JP2018019577A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換ロスを削減でき、サイズを小さくできる電力供給システムを提供する。【解決手段】電力供給システム１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、入力側に印加される直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して、変換された直流電圧を出力側へ出力する。第１のスイッチＳＷ１は、第１の直流電源１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力側との間に接続されている。第２のスイッチＳＷ２は、第２の直流電源２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力側との間に接続されている。第３のスイッチＳＷ３は、第１の直流電源１０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力側との間に接続されている。制御部６０は、第１の直流電源１０の出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力側の電圧とに基づいて、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源から負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向インバータおよび双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが直流バスに接続された電力供給システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽電池で発電された直流電圧を昇圧して直流バスに出力する。双方向インバータは、直流バスの直流電力を交流電力に変換して負荷と商用電力系統（以下、単に電力系統という）に出力する。太陽電池の出力電力が増加した場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流バスの直流電力を所望の直流電力に変換して蓄電装置を充電する。太陽電池の出力電力が減少した場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置の直流電力を所望の直流電力に変換して直流バスに出力する。

特開２０１１−１２０４５６号公報

このような電力変換システムの電力変換ロスとサイズには改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力変換ロスを削減でき、サイズを小さくできる電力供給システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力供給システムは、入力側に印加される直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して、変換された直流電圧を出力側へ出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、第１の直流電源とＤＣ／ＤＣコンバータの入力側との間に接続された第１のスイッチと、第２の直流電源とＤＣ／ＤＣコンバータの入力側との間に接続された第２のスイッチと、第１の直流電源とＤＣ／ＤＣコンバータの出力側との間に接続された第３のスイッチと、第１の直流電源の出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧とに基づいて、第１から第３のスイッチを制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、電力変換ロスを削減でき、サイズを小さくできる。

第１の実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力供給システム１の構成を示すブロック図である。電力供給システム１は、第１の直流電源１０と、第２の直流電源２０と、第１のスイッチＳＷ１と、第２のスイッチＳＷ２と、第３のスイッチＳＷ３と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、双方向インバータ４０と、監視部５０と、制御部６０と、負荷７０と、電力線ＰＬ１と、電力系統８０と、を備える。

第１の直流電源１０は、特に限定されないが、本実施形態では太陽電池であり、太陽光のエネルギーに基づいて発電し、直流電力を出力する。

第２の直流電源２０は、特に限定されないが、本実施形態では蓄電装置であり、電力を充放電可能である。第２の直流電源２０は、例えばリチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタ等を含む。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、入力側に第１端子３０ａと出力側に第２端子３０ｂを有し、双方向に電圧を変換する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、第１端子３０ａの直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して、変換された直流電圧を第２端子３０ｂから出力する。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、第２端子３０ｂの直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して、変換された直流電圧を第１端子３０ａから出力する。以下では、第２端子３０ｂの直流電圧をバス電圧Ｖｂｕｓと称す。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、第１端子３０ａに第１の直流電源１０が接続された場合、第１の直流電源１０の発電電力が最大になるように第１の直流電源１０の出力電圧を制御するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う。

第１のスイッチＳＷ１は、第１の直流電源１０と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第１端子３０ａとの間に接続され、第１の直流電源１０と第１端子３０ａとを導通させるか否か切り替える。第２のスイッチＳＷ２は、第２の直流電源２０と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第１端子３０ａとの間に接続され、第２の直流電源２０と第１端子３０ａとを導通させるか否か切り替える。第３のスイッチＳＷ３は、第１の直流電源１０と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第２端子３０ｂとの間に接続され、第１の直流電源１０と第２端子３０ｂとを導通させるか否か切り替える。

双方向インバータ４０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第２端子３０ｂの直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を、電力線ＰＬ１を介して負荷７０に出力する。また、双方向インバータ４０は、電力線ＰＬ１の交流電力を直流電力に変換して、当該直流電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第２端子３０ｂに出力する。双方向インバータ４０は、第３のスイッチＳＷ３が閉じて第１の直流電源１０に直接接続された場合、第１の直流電源１０の出力電圧を制御するＭＰＰＴ制御を行う。

電力線ＰＬ１は、電力系統８０にも接続されている。電流検出器ＣＴ１は、負荷７０よりも電力系統８０側において電力線ＰＬ１に設置され、電力線ＰＬ１に流れる電流を検出する。電流検出器ＣＴ１は、例えば変流器(ＣＴ：Current Transformer)である。電流検出器ＣＴ１で検出された電流は、双方向インバータ４０において電力制御などのために用いられる。

監視部５０は、第１の直流電源１０の出力電圧と、第２の直流電源２０の出力電圧と、第２の直流電源２０の充電状態と、バス電圧Ｖｂｕｓとを監視し、得られた情報を制御部６０に出力する。第２の直流電源２０の充電状態としては、ＳＯＣ（State Of Charge）を用いることができる。

制御部６０は、監視部５０で得られた情報および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と双方向インバータ４０から得られた情報に基づいて、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切り替えると共に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と双方向インバータ４０を制御する。また、制御部６０は、ユーザによる操作などに応じて、第１のモードまたは第２のモードに切り替えられる。第１のモードは、第１の直流電源１０の発電電力を優先的に売電に用いる経済優先モードである。第２のモードは、第１の直流電源１０の発電電力を優先的に第２の直流電源２０の充電に用いる環境優先モードである。制御部６０の具体的な機能については後述する。

制御部６０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。

次に、電力供給システム１の全体の動作についてモード毎に説明する。
［第１のモード（経済優先モード）］
第１のモードは、次の動作状態１〜４を含む。
動作状態１：制御部６０は、昼間において、第１の直流電源（太陽電池）１０の発電電力が所定値以上であり、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の場合、第１のスイッチＳＷ１を閉じ、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を開放する。所定値は、第２の直流電源（蓄電装置）２０の放電電力より大きい。第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって昇圧される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０から出力される直流電力は、双方向インバータ４０によって交流電力に変換される。交流電力は、負荷７０に供給される。交流電力が負荷７０の消費電力より大きければ、交流電力は電力系統８０に逆潮流され、売電できる。この動作状態１では、第２の直流電源（蓄電装置）２０は使用されない。

動作状態２：制御部６０は、動作状態１において発電電力が減少した場合、即ち発電電力が所定値未満であり、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の場合、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３を開放し、第２のスイッチＳＷ２を閉じる。第２の直流電源（蓄電装置）２０の放電電力は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と双方向インバータ４０を介して負荷に供給される。これにより、減少した発電電力を使用し続ける場合より、買電を少なくできる。この動作状態２では、第１の直流電源（太陽電池）１０は使用されない。

動作状態３：制御部６０は、夜間において、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３を開放し、第２のスイッチＳＷ２を閉じる。制御部６０は、第２の直流電源（蓄電装置）２０の充電が必要な場合、電気料金が安い時間帯、例えば２２時から翌日の８時までの時間帯に、電力系統８０の交流電力を用いて第２の直流電源（蓄電装置）２０を充電する。第２の直流電源（蓄電装置）２０の充電が必要か否かは、そのＳＯＣに基づいて判定できる。電力系統８０の交流電力は、双方向インバータ４０によって直流電力に変換される。バス電圧Ｖｂｕｓは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって降圧され、第２の直流電源（蓄電装置）２０に供給される。

動作状態４：制御部６０は、動作状態１において、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２を開放し、第３のスイッチＳＷ３を閉じる。よって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は第３のスイッチＳＷ３によってバイパスされ、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧が双方向インバータ４０に直接供給される。これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による電力変換ロスを回避できる。第１の直流電源（太陽電池）１０の発電電力は、双方向インバータ４０によって交流電力に変換され、交流電力は負荷７０および電力系統８０に供給される。

このとき、制御部６０は、発電電力が所定値未満であり、第２の直流電源（蓄電装置）２０が放電できる場合、さらに第２のスイッチＳＷ２を閉じる。第２の直流電源（蓄電装置）２０が放電できるか否かも、そのＳＯＣに基づいて判定できる。よって、第２の直流電源（蓄電装置）２０の放電電力も双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と双方向インバータ４０を介して負荷７０に供給される。これにより、発電電力のみを使用し続ける場合より、買電を少なくできる。買電を少なくするため、動作状態４では第２の直流電源（蓄電装置）２０の充電が必要な場合であっても充電は行われない。

［第２のモード（環境優先モード）］
第２のモードは、第１のモードの動作状態１〜４に加え、次の動作状態５を含む。
動作状態５：制御部６０は、動作状態４において、第２の直流電源（蓄電装置）２０の充電が許可され且つ充電が必要な場合、第２の直流電源（蓄電装置）２０に充電する。第２のモードにある場合、充電が許可されていると判定できる。制御部６０は、第２の直流電源（蓄電装置）２０に充電するとき、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を閉じる。そして制御部６０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に第２端子３０ｂから第１端子３０ａの方向に電圧を変換させる。これにより、発電電力の一部を用いて第２の直流電源（蓄電装置）２０を充電できる。このように、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧より第２の直流電源（蓄電装置）２０の出力電圧が低い場合に、第２の直流電源（蓄電装置）２０を充電できる。

以上のように本実施形態によれば、第１のモードと第２のモードにおいて第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第３のスイッチＳＷ３を閉じる（動作状態４）。これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を経由せずに第１の直流電源（太陽電池）１０の発電電力を双方向インバータ４０に供給できる。従って、電力変換ロスを削減できる。

また、第２のモードにおいて、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上であり、第２の直流電源（蓄電装置）２０に充電するとき、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を閉じる（動作状態５）。これにより、１台の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって、発電電力を用いて第２の直流電源（蓄電装置）２０を充電できる。従って、電力変換ロスを削減できる。

また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を第１の直流電源１０と第２の直流電源２０で共用しているので、部品点数を削減できる。従って、電力供給システム１のサイズを小さくできる。

ここで、従来の電力供給システムでは、太陽電池用のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電装置用の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとが直流バスに接続されている。そのため、太陽電池の発電電力で蓄電装置を充電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの両者を経由する。このような従来の電力供給システムと比較して、本実施形態では、前述のように電力変換ロスを削減できると共にサイズを小さくできる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第１の直流電源１０は太陽電池であり、第２の直流電源２０は蓄電装置であるが、第２の実施形態では、第１の直流電源１０は蓄電装置であり、第２の直流電源２０は太陽電池である。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図２は、第２の実施形態に係る電力供給システム１Ａの構成を示すブロック図である。蓄電装置である第１の直流電源１０が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０をバイパスして双方向インバータ４０に直接接続できる構成になっている。また、制御部６０Ａの機能が第１の実施形態と異なる。

次に、電力供給システム１Ａの全体の動作についてモード毎に説明する。
［第１のモード］
第１のモードは、第１の実施形態の動作状態１〜３と、新たな動作状態６とを含む。動作状態１〜３の動作原理は第１の実施形態と実質的に同一であるが、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２の制御が逆になる。

動作状態１：制御部６０Ａは、昼間において、第２の直流電源（太陽電池）２０の発電電力が所定値以上である場合、第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧によらず、第２のスイッチＳＷ２を閉じ、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３を開放する。

動作状態２：制御部６０Ａは、動作状態１において発電電力が減少した場合、即ち発電電力が所定値未満であり、第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の場合、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を開放し、第１のスイッチＳＷ１を閉じる。

動作状態３：制御部６０Ａは、夜間において、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を開放し、第１のスイッチＳＷ１を閉じる。

動作状態６：制御部６０Ａは、動作状態２において、第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を閉じ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０をバイパスさせ第１の直流電源（蓄電装置）１０の発電電力によって第２の直流電源（太陽電池）２０の負荷７０への電力供給を補助できる。これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による電力変換ロスを回避できる。

また、制御部６０Ａは、動作状態３においても、第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第３のスイッチＳＷ３を閉じ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０をバイパスさせる。これにより、夜間の充電時にも、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による電力変換ロスを回避できる。

［第２のモード］
第２のモードは、第１のモードの動作状態１〜３と６に加え、次の動作状態７を含む。
動作状態７：制御部６０Ａは、動作状態１において、第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上であり、第１の直流電源（蓄電装置）１０の充電が許可され且つ充電が必要な場合、第１の直流電源（蓄電装置）１０を充電する。制御部６０Ａは、第１の直流電源（蓄電装置）１０に充電するとき、第３のスイッチＳＷ３をさらに閉じる。そして制御部６０Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に第１端子３０ａから第２端子３０ｂの方向に電圧を変換させる。これにより、発電電力の一部を用いて第１の直流電源（蓄電装置）１０を充電できる。このように、第２の直流電源（太陽電池）２０の出力電圧より第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧が高い場合に、第１の直流電源（蓄電装置）１０を充電できる。

以上のように本実施形態によれば、第１のモードと第２のモードにおいて第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第３のスイッチＳＷ３を閉じる（動作状態６）。これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を経由せずに第１の直流電源（蓄電装置）１０の放電電力を双方向インバータ４０に供給できる。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を経由せずに双方向インバータ４０の出力電力を第１の直流電源（蓄電装置）１０に供給できる。従って、電力変換ロスを削減できる。

また、第２のモードにおいて第２の直流電源（太陽電池）２０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上であり、第１の直流電源（蓄電装置）１０に充電するとき、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を閉じる（動作状態７）。これにより、１台の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって、発電電力で第２の直流電源（蓄電装置）２０を充電できる。従って、電力変換ロスを削減できる。

また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を第１の直流電源１０と第２の直流電源２０で共用しているので、電力供給システム１Ａのサイズを小さくできる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態の構成に加え、第４のスイッチＳＷ４が設けられている。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図３は、第３の実施形態に係る電力供給システム１Ｂの構成を示すブロック図である。
第４のスイッチＳＷ４は、第２の直流電源２０と第２端子３０ｂとの間に接続され、第２の直流電源２０と第２端子３０ｂとを導通させるか否か切り替える。制御部６０Ｂは、監視部５０で得られた情報および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と双方向インバータ４０から得られた情報に基づいて、第１から第４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を切り替えると共に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と双方向インバータ４０を制御する。制御部６０Ｂの具体的な機能については以下に説明する。

次に、電力供給システム１Ｂの全体の動作についてモード毎に説明する。
［第１のモード］
第１のモードは、第１の実施形態の動作状態１〜４と、第２の実施形態の動作状態６とを含む。動作状態１〜４の動作原理は第１の実施形態と実質的に同一であり、動作状態６の動作原理は第２の実施形態と実質的に同一であるが、それぞれに第４のスイッチＳＷ４の制御が加わる。

動作状態１：制御部６０Ｂは、昼間において、第１の直流電源（太陽電池）１０の発電電力が所定値以上であり、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧と第２の直流電源（蓄電装置）２０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の場合、第１のスイッチＳＷ１を閉じ、第２から第４のスイッチＳＷ２〜ＳＷ４を開放する。

動作状態２：制御部６０Ｂは、動作状態１において発電電力が減少した場合、次の制御を行う。即ち、制御部６０Ｂは、発電電力が所定値未満であり、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧と第２の直流電源（蓄電装置）２０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の場合、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３と第４のスイッチＳＷ４を開放し、第２のスイッチＳＷ２を閉じる。

動作状態３：制御部６０Ｂは、夜間において、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３と第４のスイッチＳＷ４を開放し、第２のスイッチＳＷ２を閉じる。

動作状態４：制御部６０Ｂは、動作状態１において、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４を開放し、第３のスイッチＳＷ３を閉じる。このとき、制御部６０Ｂは、発電電力が所定値未満であり、第２の直流電源（蓄電装置）２０が放電できる場合、さらに第２のスイッチＳＷ２を閉じ、第２の直流電源（蓄電装置）２０の放電電力も負荷７０に供給する。

動作状態６：制御部６０Ｂは、動作状態２において、第２の直流電源（蓄電装置）２０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を開放し、第４のスイッチＳＷ４を閉じ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０をバイパスさせる。このとき、第２の直流電源（蓄電装置）２０の放電電力が減少した場合、制御部６０Ｂは、第１のスイッチＳＷ１を閉じ、第１の直流電源（太陽電池）１０の発電電力によって負荷７０への電力供給を補助できる。

また、制御部６０Ｂは、動作状態３においても、第１の直流電源（蓄電装置）１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を開放し、第４のスイッチＳＷ４を閉じ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０をバイパスさせる。

［第２のモード］
第２のモードは、第１のモードの動作状態１〜４と６に加え、第１の実施形態の動作状態５と第２の実施形態の動作状態７とを含む。動作状態５の動作原理は第１の実施形態と実質的に同一であり、動作状態７の動作原理は第２の実施形態と実質的に同一であるが、それぞれに第４のスイッチＳＷ４の制御が加わる。

動作状態５：制御部６０Ｂは、動作状態４において、第２の直流電源（蓄電装置）２０に充電するとき、第１のスイッチＳＷ１と第４のスイッチＳＷ４を開放し、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を閉じる。

動作状態７：制御部６０Ｂは、動作状態１において、第２の直流電源（蓄電装置）２０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上であり、第２の直流電源（蓄電装置）２０に充電するとき、第１のスイッチＳＷ１と第４のスイッチＳＷ４を閉じ、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を開放する。

以上のように本実施形態によれば、電力供給システム１Ｂは第２のモードにおいて第１の実施形態の動作状態５または第２の実施形態の動作状態７で動作する。そのため、第１の直流電源（太陽電池）１０の出力電圧と第２の直流電源（蓄電装置）２０の出力電圧との大小関係によらず、第１の直流電源（太陽電池）１０の発電電力を用いて第２の直流電源（蓄電装置）２０を充電できる。従って、ユーザの利便性を向上できる。
また、第１の実施形態と第２の実施形態の効果を得ることもできる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第１の直流電源１０と第２の直流電源２０が、それぞれ太陽電池であることが第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４は、第４の実施形態に係る電力供給システム１Ｃの構成を示すブロック図である。電力供給システム１Ｃは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に替えて単方向のＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｃを備える。また、制御部６０Ｃの機能が第１の実施形態と異なる。制御部６０Ｃは、第１の直流電源１０が起動された後、第２の直流電源２０が起動されるように制御する。

制御部６０Ｃは、第１の直流電源１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の場合、第１のスイッチＳＷ１を閉じ、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を開放する。第１の直流電源１０の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｃによって昇圧される。これにより、起動時のため第１の直流電源１０の出力電圧が低くても、昇圧された電圧を双方向インバータ４０に供給できる。

制御部６０Ｃは、第１の直流電源１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ以上の場合、第１のスイッチＳＷ１を開放し、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３を閉じる。第１の直流電源１０の出力電圧は、第３のスイッチＳＷ３を介して双方向インバータ４０に直接供給される。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による電力変換ロスを回避できる。低い第２の直流電源２０の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｃによって昇圧され、電力を双方向インバータ４０に供給できる。従って、第１の直流電源１０と第２の直流電源２０の両者から電力供給できる。

制御部６０Ｃは、日射量不足などにより第１の直流電源１０の出力電圧がバス電圧Ｖｂｕｓ未満の状態が所定期間継続した場合、第１のスイッチＳＷ１を閉じたまま、第２のスイッチＳＷ２を閉じてもよい。これにより、第１の直流電源１０と第２の直流電源２０の両者の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３０Ｃによって昇圧される。よって、発電電力を効率的に利用できる。この場合、第１の直流電源１０と第１のスイッチＳＷ１との間、および、第２の直流電源２０と第２のスイッチＳＷ２との間のそれぞれに逆流防止用のダイオードを設けておくことが好ましい。

本実施形態においても、電力変換ロスを削減できると共に電力供給システム１Ｃのサイズを小さくできる。
なお、第１の直流電源１０と第２の直流電源２０が、それぞれ蓄電装置であっても以上と同様に制御できる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第３の実施形態の構成に加え、４個の直流電源が接続可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータがさらに設けられている。以下では、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

図５は、第５の実施形態に係る電力供給システム１Ｄの構成を示すブロック図である。電力供給システム１Ｄは、Ｎ（Ｎは自然数）個の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、Ｎ＋１個以上の直流電源群１１０と、Ｎ個の双方向インバータ４０と、を備える。図５では、Ｎ＝２であり、６個の直流電源群１１０が設けられている例を示している。

ここで、第１の直流電源１０と、当該第１の直流電源１０に接続された第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３との組、および、第２の直流電源２０と、当該第２の直流電源２０に接続された第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４との組を、それぞれ直流電源群１１０とする。

直流電源群１１０は、それぞれが何れかの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に接続されている。図５では、２個の直流電源群１１０は、一方の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に接続され、４個の直流電源群１１０は、他方の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に接続されている。

複数の第１および第２の直流電源１０，２０は、それぞれ、太陽電池であってもよいし、蓄電装置であってもよい。複数の第１および第２の直流電源１０，２０は、全て太陽電池であってもよいし、全て蓄電装置であってもよい。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０には、それぞれ双方向インバータ４０が接続されている。図示は省略するが、それぞれの双方向インバータ４０の出力は、例えば共通の負荷及び電力系統に接続される。

制御部６０Ｄは、複数の直流電源群１１０の複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。具体的な制御は、第１および第２の直流電源１０，２０の種類に応じて適宜決定できる。例えば、複数の第１および第２の直流電源１０，２０として複数の太陽電池と複数の蓄電装置を設け、第３の実施形態に基づいて制御することができる。このとき、例えば動作状態１における複数の太陽電池に関する制御として、第４の実施形態の制御を採用できる。即ち、制御部６０Ｄは、第４の実施形態に基づいて、出力電圧の高い太陽電池をバイパスし、出力電圧の低い太陽電池を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０で昇圧し、電力を双方向インバータ４０に供給できる。３個以上の太陽電池が設けられた場合にも、出力電圧が低いものは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第１端子３０ａに接続され、出力電圧が高いものは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第２端子３０ｂに接続される。

本実施形態によれば、３個以上の第１および第２の直流電源１０，２０を用いた上で、電力変換ロスを削減できると共に電力供給システム１Ｄのサイズを小さくできる。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を４個の第１および第２の直流電源１０，２０で共用しているので、電力供給システム１Ｄのサイズを小さくできる効果が第３の実施形態よりも大きい。

なお、１つの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に対して、少なくとも１つの第３のスイッチＳＷ３が設けられていれば、第４のスイッチＳＷ４は設けられていなくてもよい。

以上、本発明について、実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、各実施形態では双方向インバータ４０が設けられている例について説明したが、双方向インバータ４０は設けられておらず、バス電圧Ｖｂｕｓを外部に供給してもよい。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
入力側に印加される直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して、変換された直流電圧を出力側へ出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）と、
第１の直流電源（１０）と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）の入力側との間に接続された第１のスイッチ（ＳＷ１）と、
第２の直流電源（２０）と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）の入力側との間に接続された第２のスイッチ（ＳＷ２）と、
前記第１の直流電源（１０）と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）の出力側との間に接続された第３のスイッチ（ＳＷ３）と、
前記第１の直流電源（１０）の出力電圧と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）の出力側の電圧とに基づいて、前記第１から第３のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ３）を制御する制御部（６０，６０Ａ〜６０Ｄ）と、
を備えることを特徴とする電力供給システム（１，１Ａ〜１Ｄ）。
［項目２］
前記第１の直流電源（１０）は、太陽電池であり、
前記第２の直流電源（２０）は、充放電可能な蓄電装置であり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）は、双方向に電圧を変換し、
前記制御部（６０）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）または前記第２のスイッチ（ＳＷ２）を閉じ、前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を開放し、
前記制御部（６０）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）を開放し、前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じる、ことを特徴とする項目１に記載の電力供給システム（１）。
［項目３］
前記制御部（６０）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上であり、前記第２の直流電源（２０）に充電するとき、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）を開放し、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）に出力側から入力側の方向に電圧を変換させる、ことを特徴とする項目２に記載の電力供給システム（１）。
［項目４］
前記第１の直流電源（１０）は、充放電可能な蓄電装置であり、
前記第２の直流電源（２０）は、太陽電池であり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）は、双方向に電圧を変換し、
前記制御部（６０Ａ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）または前記第２のスイッチ（ＳＷ２）を閉じ、前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を開放し、
前記制御部（６０Ａ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）を開放し、前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じる、ことを特徴とする項目１に記載の電力供給システム（１Ａ）。
［項目５］
前記制御部（６０Ａ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上であり、前記第１の直流電源（１０）に充電するとき、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）を開放し、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）に入力側から出力側の方向に電圧を変換させる、ことを特徴とする項目４に記載の電力供給システム（１Ａ）。
［項目６］
前記第２の直流電源（２０）と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側との間に接続された第４のスイッチ（ＳＷ４）を備え、
前記制御部（６０Ｂ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧と前記第２の直流電源（２０）の出力電圧と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧とに基づいて、前記第１から第４のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を制御する、ことを特徴とする項目１に記載の電力供給システム（１Ｂ）。
［項目７］
前記第１の直流電源（１０）は、太陽電池であり、
前記第２の直流電源（２０）は、充放電可能な蓄電装置であり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）は、双方向に電圧を変換し、
前記制御部（６０Ｂ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧と前記第２の直流電源（２０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）または前記第２のスイッチ（ＳＷ２）を閉じ、前記第３のスイッチ（ＳＷ３）と前記第４のスイッチ（ＳＷ４）を開放し、
前記制御部（６０Ｂ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）と前記第４のスイッチ（ＳＷ４）を開放し、前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じ、
前記制御部（６０Ｂ）は、前記第２の直流電源（２０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上の場合、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を開放し、前記第４のスイッチ（ＳＷ４）を閉じる、ことを特徴とする項目６に記載の電力供給システム（１Ｂ）。
［項目８］
前記制御部（６０Ｂ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上であり、前記第２の直流電源（２０）に充電するとき、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）と前記第４のスイッチ（ＳＷ４）を開放し、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）に出力側から入力側の方向に電圧を変換させ、
前記制御部（６０Ｂ）は、前記第２の直流電源（２０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）の出力側の電圧以上であり、前記第２の直流電源（２０）に充電するとき、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）と前記第４のスイッチ（ＳＷ４）を閉じ、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を開放し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）に入力側から出力側の方向に電圧を変換させる、ことを特徴とする項目７に記載の電力供給システム（１Ｂ）。
［項目９］
前記第１の直流電源（１０）と前記第２の直流電源（２０）は、それぞれ太陽電池であり、
前記制御部（６０Ｃ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０Ｃ）の出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）を閉じ、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を開放し、
前記制御部（６０Ｃ）は、前記第１の直流電源（１０）の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０Ｃ）の出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチ（ＳＷ１）を開放し、前記第２のスイッチ（ＳＷ２）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）を閉じる、ことを特徴とする項目１に記載の電力供給システム（１Ｃ）。
［項目１０］
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）の出力側の直流電力を交流電力に変換して当該交流電力を出力し、交流電力を直流電力に変換して当該直流電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）の出力側に出力する双方向インバータ（４０）を備える、ことを特徴とする項目１から９のいずれか一項に記載の電力供給システム（１，１Ａ〜１Ｄ）。
［項目１１］
前記第１の直流電源（１０）と、当該第１の直流電源（１０）に接続された前記第１のスイッチ（ＳＷ１）と前記第３のスイッチ（ＳＷ３）との組、および、前記第２の直流電源（２０）と、当該第２の直流電源（２０）に接続された前記第２のスイッチ（ＳＷ２）との組を、それぞれ直流電源群（１１０）として、
Ｎ（Ｎは自然数）個の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）と、
それぞれが何れかの前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０，３０Ｃ）に接続されたＮ＋１個以上の前記直流電源群（１１０）と、
を備えることを特徴とする項目１に記載の電力供給システム（１，１Ａ〜１Ｄ）。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…電力供給システム、ＳＷ１…第１のスイッチ、ＳＷ２…第２のスイッチ、ＳＷ３…第３のスイッチ、ＳＷ４…第４のスイッチ、１０…第１の直流電源、２０…第２の直流電源、３０…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０ａ…第１端子、３０ｂ…第２端子、３０Ｃ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０…双方向インバータ、５０…監視部、６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ…制御部、１１０…直流電源群。

Claims (11)

1. 入力側に印加される直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して、変換された直流電圧を出力側へ出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   第１の直流電源と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側との間に接続された第１のスイッチと、
   第２の直流電源と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側との間に接続された第２のスイッチと、
   前記第１の直流電源と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側との間に接続された第３のスイッチと、
   前記第１の直流電源の出力電圧と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧とに基づいて、前記第１から第３のスイッチを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする電力供給システム。
2. 前記第１の直流電源は、太陽電池であり、
   前記第２の直流電源は、充放電可能な蓄電装置であり、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向に電圧を変換し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを閉じ、前記第３のスイッチを開放し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチを開放し、前記第３のスイッチを閉じる、ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上であり、前記第２の直流電源に充電するとき、前記第１のスイッチを開放し、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを閉じ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力側から入力側の方向に電圧を変換させる、ことを特徴とする請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記第１の直流電源は、充放電可能な蓄電装置であり、
   前記第２の直流電源は、太陽電池であり、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向に電圧を変換し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを閉じ、前記第３のスイッチを開放し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチを開放し、前記第３のスイッチを閉じる、ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
5. 前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上であり、前記第１の直流電源に充電するとき、前記第１のスイッチを開放し、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを閉じ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力側から出力側の方向に電圧を変換させる、ことを特徴とする請求項４に記載の電力供給システム。
6. 前記第２の直流電源と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側との間に接続された第４のスイッチを備え、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧と前記第２の直流電源の出力電圧と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧とに基づいて、前記第１から第４のスイッチを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
7. 前記第１の直流電源は、太陽電池であり、
   前記第２の直流電源は、充放電可能な蓄電装置であり、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向に電圧を変換し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧と前記第２の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを閉じ、前記第３のスイッチと前記第４のスイッチを開放し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチと前記第４のスイッチを開放し、前記第３のスイッチを閉じ、
   前記制御部は、前記第２の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上の場合、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを開放し、前記第４のスイッチを閉じる、ことを特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上であり、前記第２の直流電源に充電するとき、前記第１のスイッチと前記第４のスイッチを開放し、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを閉じ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力側から入力側の方向に電圧を変換させ、
   前記制御部は、前記第２の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上であり、前記第２の直流電源に充電するとき、前記第１のスイッチと前記第４のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを開放し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力側から出力側の方向に電圧を変換させる、ことを特徴とする請求項７に記載の電力供給システム。
9. 前記第１の直流電源と前記第２の直流電源は、それぞれ太陽電池であり、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧未満の場合、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを開放し、
   前記制御部は、前記第１の直流電源の出力電圧が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧以上の場合、前記第１のスイッチを開放し、前記第２のスイッチと前記第３のスイッチを閉じる、ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
10. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の直流電力を交流電力に変換して当該交流電力を出力し、交流電力を直流電力に変換して当該直流電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に出力する双方向インバータを備える、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電力供給システム。
11. 前記第１の直流電源と、当該第１の直流電源に接続された前記第１のスイッチと前記第３のスイッチとの組、および、前記第２の直流電源と、当該第２の直流電源に接続された前記第２のスイッチとの組を、それぞれ直流電源群として、
    Ｎ（Ｎは自然数）個の前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    それぞれが何れかの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続されたＮ＋１個以上の前記直流電源群と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。

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