JP2020058089A - 蓄電システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サービス従事者が蓄電池装置の保守点検を簡単、且つ安全に実施することができる蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る蓄電システムは、電力変換部と、第１開閉器と、第２開閉器とを具備する。電力変換部は、蓄電池と電力系統との間で直流電力および交流電力間の変換を行う。第１開閉器は、電力変換部への系統電力の入力を遮断する。第２開閉器は、第１開閉器が閉成から開放する動作に連動し、閉成から開放して電力変換部と蓄電池との接続を遮断する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蓄電システムおよび制御方法に関する。

近年、太陽光発電技術の普及に伴い、一般家庭でも太陽光パネル等の発電設備と蓄電池装置とを家屋に設置して、発電および充電を行うとともに、パワーコンディショナ等の制御装置により充放電制御して、電力を利用する蓄電システムが増えている。

かかる蓄電システムとして、平常時に、制御装置が電力系統および蓄電池装置の双方を使用して家庭へ電力を供給する連系運転を行い、例えば、停電時に、電力系統から解列して蓄電池装置を使用し、家庭へ電力を供給する自立運転を行うものがある。

蓄電システムの保守点検を行うサービス従事者は、制御装置内に設けられるブレーカ等の開閉器を開放操作して系統電力の入力を遮断し、蓄電池装置内に設けられるブレーカ等の開閉器を開放操作して蓄電池装置を解列してから、蓄電池装置の保守点検を行う。

「プレスリリース ２０１６ 定置式家庭用蓄電システム「eneGoon（エネグーン）」新モデルの販売について」、［平成３０年８月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tlt.co.jp/tlt/press_release/p160414/p160414.htm＞

しかしながら、従来の蓄電システムでは、サービス従事者が蓄電池装置の保守点検を行う際に、制御装置と蓄電池装置との双方に設けられる開閉器を開放操作する必要があるため作業が煩雑となり、いずれかの開閉器を開放し忘れた場合には感電の危険性がある。

本発明が解決しようとする課題は、サービス従事者が蓄電池装置の保守点検を簡単、且つ安全に実施することができる蓄電システムおよび蓄電システムの制御方法を提供することである。

実施形態に係る蓄電システムは、電力変換部と、第１開閉器と、第２開閉器とを具備する。電力変換部は、蓄電池と電力系統との間で直流電力および交流電力間の変換を行う。第１開閉器は、前記電力変換部への系統電力の入力を遮断する。第２開閉器は、前記第１開閉器が閉成から開放する動作に連動し、閉成から開放して前記電力変換部と前記蓄電池との接続を遮断する。

図１は、実施形態に係る蓄電システムの構成例を示す図である。 図２は、実施形態に係る蓄電システムの保守点検時の状態を示す図である。 図３は、実施形態の変形例１に係る蓄電システムの構成例を示す図である。 図４は、実施形態の変形例２に係る蓄電システムの構成例を示す図である。 図５は、実施形態の変形例３に係る蓄電システムの構成例を示す図である。 図６は、実施形態の変形例４に係る蓄電システムの構成例を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る蓄電システム１００は、電力変換部１０と、第１開閉器１４と、第２開閉器２１とを具備する。電力変換部１０は、蓄電池２０と電力系統１０１との間で直流電力および交流電力間の変換を行う。第１開閉器１４は、電力変換部１０への系統電力の入力を遮断する。第２開閉器２１は、第１開閉器１４が閉成から開放する動作に連動し、閉成から開放して電力変換部１０と蓄電池２０との接続を遮断する。

以下で説明する実施形態に係る第１開閉器１４は、主接点１５，１６と、補助接点１７とを具備する。主接点１５，１６は、電力変換部１０への系統電力の入力を遮断する。補助接点１７は、主接点１５，１６の開放に連動して第２開閉器２１を開放させる。

以下で説明する実施形態に係る蓄電システム１００は、駆動電力によって動作して第２開閉器２１の動作制御を行い、駆動電力の供給が遮断される場合に、動作を終了して第２開閉器２１を開放する蓄電池制御部の一例であるＢＭＵ（Battery Management Unit）２２を具備する。第１開閉器１４は、主接点１５，１６が開放される場合に、補助接点１７を開放してＢＭＵ２２への駆動電力の供給を遮断する。

以下で説明する実施形態に係る蓄電システム１００は、駆動電力によって動作して電力変換部１０およびＢＭＵ２２の動作制御を行い、駆動電力の供給が遮断される場合に、動作を終了するシステム制御部の一例であるＰＣＳ（Power Conditioning System）制御部１３を具備する。第１開閉器１４は、主接点１５，１６が開放される場合に、補助接点１７を開放してＰＣＳ制御部１３への駆動電力の供給を遮断する。

以下で説明する実施形態に係る第１開閉器１４は、主接点１５，１６が開放される場合に、補助接点１７ｂを開放して第２開閉器２１への閉成を維持させる制御信号の入力を遮断する。

以下で説明する実施形態に係る第２開閉器２１は、シングルステイブル型リレーである。

（実施形態）
まず、図１を参照し、実施形態に係る蓄電システム１００について説明する。図１は、実施形態に係る蓄電システム１００の構成例を示す図である。図１に示すように、蓄電システム１００は、制御装置１と、蓄電池装置２とを備え、例えば、商用電源等の所定の電力系統１０１に接続される。

かかる蓄電システム１００は、例えば、一般家庭の住宅に設置され、比較的電気料金が低い夜間に、電力系統１０１から供給される電力を制御装置１から蓄電池装置２へ出力して蓄電しておくことができる。

そして、蓄電システム１００は、比較的電気料金が高い昼間に、蓄電池装置２から供給される電力と、電力系統１０１から供給される電力とを併用しながら、制御装置１から住宅内の電化製品等へ電力を供給する連系運転を行うことができる。

また、蓄電システム１００は、例えば、電力系統１０１の停電が発生した場合には、電力系統１０１から解列し、蓄電池装置２から供給される電力を制御装置１から住宅内の電化製品等に供給する自立運転を行うこともできる。

なお、ここでは、図示を省略したが、蓄電システム１００は、例えば、住宅に設置される太陽光発電装置と接続される場合には、太陽光発電装置によって発電される電力を蓄電池装置２に蓄電することもできる。また、蓄電システム１００は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車、およびプラグインハイブリッド車等の蓄電池を備える車両が接続される場合には、車両の蓄電池に電力を蓄電することもできる。

上記のような蓄電池装置２の充放電制御を行う制御装置１は、パワコン、ＰＣＳ（Power Conditioning System）等と称される。制御装置１は、電力変換部１０と、整流部１１と、ＤＣＤＣコンバータ（以下、「ＤＣ／ＤＣ１２」と記載する）と、ＰＣＳ制御部１３と、第１開閉器１４とを備える。また、蓄電池装置２は、蓄電池２０と、第２開閉器２１と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）２２とを備える。

なお、制御装置１は、整流部１１とＤＣ／ＤＣ１２とを接続する一対の接続線のうち、高電圧側の接続線に、電流の逆流を防止するダイオード１８が設けられる。また、制御装置１は、ＤＣ／ＤＣ１２と蓄電池２０とを接続する一対の接続線のうち、高電圧側の接続線に、電流の逆流を防止するダイオード１９が設けられる。

蓄電池２０は、例えば、Ｌｉ（リチウム）イオン電池等の充放電可能な二次電池である。第２開閉器２１は、蓄電池２０と制御装置１の電力変換部１０との接続を遮断するリレーである。かかる第２開閉器２１は、例えば、シングルステイブル型のリレーであり、ＢＭＵ２２から制御電力が供給されてコイルが励磁されている場合に閉成（ＯＮ）し、制御信号が供給されておらず、コイルが励磁されていない場合に開放（ＯＦＦ）する。

シングルステイブル型のリレーは、制御基板に実装することが可能であり、手動操作型のメカリレーに比べて小型であるため、蓄電池装置２のサイズを小型化することができる。

ＢＭＵ２２は、制御装置１から入力される制御信号に基づいて第２開閉器２１を開閉させる。また、ＢＭＵ２２は、蓄電池２０の充電状態を監視し、蓄電池２０の充電状態を示す情報を制御装置１へ出力する処理も行う。

かかるＢＭＵ２２は、ＤＣ／ＤＣ１２から供給される駆動電力によって動作して第２開閉器２１の開閉制御を行い、駆動電力の供給が遮断される場合に、動作を終了して第２開閉器２１を開放する。

電力変換部１０は、蓄電池装置２と電力系統１０１との間で直流電力および交流電力間の変換を行うインバータである。かかる電力変換部１０は、例えば、電力系統１０１から入力される交流電力を直流電力へ変換して住宅内の電化製品（図示略）等や蓄電池装置２へ出力する。また、電力変換部１０は、例えば、蓄電池装置２から供給される直流電力を交流電力へ変換して住宅内の電化製品（図示略）等へ出力する。

整流部１１は、例えば、電力系統１０１または電力変換部１０から入力される交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ１２へ出力する整流用のブリッジダイオードまたはＡＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣ１２は、整流部１１または蓄電池装置２から入力される直流電力の電圧をＰＣＳ制御部１３およびＢＭＵ２２の駆動電力の電圧に変圧する変圧器である。

ＰＣＳ制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路であり、蓄電システム１００の全体制御を行う。

ＰＣＳ制御部１３は、電力変換部１０の動作制御を行うことによって、電力変換部１０に交流電力から直流電力への変換、および直流電力から交流電力への変換を行わせる。また、ＰＣＳ制御部１３は、例えば、ＢＭＵ２２から蓄電池２０の蓄電量が所定の閾値以上であることを示す情報が入力される場合に、電力変換部１０によって蓄電池装置２から供給される直流電力を交流電力に変換させて電化製品等へ供給させる。

また、ＰＣＳ制御部１３は、例えば、ＢＭＵ２２から蓄電池２０の蓄電量が所定の閾値未満になったことを示す情報が入力される場合には、電力変換部１０によって電力系統１０１から供給される交流電力を直流電力へ変換させて蓄電池装置２へ出力し、蓄電池２０を充電させる。

また、ＰＣＳ制御部１３は、第２開閉器２１を開閉させる制御信号をＢＭＵ２２へ出力することによって、第２開閉器２１の開閉制御も行う。かかるＰＣＳ制御部１３は、ＤＣ／ＤＣ１２から供給される駆動電力によって動作して電力変換部１０およびＢＭＵ２２の動作制御を行い、駆動電力の供給が遮断される場合に、動作を終了する。

第１開閉器１４は、電力系統１０１から電力変換部１０への系統電力の入力を遮断する手動式のメカリレーである。かかる第１開閉器１４は、電力変換部１０への系統電力の入力を遮断する主接点１５，１６と、主接点１５，１６の開放に連動して第２開閉器２１を開放させる補助接点１７を具備する。図１に示す構成の例では、補助接点１７は、ＤＣ／ＤＣ１２からＰＣＳ制御部１３およびＢＭＵ２２へ駆動電力を供給する電力供給線上に設けられている。

かかる蓄電システム１００は、図１に示すように、第１開閉器１４の主接点１５，１６、補助接点１７、および第２開閉器２１が全て閉成された状態で前述した連系運転や自立運転を実行し、蓄電池装置２の充放電を行う。

次に、図２を参照し、蓄電システム１００の保守点検時の状態について説明する。図２は、実施形態に係る蓄電システム１００の保守点検時の状態を示す図である。サービス従事者は、蓄電システム１００の保守点検を行う場合に、感電などの事故を防止するため、電力系統１０１と制御装置１との接続、および制御装置１と蓄電池装置２との接続を遮断する必要がある。

ここで、一般的な蓄電システムは、電力系統と制御装置との接続を遮断する開閉器と、制御装置と蓄電池装置との接続を遮断する開閉器として、それぞれ手動式のメカリレーが設けられていることが多い。

このため、サービス従事者は、蓄電池装置の保守点検を行う場合、２つのメカリレーを開放するという煩雑な作業を行う必要がある。また、サービス従事者は、２つのメカリレーのうち、いずれか一方のメカリレーを開放し忘れた場合、感電の危険性がある。

これに対して実施形態に係る蓄電システム１００は、サービス従事者が第１開閉器１４という１個のメカリレーを開放するという簡単な操作を行うだけで、電力系統１０１と制御装置１との接続、および制御装置１と蓄電池装置２との接続を遮断することができる。

具体的には、図２に示すように、蓄電システム１００は、サービス従事者が第１開閉器１４を開放する操作を行うと、主接点１５，１６が開放し、これに連動して補助接点１７が開放する。

これにより、ＤＣ／ＤＣ１２からＰＣＳ制御部１３およびＢＭＵ２２への駆動電力の供給が遮断されるので、ＰＣＳ制御部１３およびＢＭＵ２２が動作を終了する。その結果、第２開閉器２１は、ＢＭＵ２２からコイルへ制御電力が供給されなくなるので、開放して制御装置１と蓄電池２０との接続を遮断する。

このように、蓄電システム１００は、電力変換部１０への系統電力の入力を遮断する第１開閉器１４と、第１開閉器１４が閉成から開放する動作に連動して、閉成から開放して電力変換部１０と蓄電池２０との接続を遮断する第２開閉器２１を具備する。

これにより、サービス従事者は、第１開閉器１４という１個のメカリレーを開放するという簡単な操作を行うだけで、電力系統１０１と制御装置１との接続、および制御装置１と蓄電池装置２との接続を遮断して、安全に保守点検を実施することができる。

また、第１開閉器１４は、電力変換部１０への系統電力の入力を遮断する主接点１５，１６と、主接点１５，１６の開放に連動して第２開閉器２１を開放させる補助接点１７とを具備する。

これにより、第１開閉器１４は、サービス従事者によって主接点１５，１６が開放されると、補助接点１７がサービス従事者による第２開閉器２１の開放操作に代わって第２開閉器２１を開放させるので、サービス従事者の作業を簡略化することができる。

また、第１開閉器１４は、主接点１５，１６が開放される場合に、補助接点１７を開放してＢＭＵ２２への駆動電力の供給を遮断する。これにより、蓄電システム１００では、主接点１５，１６の開放に連動してＢＭＵ２２が動作を終了することで第２開閉器２１が開放されるので、特別な制御を行うことなく、第２開閉器２１を開放させることができる。

また、第１開閉器１４は、主接点１５，１６が開放される場合に、補助接点１７を開放してＰＣＳ制御部１３への駆動電力の供給を遮断する。これにより、蓄電システム１００では、主接点１５，１６の開放に連動してＰＣＳ制御部１３がＢＭＵ２２の動作制御を終了することで第２開閉器２１が開放されるので、特別な制御を行うことなく、第２開閉器２１を開放させることができる。

なお、図１および図２に示す蓄電システム１００の構成は、一例であり、種々の変形が可能である。以下、図３〜図６を参照し、実施形態の変形例に係る蓄電システムの構成について説明する。

図３は、実施形態の変形例１に係る蓄電システム１００ａの構成例を示す図である。図４は、実施形態の変形例２に係る蓄電システム１００ｂの構成例を示す図である。図５は、実施形態の変形例３に係る蓄電システム１００ｃの構成例を示す図である。図６は、実施形態の変形例４に係る蓄電システム１００ｄの構成例を示す図である。

なお、以下の説明では、図３〜図６に示す構成要素のうち、図１および図２に示す構成要素と同一の構成要素については、図１および図２に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。

図３に示すように、変形例１に係る蓄電システム１００ａは、第１開閉器１４の補助接点１７ａが設けられる位置が図１および図２に示す蓄電システム１００とは異なり、その他の構成は図１および図２に示す蓄電システム１００と同一である。

変形例１に係る制御装置１ａは、補助接点１７ａが整流部１１とＤＣ／ＤＣ１２とを接続する接続線上に設けられる。かかる補助接点１７ａは、第１開閉器１４の主接点１５，１６の開放に連動して開放する。

蓄電システム１００ａでは、サービス従事者によって第１開閉器１４が開放操作されると、電力系統１０１と電力変換部１０との接続が遮断され、これに連動して補助接点１７ａが開放し、整流部１１とＤＣ／ＤＣ１２との接続が遮断される。

その結果、蓄電システム１００ａでは、ＤＣ／ＤＣ１２への電力供給が遮断されるので、ＤＣ／ＤＣ１２からＰＣＳ制御部１３およびＢＭＵ２２への駆動電力の供給が遮断され、第２開閉器２１が開放し、制御装置１ａと蓄電池装置２との接続が遮断される。

これにより、サービス従事者は、第１開閉器１４という１個のメカリレーを開放するという簡単な操作を行うだけで、電力系統１０１と制御装置１ａとの接続、および制御装置１ａと蓄電池装置２との接続を遮断して、安全に保守点検を実施することができる。

また、図４に示すように、変形例２に係る蓄電システム１００ｂは、ＢＭＵ２２ｂおよび第１開閉器１４の補助接点１７ｂが設けられる位置が図１および図２に示す蓄電システム１００とは異なり、その他の構成は図１および図２に示す蓄電システム１００と同一である。

変形例２に係る制御装置１ｂは、内部にＢＭＵ２２ｂが設けられ、ＢＭＵ２２ｂから第２開閉器２１へ出力される第２開閉器２１の閉成を維持させる制御信号の出力線上に、第１開閉器１４の補助接点１７ｂが設けられる。かかる補助接点１７ｂは、第１開閉器１４の主接点１５，１６の開放に連動して開放する。

蓄電システム１００ｂでは、サービス従事者によって第１開閉器１４が開放操作されると、電力系統１０１と電力変換部１０との接続が遮断され、これに連動して補助接点１７ｂが開放し、ＢＭＵ２２ｂと第２開閉器２１との接続が遮断される。

その結果、蓄電システム１００ｂでは、ＢＭＵ２２ｂから第２開閉器２１へ第２開閉器２１の閉成を維持させる制御信号の入力が遮断されるので、第２開閉器２１が開放して制御装置１ｂと蓄電池装置２ｂとの接続が遮断される。

これにより、サービス従事者は、第１開閉器１４という１個のメカリレーを開放するという簡単な操作を行うだけで、電力系統１０１と制御装置１ｂとの接続、および制御装置１ｂと蓄電池装置２ｂとの接続を遮断して、安全に保守点検を実施することができる。

なお、ここまでは、蓄電システム１００，１００ａ，１００ｂが１つの蓄電池装置２，２ｂを備える場合に付いて説明したが、実施形態に係る蓄電システムは、複数の蓄電池装置を備える構成であってもよい。

例えば、図５に示すように、変形例３に係る蓄電システム１００ｃは、蓄電池装置２の蓄電池２０と蓄電池装置３の蓄電池３０とが並列に接続される。また、図６に示すように、変形例４に係る蓄電システム１００ｄは、蓄電池装置２の蓄電池２０と蓄電池装置３の蓄電池３０とが直列に接続される。

なお、図５および図６に示す制御装置１は、図１に示す制御装置１と同一の構成である。また、図５および図６に示す蓄電池装置２は、ＢＭＵ２２が蓄電池装置２の第２開閉器２１に加えて、蓄電池装置３の第２開閉器３１にも閉成を維持する制御信号を出力する点以外、図１に示す蓄電池装置２と同一の構成である。

かかる構成によっても、サービス従事者は、第１開閉器１４という１個のメカリレーを開放するという簡単な操作を行うだけで、電力系統１０１と制御装置１との接続および制御装置１と蓄電池装置２，３との接続を遮断して、安全な保守点検の実施が可能である。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 蓄電システム
１，１ａ，１ｂ 制御装置
１０ 電力変換部
１１ 整流部
１２ ＤＣ／ＤＣ
１３ ＰＣＳ制御部
１４ 第１開閉器
１５，１６ 主接点
１７，１７ａ，１７ｂ 補助接点
１８，１９ ダイオード
２，２ｂ，３ 蓄電池装置
２０，３０ 蓄電池
２１，３１ 第２開閉器
２２，２２ｂ ＢＭＵ

Claims (8)

1. 蓄電池と電力系統との間で直流電力および交流電力間の変換を行う電力変換部と；
   前記電力変換部への系統電力の入力を遮断する第１開閉器と；
   前記第１開閉器が閉成から開放する動作に連動し、閉成から開放して前記電力変換部と前記蓄電池との接続を遮断する第２開閉器と；
   を具備することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記第１開閉器は、
   前記電力変換部への系統電力の入力を遮断する主接点と；
   前記主接点の開放に連動して前記第２開閉器を開放させる補助接点と；
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 駆動電力によって動作して前記第２開閉器の動作制御を行い、前記駆動電力の供給が遮断される場合に、動作を終了して前記第２開閉器を開放する蓄電池制御部；
   を具備し、
   前記第１開閉器は、
   前記主接点が開放される場合に、前記補助接点を開放して前記蓄電池制御部への前記駆動電力の供給を遮断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 駆動電力によって動作して前記電力変換部および前記蓄電池制御部の動作制御を行い、前記駆動電力の供給が遮断される場合に、動作を終了するシステム制御部
   を具備し、
   前記第１開閉器は、
   前記主接点が開放される場合に、前記補助接点を開放して前記システム制御部への前記駆動電力の供給を遮断する
   ことを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
5. 前記第１開閉器は、
   前記主接点が開放される場合に、前記補助接点を開放して前記第２開閉器への閉成を維持させる制御信号の入力を遮断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
6. 前記第２開閉器は、
   シングルステイブル型のリレーである
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
7. 前記電力変換部および前記第１開閉器を有する制御装置と；
   前記蓄電池および前記第２開閉器を有する蓄電池装置と；
   を具備することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
8. 蓄電システムの制御方法であって、
   蓄電池と電力系統との間で直流電力および交流電力間の変換を行う電力変換部への系統電力の入力を遮断する第１開閉器が閉成から開放される動作に連動し、第２開閉器が閉成から開放して前記電力変換部と前記蓄電池との接続を遮断するステップ；
   を含むことを特徴とする制御方法。

Images