳ１７）。

本実施形態において、各電池モジュールの電圧にばらつきがある場合、制御部１０は、モジュール間で電圧のバランスを取るようにする。このため、制御部１０は、各電池モジュールのうち電圧が最大ものに合わせて、電圧が不足している電池モジュールの充電を開始すべきタイミングを設定する。電圧が不足している電池モジュールから充電を開始することにより、蓄電池１４０を構成する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６がそれぞれ満充電になるタイミングを揃えることができる。なお、充電時間に余裕がある場合、各電池モジュール間のバランスを取らずに、各モジュールが満充電になるように充電を行ってもよい。

一方、ステップＳ１４において電池モジュール間の電圧にばらつきがないと判定された場合、制御部１０は、各電池モジュールが満充電になるように、各電池モジュールを充電する（ステップＳ１７）。

次に、制御部１０は、各電池モジュール１４２，１４４，１４６が満充電になったか否かを判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において電池モジュールが満充電になっていなければ、制御部１０は、ステップＳ１７に戻って充電を継続する。一方、ステップＳ１８において電池モジュールが満充電になっていれば、制御部１０は、本実施形態に係る充電の処理を終了する。

このように、電力制御装置１００は、蓄電池１４０の充電時において、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ対応する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６がそれぞれ満充電になるタイミングに基づいて、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電した電力をそれぞれ電流制御する。

図７は、本実施形態に係る電力制御装置１００の放電時の制御を説明するフローチャートである。

図７に示す電力制御装置１００の放電時の制御が開始すると、制御部１０は、電流制御部４２，４４，４６の電流制御をオフにして、電池モジュール１４２，１４４，１４６の充電を停止する（ステップＳ２１）。次に、制御部１０は、スイッチ５２，５４，６０を接続する（ステップＳ２１）。これにより、蓄電池１４０を構成する電池モジュール１４２，１４４，１４６はそれぞれ直列にスタックされ、蓄電池１４０の放電する電力はスイッチ６０を経てＤＣ／ＤＣコンバータ２８に供給される。

次に、制御部１０は、スタックした電池モジュール１４２，１４４，１４６により構成される蓄電池１４０の電圧を測定する（ステップＳ２３）。それから、制御部１０は、蓄電池１４０の放電を開始する（ステップＳ２４）。

本実施形態において、蓄電池１４０を放電する際、電池モジュール１４２，１４４，１４６が直列に接続された、すなわちスタックされた状態で、蓄電池１４０の電圧および充電容量を取得してから、蓄電池１４０を放電するのが好適である。このようにして、電力制御装置１００は、蓄電池１４０の状態を正確に把握してから放電を行うことができ、蓄電池１４０を良好に放電させることができる。

図８は、電力制御装置１００において、蓄電池１４０の充電時にＭＰＰＴ制御を行う際の処理を説明するフローチャートである。

図８に示す電力制御装置１００の充電時のＭＰＰＴ制御が開始すると、制御部１０は、電流制御部４２，４４，４６をオン状態にするが、電流制御部４２，４４，４６を流れる電流が０Ａとなるように制御する（ステップＳ３１）。すなわち、ステップＳ３１では、電流制御部４２，４４，４６はオン状態であるが、電流制御部４２，４４，４６は電流を流さないように制御する。

次に、制御部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６が、ＭＰＰＴ制御により太陽電池１２２，１２４，１２６の発電電力の電圧の昇圧を開始する（ステップＳ３２）。そして、制御部１０は、ＭＰＰＴ動作時の電圧および電流を取得する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６がＭＰＰＴの動作の追従を開始して電力最大点を算出しているので、制御部１０は、この時の電圧および電流を取得する。

そして、制御部１０は、電流制御部４２，４４，４６を流れる電流が徐々に増すように制御して（ステップＳ３４）、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を、それぞれ電池モジュール１４２，１４４，１４６に充電する。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６はＭＰＰＴ制御をそのまま継続しているため、充電電流分の電流は増加しているが、制御部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６が電圧を維持するように制御する（ステップＳ３５）。

次に、制御部１０は、充電電流を監視し（ステップＳ３６）、ＭＰＰＴ制御において充電電流が最大になったか否かを判定する（ステップＳ３７）。ＭＰＰＴ制御において充電電流が最大になったと判定されたら、制御部１０は、電圧を維持したままで充電電流による電流増加が可能であれば、動作を継続する（ステップＳ３８）。この場合、系統３００に流さない電流は、余剰電力として、蓄電池１４０に充電される。

一方、ステップＳ３７でＭＰＰＴ制御において充電電流が最大になっていないと判定されたら、制御部１０は、電圧降下が発生した場合に（ステップＳ３９）、充電電流値を下げるか否かを判定する（ステップＳ４０）。蓄電池１４０に充電する電流を増大させることで、太陽電池１２２，１２４，１２６の電圧が降下した場合、これら太陽電池１２２，１２４，１２６の出力には余裕がない。この場合、電圧を維持するために、電流制御部４２，４４，４６は電流を制限する必要がある。

ステップＳ４０において充電電流の電流値を下げる場合、制御部１０は、系統３００に供給する電力優先すなわち売電優先で動作するように、充電電流の値を再設定する（ステップＳ４１）。一方、ステップＳ４０において充電電流の電流値を下げない場合、制御部１０は、蓄電池１４０の充電優先で動作するように、充電電流の値を再設定する（ステップＳ４２）。

図９は、電力制御装置１００において、蓄電池１４０の充電時に負荷追従制御を行う際の処理を説明するフローチャートである。

図９に示す電力制御装置１００の充電時の負荷追従制御が開始すると、制御部１０は、電流制御部４２，４４，４６をオン状態にするが、電流制御部４２，４４，４６を流れる電流が０Ａとなるように制御する（ステップＳ５１）。すなわち、ステップＳ４１では、電流制御部４２，４４，４６はオン状態であるが、電流制御部４２，４４，４６は電流を流さないように制御する。

次に、制御部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６が、負荷追従制御により太陽電池１２２，１２４，１２６の発電電力の電圧の昇圧を開始する（ステップＳ５２）。そして、制御部１０は、電流が安定した時の電圧および電流を取得する（ステップＳ５３）。

そして、制御部１０は、電流制御部４２，４４，４６を流れる電流が徐々に増すように制御して（ステップＳ５４）、太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を、それぞれ電池モジュール１４２，１４４，１４６に充電する。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６は負荷追従制御をそのまま継続しているため、充電電流分の電流は増加しているが、制御部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６が電圧を維持するように制御する（ステップＳ５５）。

次に、制御部１０は、充電電流を監視し（ステップＳ５６）、負荷追従制御による動作が継続している間は、余剰電力を蓄電池１４０に充電しながら動作を継続する（ステップＳ５７）。

このように、本実施形態に係る電力制御装置１００は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６と蓄電池１４０とを直流でリンクさせて、中間電圧を生成する多入力の電力制御装置として実現することができる。本実施形態に係る電力制御装置１００は、蓄電池１４０の充電時は、蓄電池１４０を電池モジュール１４２，１４４，１４６に分割して、それぞれ太陽電池１２２，１２４，１２４６から、対応する電池モジュール１４２，１４４，１４６に充電を行う。従来の電力制御装置を用いて蓄電池を充電する場合、通常、充電回路が必要となるが、本実施形態に係る電力制御装置１００は、各太陽電池１２２，１２４，１２６の最大電力追従制御を用いて、蓄電池１４０に充電を行う。また、本実施形態に係る電力制御装置１００は、蓄電池１４０の放電時は、蓄電池１４０を構成する電池モジュール１４２，１４４，１４６を接続して放電させる。

したがって、本実施形態に係る電力制御装置１００によれば、従来の電力制御装置を用いて蓄電池を充電する場合のように、一旦昇圧した電圧を降圧する必要はない。このため、本実施形態に係る電力制御装置１００によれば、電圧変換による損失が少なくなり、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６の発電電力を効率良く蓄電池１４０に充電することができる。また、本実施形態に係る電力制御装置１００によれば、蓄電池１４０の充電時に、電池モジュール１４２，１４４，１４６をそれぞれ並列に充電する。このため、本実施形態に係る電力制御装置１００によれば、分割した電池モジュールの数に応じて、満充電までの期間を短くすることができる。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせて実施することもできる。

上述した実施形態においては、電力制御装置１００に接続する太陽電池は、１２２，１２４，１４６の３つとし、対応する電池モジュールも１４２，１４４，１４６の３つとした場合について説明した。しかしながら、本発明において、複数の太陽電池および複数の電池モジュールは、任意の複数とすることができる。このような構成の変更に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２，２４，２６、電流制御部４２，４４，４６、スイッチ５２，５４の個数等も適宜変更し得る。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した実施形態に係る電力制御装置１００のような電力制御装置による電力制御方法として実現することもできる。この場合、本発明は、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電する電力を複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６で構成される蓄電池１４０に充電するように制御し、蓄電池１４０の電力を放電するように制御する電力制御装置１の電力制御方法として実施することができる。

また、この場合、当該方法は、蓄電池１４０の充電時に、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、複数の太陽電池１２２，１２４，１２６にそれぞれ対応する複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が個別に充電されるように制御するステップを含む。また、当該方法は、蓄電池１４０の放電時に、複数の電池モジュール１４２，１４４，１４６が直列接続されるように制御するステップを含む。

１ 電力制御システム
１０ 制御部
２２，２４，２６，２８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０ インバータ
４２，４４，４６ 電流制御部
５２，５４ スイッチ
６０ スイッチ
８１，８４ コンデンサ
８２ インダクタ
８３ スイッチング素子
９１ 電流制限部
９２ コンデンサ
１００ 電力制御装置
１２２，１２４，１２６ 太陽電池
１４０ 蓄電池
１４２，１４４，１４６ 電池モジュール
２００ 負荷
３００ 系統

本発明は、電力制御装置、電力制御システム、電力制御方法、および蓄電池に関するものである。

したがって、本発明の目的は、複数の太陽電池の発電電力を効率良く蓄電池に充電することができる電力制御装置などを提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る発明は、
複数の分散電源が発電する電力を複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置であって、
前記蓄電池の充電時は、前記複数の分散電源が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の分散電源にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御し、
前記蓄電池の放電時は、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御する制御部を備えるものである。

上記目的を達成する第２の観点に係る発明は、
複数の分散電源と、
複数の電池モジュールで構成される蓄電池と、
前記複数の分散電源が発電する電力を前記複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置と、
を含む電力制御システムであって、
前記電力制御装置は、
前記蓄電池の充電時、前記複数の分散電源が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の分散電源にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御し、
前記蓄電池の放電時、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御するものである。

上記目的を達成する第３の観点に係る発明は、
複数の分散電源が発電する電力を複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置の電力制御方法であって、
前記蓄電池の充電時は、前記複数の分散電源が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の分散電源にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御するステップと、
前記蓄電池の放電時は、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御するステップと、を含むものである。

上記目的を達成する第４の観点に係る発明は、
複数の電池モジュールで構成される蓄電池であって、
前記蓄電池の充電時は、前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御され、前記蓄電池の放電時は、前記複数の蓄電池モジュールが直接接続されるように制御されるものである。

本発明によれば、複数の太陽電池の発電電力を効率良く蓄電池に充電することができる電力制御装置などを提供することができる。

Claims (11)

1. 複数の太陽電池が発電する電力を複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置であって、
   前記蓄電池の充電時は、前記複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御し、
   前記蓄電池の放電時は、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御する制御部を備える、電力制御装置。
2. 前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部と、を備え、
   前記制御部の制御により、前記蓄電池の充電時において、
   前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記複数の太陽電池が発電する電力の電圧を最大電力点追従制御によりそれぞれ昇圧し、
   前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力のうち前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給されない電力をそれぞれ電流制御することにより、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部を備え、
   前記制御部の制御により、前記蓄電池の放電時において、
   前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力が、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールに供給されないように制御する、請求項１に記載の電力制御装置。
4. 前記複数の電池モジュールをそれぞれ直列接続可能にするスイッチが接続され、
   前記制御部の制御により、
   前記蓄電池の充電時は前記スイッチを解放して前記複数の電池モジュールが個別に充電されるようにし、
   前記蓄電池の放電時は前記スイッチを接続して前記複数の電池モジュールが直列接続されるように構成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力制御装置。
5. 前記制御部の制御により、前記蓄電池の充電時において、
   前記複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールがそれぞれ満充電になるタイミングに基づいて、当該複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御する、請求項１に記載の電力制御装置。
6. 複数の太陽電池と、
   複数の電池モジュールで構成される蓄電池と、
   前記複数の太陽電池が発電する電力を前記複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置と、
   を含む電力制御システムであって、
   前記電力制御装置は、
   前記蓄電池の充電時、前記複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御し、
   前記蓄電池の放電時、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御する、電力制御システム。
7. 前記電力制御装置は、
   前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部と、を備え、
   前記蓄電池の充電時において、
   前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記複数の太陽電池が発電する電力の電圧を最大電力点追従制御によりそれぞれ昇圧し、
   前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力のうち前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給されない電力をそれぞれ電流制御することにより、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御する、請求項６に記載の電力制御システム。
8. 前記電力制御装置は、前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部を備え、
   前記蓄電池の放電時において、
   前記複数の電流制御部は、前記複数の太陽電池が発電する電力が、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールに供給されないように制御する、請求項６に記載の電力制御システム。
9. 複数の太陽電池が発電する電力を複数の電池モジュールで構成される蓄電池に充電するように制御し、当該蓄電池の電力を放電するように制御する電力制御装置の電力制御方法であって、
   前記蓄電池の充電時は、前記複数の太陽電池が発電した電力をそれぞれ電流制御した電力により、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように制御するステップと、
   前記蓄電池の放電時は、前記複数の電池モジュールが直列接続されるように制御するステップと、を含む電力制御方法。
10. 前記電力制御装置は、
    前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部と、を備え、
    前記蓄電池の充電時において、
    前記複数の太陽電池が発電する電力の電圧を最大電力点追従制御によりそれぞれ昇圧するように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを制御するステップと、
    前記複数の太陽電池が発電する電力のうち前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給されない電力をそれぞれ電流制御することにより、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールが個別に充電されるように前記複数の電流制御部を制御するステップと、を含む請求項９に記載の電力制御方法。
11. 前記電力制御装置は、前記複数の太陽電池のそれぞれに接続される複数の電流制御部を備え、
    前記蓄電池の放電時において、
    前記複数の太陽電池が発電する電力が、当該複数の太陽電池にそれぞれ対応する前記複数の電池モジュールに供給されないように前記複数の電流制御部を制御するステップを含む、請求項９に記載の電力制御方法。
    
    

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