JP2020072596A

JP2020072596A - 独立電源システム

Info

Publication number: JP2020072596A
Application number: JP2018206589A
Authority: JP
Inventors: 将宮山; Sho Miyayama
Original assignee: Nitto Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nitto Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2020-05-07

Abstract

【課題】負荷に接続する負荷リレーを開放した後でも蓄電池の異常検出が可能なシステムを提供すること。【解決手段】負荷１３に電源を供給可能な蓄電池１２を監視する蓄電池監視装置３１を備えた独立電源システム１であって、蓄電池と負荷との間の電路に設けられる負荷リレー５１と、蓄電池と蓄電池監視装置との間の電路に設けられる制御リレー５２と、負荷リレーと制御リレーの動作を制御する制御部１５と、を備え、制御部は、蓄電池の容量が過放電状態となる前の第１出力値となった場合に、負荷リレーを開放し、蓄電池監視装置への電力の供給を維持するように制御する独立電源システムとする。【選択図】図４

Description

本発明は、独立電源システムに関するものである。

特許文献１に記載されているように、太陽電池や蓄電池、蓄電池制御回路からなる独立電源システムが知られている。通常、この蓄電池制御回路には、蓄電池監視装置（BMU：Battery Management Unit）を備えており、蓄電池の過放電や過充電を監視して蓄電池の充電及び放電の制御、故障の有無の確認などを行うことができる。

特開２０１３−２４７７８０号公報

ところで、蓄電池監視装置の電源は太陽電池または蓄電池から供給される。このため、夜間のように、太陽電池から電力が供給されない場合は、蓄電池のみから電力が供給される。この状態において、蓄電池が過放電となった場合には、蓄電池から負荷への電力の供給が停止され、同時に蓄電池監視装置に対する電力の供給も停止される。このように、蓄電池の過放電時に蓄電池監視装置と蓄電池の出力を一度に停止した場合、蓄電池監視装置での蓄電池の停止の要因が、蓄電池に起因するものであるのか、負荷の漏電・過電流のように負荷側に起因するものであるのかといった判別ができない。これは、負荷に接続する負荷リレーを開放すると同時に、蓄電池監視装置に対する電力の供給が停止されるからである。

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明の課題は、負荷に接続する負荷リレーを開放した後でも蓄電池の異常検出が可能なシステムを提供することである。

上記課題を解決するため、負荷に電源を供給可能な蓄電池を監視する蓄電池監視装置を備えた独立電源システムであって、蓄電池と負荷との間の電路に設けられる負荷リレーと、蓄電池と蓄電池監視装置との間の電路に設けられる制御リレーと、負荷リレーと制御リレーの動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、蓄電池の容量が過放電状態となる前の第１出力値となった場合に、負荷リレーを開放し、蓄電池監視装置への電力の供給を維持するように制御する独立電源システムとする。

また、制御部は、蓄電池の容量が第１出力値より小さい第２出力値となった場合に制御リレーを開放するように制御する構成とすることが好ましい。

また、負荷や蓄電池へ電力の給電を行う太陽電池を備え、太陽電池の出力を検出する制御電源リレーを備え、制御電源リレーが太陽電池の出力を検出した際に、開放されている制御リレーを閉じ、太陽電池の出力を蓄電池監視装置に供給する構成とすることが好ましい。

また、太陽電池の出力を蓄電池監視装置に供給するようにした後、蓄電池が所定の蓄電率を確保したことが確認されたら、開放されていた負荷リレーを閉じる構成とすることが好ましい。

また、太陽電池の出力を検出する制御電源リレーを備え、制御電源リレーが太陽電池の出力を検出した際に、電圧変換装置を介さずに、太陽電池の出力を蓄電池監視装置に供給する構成とすることが好ましい。

本発明では、負荷に接続する負荷リレーを開放した後でも蓄電池の異常検出が可能なシステムを提供することが可能となる。

負荷に蓄電池などから電力が供給されている状態を表す図である。制御部の蓄電池監視装置と通信ユニット周りを表した図である。太陽光発電を開始した後の蓄電池の状態と及び蓄電池監視装置の関係を表すフロー図である。負荷リレーをオフにした状態を表す図である。なお、図３のＳ０１０に該当する。蓄電池の異常により蓄電池が切り離された状態を示す図である。なお、図３のＳ０１７に該当する。制御リレーをオフにした状態を表す図である。なお、図３のＳ０１４に該当する。切り替え式の制御リレーが第３電圧変換装置側に接続している状態を示す図である。切り替え式の制御リレーが太陽電池側に接続している状態を示す図である。

以下に発明を実施するための形態を示す。図１に示されていることから理解されるように、本実施形態の独立電源システム１は、負荷１３に電源を供給可能な蓄電池１２を監視する蓄電池監視装置３１を備えられている。また、この独立電源システム１は、蓄電池１２と負荷１３との間の電路に設けられる負荷リレー５１と、蓄電池１２と蓄電池監視装置３１との間の電路に設けられる制御リレー５２と、負荷リレー５１と制御リレー５２の動作を制御する制御部と、を備えている。この制御部は、蓄電池１２の容量が過放電状態となる前の第１出力値となった場合に、負荷リレー５１を開放し、蓄電池監視装置３１への電力の供給を維持するように制御する。このため、負荷１３に接続する負荷リレー５１を開放した後でも蓄電池１２の異常検出が可能なシステムを提供することが可能となる。なお、蓄電池監視装置３１は、蓄電池１２の過放電や過充電を監視して蓄電池の充電及び放電の制御、故障の有無の確認などを行うものである。

図１に示すことから理解されるように、実施形態の独立電源システム１は、負荷１３に対して太陽電池１１や蓄電池１２から電力を供給することが可能なものである。太陽電池１１は蓄電池１２や負荷１３に電力を供給することが可能であり、太陽電池１１から送られた電力を十分に蓄えた蓄電池１２は、夜間など太陽電池１１の出力が無くなった場合に、蓄電池監視装置３１の制御により負荷１３に対して電力を供給することができる。太陽電池１１から蓄電池１２や負荷１３に向けて送られた電力は、第１電圧変換装置２１で、出力電圧が変えられる。なお、第１電圧変換装置２１は、蓄電池１２に対応した電圧を給電するために増幅回路又は降圧回路により整流する回路となっている。

この第１電圧変換装置２１を通過した電力は、蓄電池１２や負荷１３などに送られる。蓄電池１２に送られた電力は蓄電池１２に蓄えられる。なお、第１電圧変換装置２１と蓄電池１２との間の電路に位置する蓄電池制御リレー５３が、第１電圧変換装置２１と蓄電池１２間の経路を遮断するように機能した場合は、太陽電池１１から蓄電池１２への電力の供給ができなくなる。

太陽電池１１若しくは蓄電池１２から負荷１３に電力が供給される場合は、負荷１３の一次側で第２電圧変換装置２２を通過する。この第２電圧変換装置２２は、負荷１３に対応した電圧を給電するために増幅回路又は降圧回路により整流する回路となっており、更に電圧を変更するように機能する。なお、この第２電圧変換装置２２の一次側には負荷リレー５１が設けられている。この負荷リレー５１を開放すれば、第２電圧変換装置２２への電力の供給経路を遮断することができる。

蓄電池１２に蓄えられた電力は蓄電池監視装置３１などが設けられた制御部１５にも電力を送ることができる。図１に示す例では、太陽電池１１や蓄電池１２から出た電力のうち、制御部１５に電力を供給する分に関しては、更に第３電圧変換装置２３で電圧が変更される。なお、第３電圧変換装置２３は、蓄電池１２や太陽電池１１から蓄電池監視装置３１への給電を整流する回路となっている。

第３電圧変換装置２３で電圧が変更された電力は、制御部１５の蓄電池監視装置３１や通信ユニット４１に供給される。なお、第３電圧変換装置２３の二次側には制御リレー５２が設けられている。この制御リレー５２は、第３電圧変換装置２３から制御部１５へ続く電力の供給経路を遮断するか否かを定める際に機能する。

図１及び図２に示す蓄電池監視装置３１は、第３電圧変換装置２３を経た電力が電源部３２に供給され、電源部３２から蓄電池監視装置３１の各部分に供給される。この蓄電池監視装置３１は、蓄電池１２からの情報により蓄電池１２の状態を検出する蓄電池状態検出部３３を備えている。この蓄電池状態検出部３３は演算部３４に接続されている。演算部３４は出力部３５にも接続されており、蓄電池状態検出部３３で検出した結果を反映して蓄電池制御リレー５３の操作に必要な出力を出力する。

実施形態の制御部１５には蓄電池監視装置３１とは別に通信ユニット４１を備えている。通信ユニット４１には負荷リレー５１や制御リレー５２に向けて出力することが可能な出力部４３を備えている。この通信ユニット４１を用いて負荷リレー５１を操作する場合は、負荷リレー５１を操作可能な負荷リレー制御部８１を介して負荷リレー５１を操作するように出力する。また、この通信ユニット４１を用いて制御リレー５２を操作する場合は、制御リレー５２を操作可能な制御リレー制御部８２を介して制御リレー５２を操作するように出力する。なお、通信ユニット４１は、蓄電池監視装置３１内の電源部３２と接続する電源部４２を備えており、この電源部４２を通じて通信ユニット４１内の各部分に供給された電力によって、各部分を動かすことができる。また、本実施形態においては、蓄電池監視装置３１の電源部３２を介して通信ユニット４１に電力を供給するものであるが、蓄電池監視装置３１を介さずに直接通信ユニット４１の電源部４２に電力を供給するものであっても良い。また、この通信ユニット４１は蓄電池監視装置３１と一体に形成しておくことができる。

ここで、太陽光発電を開始された後の流れの例について説明する。図３のフローチャートに示すように、太陽光発電の開始がされると、これを検知して、制御電源リレー５４がオンになり、制御部１５と第３電圧変換装置２３が接続される。また、蓄電池監視装置３１がオンとなる（Ｓ００１）。蓄電池監視装置３１が起動した後、蓄電池制御リレー５３がオンになり、開放状態から閉じた状態となる（Ｓ００２）。これにより、第１電圧変換装置２１と蓄電池１２が接続される。また、蓄電池１２が所定量以上の電力を保持していることが確認されると、負荷リレー５１がオンになり、開放状態から閉じた状態となる（Ｓ００３）。これにより第２電圧変換装置２２に電力が流れる状態となる。すると、太陽電池１１から負荷１３及び蓄電池１２に給電される（Ｓ００４）。図１はこの時点の状態を示している。

次に、給電されている蓄電池１２に対して過充電となっているかどうかを判定する（Ｓ００５）。過充電であると判定された場合、蓄電池１２の充電を中止する（Ｓ０１６）。過充電で無いと判定された場合、又は、過充電であると判定されて蓄電池１２の充電を中止した場合、太陽電池１１の発電がなされているかどうかを判定する（Ｓ００６）。発電されていると判定された場合は、Ｓ００４のステップに戻る。発電されていないと判定された場合は、蓄電池監視装置３１が蓄電池１２から負荷１３に向けて放電するように制御する（Ｓ００７）。

その後、太陽電池１１の発電がなされているかどうかを判定する（Ｓ００８）。発電されていると判定された場合は、Ｓ００４のステップに戻る。発電されていないと判定された場合は、蓄電池１２の容量が第１出力値以下であるかどうかを判定する（Ｓ００９）。蓄電池１２の容量が第１出力値以下で無い場合、Ｓ００８のステップに戻る。蓄電池１２の容量が第１出力値以下の場合、負荷リレー５１をオフにする（Ｓ０１０）。これにより、第２電圧変換装置２２への電力の供給が無くなる。図４はこの時点の状態を示している。

この状態では、蓄電池１２から負荷１３への電力の供給が停止されているが、蓄電池監視装置３１への電力の供給は継続されている。したがって、独立電源システム１から負荷１３への電力の供給を停止した後でも、蓄電池１２の状態を把握することができる。よって、過放電となる原因を推定しやすくなる。

Ｓ０１０のステップの後、太陽電池１１の発電がなされているかどうかを判定する（Ｓ０１１）。発電されていると判定された場合は、Ｓ００２のステップに戻る。発電されていないと判定された場合は、蓄電池１２の異常があるかどうかを判定する（Ｓ０１２）。蓄電池１２の異常と判定された場合は、蓄電池１２をオフにする（Ｓ０１７）。図５はこの時点の状態を示している。その後、蓄電池監視装置３１をオフにする（Ｓ０１８）。蓄電池１２の異常でないと判定された場合は、蓄電池１２の容量が第２出力値以下であるかどうかを蓄電池監視装置３１で判定する（Ｓ０１３）。

蓄電池１２の容量が第２出力値以下ではないと蓄電池監視装置３１で判定された場合、Ｓ０１１のステップに戻る。蓄電池１２の容量が第２出力値以下であると蓄電池監視装置３１で判定された場合、蓄電池監視装置３１をオフにする（Ｓ０１４）。この際、制御部１５は、蓄電池１２の容量が第１出力値より小さい第２出力値となった場合に制御リレー５２を開放するように制御する。図６はこの時点の状態を示している。実施形態では、蓄電池監視装置３１への出力動作を停止することで、蓄電池１２の放電も停止することができる。

その後、太陽電池１１の発電がなされているかどうかを判定する（Ｓ０１５）。発電されていないと判定された場合は、Ｓ０１５のステップに戻る。発電されていると判定された場合は、Ｓ００１のステップに戻る。

実施形態では、太陽電池１１の出力を検出する制御電源リレー５４を備えており、制御電源リレー５４が太陽電池１１の出力を検出した際に、開放されている制御リレー５２を閉じ、太陽電池１１の出力を蓄電池監視装置３１に供給することになる。このように、太陽電池１１が電力を発生させる状態になった場合には、先ず、蓄電池監視装置３１に電力を供給し、蓄電池１２の監視を行うようにすることが好ましい。自動で蓄電池監視装置３１に電力を供給するようにすれば、作業者が復旧作業に煩わされることもない。

図１に示す独立電源システム１では、開放されている制御リレー５２を閉じ、太陽電池１１の出力を蓄電池監視装置３１に供給するようにした後、蓄電池１２が一定の条件を満たしたことが確認されたら、開放されていた負荷リレー５１を閉じるようにしている。このため、朝方など、太陽電池１１が発電し始めた状態においては、まず蓄電池監視装置３１を動作させ、蓄電池１２が所定の蓄電率を確保できたことを検出したら、負荷１３への給電などを行うように制御させることができる。蓄電池１２の一定条件を満たすことによって過放電によってすぐに負荷リレー５１を開いてしまうことを防止できるものである。

ところで、蓄電池監視装置３１と第３電圧変換装置２３の間の電路に介在する制御リレー５２は、単に第３電圧変換装置２３との接続を入り切りするものであっても良いが、図７及び図８に示すことから理解されるように、蓄電池監視装置３１が太陽電池１１側と第３電圧変換装置２３側の何れに接続されるのかを選択するように切り替える形態としても良い。図７に示す例においては、蓄電池監視装置３１は第３電圧変換装置２３側に接続されており、第３電圧変換装置２３を経由して蓄電池監視装置３１に電流が流れる。一方、図８に示す例においては、蓄電池監視装置３１は太陽電池１１側に接続されており、第３電圧変換装置２３などを経由せずに蓄電池監視装置３１に電流が流れる。

ところで、一般的に独立電源システム１は、太陽電池１１と蓄電池１２の間の電路に電圧変換装置を備えている。この電圧変換装置は内部に回路を備えている。これらの回路内のコイルを電気が通過すると、コイルの抵抗値でエネルギーが損失する。つまり、電圧変換装置を介して負荷１３などへの電源供給を行うと、電圧変換を行うか否かに関わらずエネルギーが損失する。しかし、図８に示すことから理解されるように、太陽電池１１の出力を検出する制御電源リレー５４を備え、制御電源リレー５４が太陽電池１１の出力を検出した際に、電圧変換装置を介さずに、太陽電池１１の出力を蓄電池監視装置３１に供給するように構成すれば、太陽電池１１で発生した電力の損失を抑制することができる。なお、本実施形態として制御電源リレー５４と制御部１５の制御リレー制御部８２を別々で形成したが、制御リレー５２の動作制御を行う点では同じであるので、制御電源リレー５４と制御リレー制御部８２を一体にしておくものであっても良い。

以上、実施形態を例に挙げて本発明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ることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、各ステップは、必要に応じて取捨選択すれば良いし、機能に支障が無い限り、順番を入れ替えることや、他のステップを組み込むことも可能である。

１独立電源システム
１１太陽電池
１２蓄電池
１３負荷
１５制御部
３１蓄電池監視装置
５１負荷リレー
５２制御リレー
５４制御電源リレー

Claims

負荷に電源を供給可能な蓄電池を監視する蓄電池監視装置を備えた独立電源システムであって、
蓄電池と負荷との間の電路に設けられる負荷リレーと、
蓄電池と蓄電池監視装置との間の電路に設けられる制御リレーと、
負荷リレーと制御リレーの動作を制御する制御部と、を備え、
制御部は、蓄電池の容量が過放電状態となる前の第１出力値となった場合に、負荷リレーを開放し、蓄電池監視装置への電力の供給を維持するように制御する独立電源システム。
制御部は、蓄電池の容量が第１出力値より小さい第２出力値となった場合に制御リレーを開放するように制御する請求項１に記載の独立電源システム。
負荷や蓄電池へ電力の給電を行う太陽電池を備え、
太陽電池の出力を検出する制御電源リレーを備え、
制御電源リレーが太陽電池の出力を検出した際に、開放されている制御リレーを閉じ、太陽電池の出力を蓄電池監視装置に供給する請求項２に記載の独立電源システム。
太陽電池の出力を蓄電池監視装置に供給するようにした後、蓄電池が所定の蓄電率を確保したことが確認されたら、開放されていた負荷リレーを閉じる請求項３に記載の独立電源システム。
太陽電池の出力を検出する制御電源リレーを備え、
制御電源リレーが太陽電池の出力を検出した際に、電圧変換装置を介さずに、太陽電池の出力を蓄電池監視装置に供給する請求項３に記載の独立電源システム。