JP2022015230A

JP2022015230A - パワーコンディショナ及びそれを備えた蓄電池充電制御システム

Info

Publication number: JP2022015230A
Application number: JP2020117934A
Authority: JP
Inventors: 啓文小西; Takafumi Konishi; 英明相馬; Hideaki Soma
Original assignee: Diamond and Zebra Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Diamond and Zebra Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2040-07-08
Also published as: JP7483534B2

Abstract

【課題】契約ブレーカのトリップをより確実に防止するとともに、電気料金の高騰を抑制する。
【解決手段】最大許容値を取得して記憶する通信制御部２３と、契約ブレーカ１０を流れる電流を検出する電流センサー１１の検出値を参照して、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に含まれるスイッチング素子のデューティ比を更新する更新動作を、電流センサー１１の検出値が通信制御部２３によって記憶された最大許容値に応じた所定閾値を超える場合に、蓄電池１６の充電電力を減らすように実行する電力変換制御部２４とをパワーコンディショナ２０に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統電源から契約ブレーカを介して入力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池に供給するパワーコンディショナ及びそれを備えた蓄電池充電制御システムに関する。

特許文献１に開示された蓄電池充電制御システムは、一部の宅内機器に供給される負荷電流を測定し、負荷電流の測定値と蓄電池の充電電流との合計が、所定の最大許容値から負荷電流の予備分を引いた値を超えないように蓄電池の充電電流を制御することで、契約ブレーカのトリップを防止している。

特許第５６９０６１８号公報

ところで、分散型電源システムに設けられる蓄電池の容量は製品によって異なる。契約ブレーカの契約を従来から変更せずに、近時の分散型電源システムを導入すると、蓄電池の大容量化により、蓄電池への充電時に、契約ブレーカに入力される電流又は電力が最大許容値を超え、契約ブレーカが落ちることがある。

例えば、日本においては、蓄電池からの充放電電力量は従来では１．５～３ｋＷ程度であったが、家庭内の全負荷に対応する蓄電池を有する近年の分散型電源システムでは、蓄電池からの充放電電力量が５．５ｋｗとなっている。蓄電池への充電電力量が５．５ｋｗであり、かつ充電電圧が２００Ｖである場合、蓄電池に２７．５Ａの大電流が流れる。このときに家庭内でエアコンや電磁調理器等の負荷が瞬時的に大きな電力を消費すると、契約ブレーカに最大許容値を超える電流又は電力が入力され、契約ブレーカが落ちてしまう。

そこで、契約ブレーカのトリップを防止するために、契約ブレーカの最大許容値を高くすることが考えられる。しかし、契約ブレーカの最大許容値を高くするには、契約電力を増やす必要があるので、電気料金が高騰する。また、契約ブレーカを取り替えるための工事が必要となり、工事費用も発生する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、契約ブレーカのトリップをより確実に防止するとともに、電気料金の高騰を抑制することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、契約ブレーカに入力される電流又は電力を検出するセンサーの検出値を参照して充電制御を行うようにしたことを特徴とする。

具体的には、本発明の第１の態様は、パワーコンディショナが、系統電源から契約ブレーカを介して入力される交流を直流に変換して直流バスに出力するＡＣ／ＤＣインバータと、前記直流バスのバス電圧に基づいて蓄電池に充電電力を出力する蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータと、最大許容値を取得して記憶する取得部と、前記契約ブレーカに入力される電流又は電力を検出するセンサーの検出値を参照して、前記検出値が前記取得部によって記憶された最大許容値を超えないように、前記蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるスイッチング素子のデューティ比を更新する更新動作を実行する電力変換制御部とを備え、前記取得部は、前記最大許容値を特定するユーザ入力を有線又は無線により受け付ける受付装置から、前記最大許容値を取得できることを特徴とする。

これにより、電力変換制御部が、充電電力を制御するために、契約ブレーカに実際に入力される電流又は電力を検出するセンサーの検出値を参照するので、契約ブレーカから宅内機器等の負荷に入力される電流及び電力の大きさに関わらず、契約ブレーカのトリップを確実に防止できる。

また、センサーの検出値が所定閾値を超えるときに、蓄電池の充電電力を一時的に減らせるので、契約ブレーカの最大許容値を比較的小さく設定できる。したがって、契約電力を減らし、電気料金を削減できる。また、従来よりも蓄電容量が大きい蓄電池を導入する場合でも、契約ブレーカを取り替えるための工事、及びその工事費用を不要にできる。

また、電力変換制御部が、取得部によって取得された最大許容値に応じて充電電力を制御するので、パワーコンディショナを、最大許容値が異なる複数種類の契約ブレーカに適用できる。

また、ユーザは、受付装置への入力により、最大許容値を特定できる。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、前記電力変換制御部は、所定の周期毎に前記更新動作を実行し、前記所定の周期は、前記系統電源から入力される交流の周期以下であることを特徴とする。

これにより、所定の周期を、系統電源から入力される交流の周期よりも長くした場合に比べ、充電制御の応答性を改善できる。

本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様において、前記電力変換制御部は、前記検出値が前記取得部によって記憶された最大許容値に応じた所定閾値を超える場合に、前記蓄電池の充電電力を第１の傾きで所定のボトム値まで減少させ、当該ボトム値に所定期間維持した後、当該ボトム値から第２の傾きで増加させるように、前記更新動作を実行し、前記第２の傾きの絶対値は、前記第１の傾きの絶対値よりも小さいことを特徴とする。

これにより、センサーの検出値が所定閾値を超える場合には、充電電力を急速に減少させることにより、契約ブレーカのトリップを確実に防止できる。また、充電電力をボトム値からゆっくり増加させることにより、ＡＣ／ＤＣインバータの出力が不安定になって系統に悪影響を及ぼすのを抑制するとともに、充電電流に加わる外乱による蓄電池の劣化及び短寿命化を抑制できる。

本発明の第４の態様は、前記第１～第３の態様において、前記電力変換制御部は、前記契約ブレーカに入力される電流を検出する前記センサーの検出値を参照して前記更新動作を実行する機能と、前記契約ブレーカに入力される電力を検出する前記センサーの検出値を参照して前記更新動作を実行する機能とを有することを特徴とする。

これにより、電流を検出するセンサーと電力を検出するセンサーのいずれが設けられている場合にも、契約ブレーカのトリップを確実に防止できる。

本発明の第５の態様は、前記第１～第４の態様のいずれか１つに係るパワーコンディショナと、前記電流センサーと、前記蓄電池とを備えたことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、前記第５の態様において、太陽電池パネルをさらに備え、前記パワーコンディショナは、前記太陽電池パネルの出力電圧を所定の電圧に変換して前記直流バスに出力する太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備えたことを特徴とする。

本発明によると、契約ブレーカのトリップをより確実に防止するとともに、電気料金の高騰を抑制できる。

実施形態１に係る蓄電池充電システムの構成を示すブロック図である。蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を示す回路図である。（ａ）は、系統電源からパワーコンディショナに供給される順変換電流と、家庭内負荷に供給される電流とを示すグラフであり、（ｂ）は、系統電源からパワーコンディショナに供給される順変換電流と、契約ブレーカを流れる電流とを示すグラフである。実施形態２の図１相当図である。実施形態３の図１相当図である。（ａ）は、実施形態３に係る蓄電池充電システムにおける蓄電池の充電電力の推移の一例を示すグラフであり、（ｂ）は、図６（ａ）に対応する充電チャタカウンタのカウント値を示すグラフである。（ａ）は、実施形態３に係る蓄電池充電システムにおける蓄電池の充電電力の推移の別の例を示すグラフであり、（ｂ）は、図７（ａ）に対応する充電チャタカウンタのカウント値を示すグラフである。（ａ）は、実施形態３に係る蓄電池充電システムにおける蓄電池の充電電力の推移のさらに別の例を示すグラフであり、（ｂ）は、図８（ａ）に対応する充電チャタカウンタのカウント値を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る蓄電池充電システム１を示す。この蓄電池充電システム１は、契約ブレーカ１０と、電流センサー１１と、専用連系ブレーカ１２と、家庭内負荷１３と、パワーコンディショナ２０と、受付装置としてのリモートコントローラ１４と、受付装置としての無線ルーター１５と、蓄電池１６とを備えている。

契約ブレーカ１０は、系統電源２に接続された第１の電路Ｌ１に設けられている。第１の電路Ｌ１の一端は、系統電源２に接続され、第１の電路Ｌ１の他端は、第２及び第３の電路Ｌ２，Ｌ３に分岐する。契約ブレーカ１０は、所定の最大許容値（トリップ電流）を超える電流が流れたときに、第１の電路Ｌ１を遮断する。

電流センサー１１は、第１の電路Ｌ１を流れる電流、すなわち契約ブレーカ１０に入力される電流を検出する。

専用連系ブレーカ１２は、第２の電路Ｌ２に設けられている。

家庭内負荷１３は、第３の電路Ｌ３に接続されている。

パワーコンディショナ２０は、ＡＣ／ＤＣインバータ２１と、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、取得部としての通信制御部２３と、電力変換制御部２４とを備えている。パワーコンディショナ２０は、蓄電池１６に蓄えられた電力を交流電力に変換して専用連系ブレーカ１２を介して家庭内負荷１３に出力する放電モードと、系統電源２から契約ブレーカ１０及び専用連系ブレーカ１２を介して入力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１６に供給する充電モードとで動作可能に構成されている。

ＡＣ／ＤＣインバータ２１は、充電モードにおいて、系統電源２から契約ブレーカ１０及び専用連系ブレーカ１２を介して入力される交流を直流に変換して直流バスＢに出力する一方、放電モードにおいて、直流バスＢのバス電圧を交流に変換して専用連系ブレーカ１２を介して家庭内負荷１３に出力する。

蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、充電モードにおいて、直流バスＢのバス電圧に対して降圧動作を行って蓄電池１６に充電電力を出力する一方、放電モードにおいて、蓄電池１６の出力電圧を所定の電圧に変換して直流バスＢに出力する。

詳しくは、図２に示すように、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、第１のコンデンサ２２ａと、ブリッジ回路２２ｂと、第１及び第２のリアクトル２２ｃ，２２ｄと、第２のコンデンサ２２ｅとを備えている。

第１のコンデンサ２２ａの一端は、直流バスＢに接続され、第１のコンデンサ２２ａの他端は、接地されている。

ブリッジ回路２２ｂは、第１のコンデンサ２２ａと並列に、かつ互いに直列に接続された第１及び第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、第１及び第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と並列に、かつ互いに直列に接続された第３及び第４のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４とを有している。第１～第４のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４には、第１～第４の還流ダイオードＤ１～Ｄ４が並列に接続されている。第１及び第２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の中間ノードには、第１のリアクトル２２ｃの一端が接続されている。第３及び第４のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の中間ノードには、第２のリアクトル２２ｄの一端が接続されている。第１のリアクトル２２ｃの他端と、第２のリアクトル２２ｄの他端とは、第１の出力ノードＮ１に接続されている。

第２のコンデンサ２２ｅの一端は、第１の出力ノードＮ１に接続され、第２のコンデンサ２２ｅの他端は、第２の出力ノードＮ２に接続されている。第１及び第２の出力ノードＮ１，Ｎ２間の電圧が、蓄電池１６に出力される。

通信制御部２３は、所定の最大許容値を取得して記憶する。具体的には、通信制御部２３は、受信部２３ａと記憶部２３ｂとを有する。受信部２３ａは、最大許容値を、リモートコントローラ１４と無線ルーター１５とから配線を介して受信することにより取得し、記憶部２３ｂに記憶させる。リモートコントローラ１４は、最大許容値を特定するユーザ入力を有線により受け付ける。ユーザ入力としては、例えばボタン入力を採用できるが、他の入力方法を採用してもよい。無線ルーター１５は、最大許容値を特定する信号を、タブレット３やスマートフォン４等の無線送信手段から無線通信によって受信する。

電力変換制御部２４は、蓄電池１６の充電電力を初期電力値に設定して蓄電池１６の充電を開始させる。初期電力値は、５．５ｋＷである。電力変換制御部２４は、電流センサー１１の検出値、及び記憶部２３ｂに記憶された最大許容値を参照して、電流センサー１１の検出値が上記最大許容値を超えないように、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に含まれる第１～第４のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のデューティ比を更新する更新動作を５０μｓ毎に実行する。この更新動作は、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えるか否かを判定し、当該検出値が前記所定閾値を超えると判定した場合には、蓄電池１６の充電電力を初期電力値よりも低い第１ボトム値とし、第１ボトム値としてから所定の電力低減時間ＲＴの経過後に初期電力値に戻す一方、当該検出値が前記所定閾値を超えないと判定した場合には、蓄電池１６の充電電力を初期電力値に維持するように第１～第４のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のデューティ比を更新する動作である。第１ボトム値は、２ｋＷである。電力低減時間ＲＴは、５０μｓ未満に設定される。所定閾値は、通信制御部２３によって記憶された最大許容値に応じた値に設定される。詳しくは、所定閾値は、最大許容値よりも所定値分小さい値に設定される。例えば、最大許容値が５０Ａである場合、所定閾値は、最大許容値の９５％や、最大許容値よりも０．１Ａ小さい４９．９Ａや、最大許容値よりも０．５Ａ小さい４９．５Ａに設定される。

ここで、契約ブレーカ１０を流れる電流をＩＡ（Ａ）、系統電源２からパワーコンディショナ２０に供給される順変換電流をＩＢ（Ａ）、家庭内負荷１３に供給される電流をＩＬ（Ａ）とすると、以下の式（１）が成り立つ。

ＩＡ＝ＩＢ＋ＩＬ・・・（１）
また、パワーコンディショナ２０に系統電源２から供給される電力をＰＣ１（Ｗ）、蓄電池１６の充電電力をＰＣ２（Ｗ）、パワーコンディショナ２０の連系入力端子のＡＣ（Alternating Currrent）電圧をＶ０（Ｖ）、蓄電池１６の入力端子のＤＣ（Direct Current）電圧をＶＢ（Ｖ）、蓄電池１６の充電電流をＩＣ（Ａ）、ＡＣ／ＤＣインバータ２１の変換効率をη１、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の変換効率をη２とすると、以下の式（２）及び式（３）が成り立つ。

ＰＣ１＝ＩＢ＊Ｖ０・・・（２）
ＰＣ２＝ＰＣ１＊η１＊η２＝ＩＣ＊ＶＢ・・・（３）
また、電力変換制御部２４は、ＡＣ／ＤＣインバータ２１に含まれるスイッチング素子（図示せず）の制御も行う。

電力変換制御部２４は、電流センサー１１の検出値、及び記憶部２３ｂに記憶された最大許容値を参照して前記更新動作を実行する機能に加え、契約ブレーカ１０に入力される電力を検出する電力センサー（図示せず）の検出値、及び記憶部２３ｂに記憶された最大許容値を参照して、前記電力センサー（図示せず）の検出値が当該最大許容値を超えないように蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に含まれる第１～第４のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のデューティ比を更新する更新動作を、５０μｓ毎に実行する機能も有する。

蓄電池１６は、蓄電池ユニット１６ａとＢＭＵ（Battery Management Unit）１６ｂとを有している。

蓄電池ユニット１６ａとしては、リチウムイオン電池やその他の二次電池を用いることができる。

ＢＭＵ１６ｂは、異常を防止するように蓄電池ユニット１６ａを制御する。

次に、上述のように構成された蓄電池充電システム１では、充電モード時において、系統電源２から契約ブレーカ１０を流れる電流、すなわち第１の電路Ｌ１を流れる電流が、第２及び第３の電路Ｌ２，Ｌ３に分岐する。第２の電路Ｌ２に流れ込んだ電流は、専用連系ブレーカ１２を介してパワーコンディショナ２０に送られる。パワーコンディショナ２０に送られた交流は、ＡＣ／ＤＣインバータ２１で直流に変換されて直流バスＢに出力される。直流バスＢのバス電圧は、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって下げられ、蓄電池１６の蓄電池ユニット１６ａに入力される。一方、第３の電路Ｌ３に流れ込んだ電流は、家庭内負荷１３に供給される。

一方、リモートコントローラ１４に、最大許容値を特定するユーザ入力が行われると、通信制御部２３の受信部２３ａが、ユーザ入力により特定された最大許容値をリモートコントローラ１４から受信し、記憶部２３ｂに記憶させる。

また、タブレット３やスマートフォン４等の無線送信手段から、最大許容値を特定する信号を無線ルーター１５が受信すると、通信制御部２３の受信部２３ａが、信号により特定された最大許容値を受信し、記憶部２３ｂに記憶させる。

そして、充電モード時、電力変換制御部２４は、電流センサー１１の検出値、及び記憶部２３ｂに記憶された最大許容値を参照して、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に含まれる第１～第４のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のデューティ比を更新する更新動作を、５０μｓ毎に実行する。これにより、契約ブレーカ１０を流れる電流の検出値が前記所定閾値を超える場合に、蓄電池１６の充電電力が減らされる。

したがって、通信制御部２３の記憶部２３ｂに記憶された最大許容値をＩＴとすると、以下の式（４）が常に成立する。

ＩＡ＜ＩＴ・・・（４）
例えば、図３の例では、記憶部２３ｂに記憶された最大許容値ＩＴが７５Ａである。タイミングｔ０からタイミングｔ１の間では、系統電源２からパワーコンディショナ２０に供給される順変換電流ＩＢが最大値の２９．３Ａとなっている。ここでは、蓄電池１６の充電電力は５．５ｋｗ、端子電圧は２００Ｖであり、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の変換効率（η２）は９４％となっている。タイミングｔ１からタイミングｔ２の間では、家庭内負荷１３に流れる負荷電流が、負荷電流限界値Ｉｌｉｍである４５．７Ａを超える。したがって、電力変換制御部２４が、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に含まれる第１～第４のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４を制御することにより、蓄電池１６の充電電力を電力低減期間ＲＴの間だけ減らす。このときの負荷電流と負荷電流限界値Ｉｌｉｍとの差を、図３中符号ＤＩＦ１で示す。これにより、系統電源２からパワーコンディショナ２０に供給される順変換電流ＩＢが２９．３Ａから減少する。このときの順変換電流ＩＢの減少量を、図３中符号ＤＩＦ２で示す。

このように、電力変換制御部２４が、充電電力を制御するために、契約ブレーカ１０を流れる電流を検出する電流センサー１１の検出値を参照するので、契約ブレーカ１０から家庭内負荷１３に流れる負荷電流の大きさに関わらず、最大許容値を超える電流が契約ブレーカ１０に流れるのを確実に防止できる。したがって、契約ブレーカ１０のトリップによる家庭内の停電を確実に防止できる。

また、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えるときだけ、蓄電池１６の充電電力を一時的に減らせるので、家庭内負荷１３に、電子レンジ、電磁調理器、エアコン等の瞬時的に大きい電流が流れる機器が含まれる場合でも、契約ブレーカ１０の最大許容値を比較的小さく設定できる。したがって、契約電力を減らし、電気料金を削減できる。また、従来よりも蓄電容量が大きい蓄電池１６を導入する場合でも、契約ブレーカ１０を取り替えるための工事、及びその工事費用を不要にできる。

また、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えない期間の充電電力は、比較的大きくできるので、充電時間を短くできる。

また、電力変換制御部２４が、通信制御部２３によって取得された最大許容値に応じて充電電力を制御するので、パワーコンディショナ２０を、最大許容値が異なる複数種類の契約ブレーカ１０に適用できる。

また、通信制御部２３の受信部２３ａが、最大許容値を特定するユーザ入力を受け付けるリモートコントローラ１４と、最大許容値を特定する信号を無線通信により受信する無線ルーター１５とから最大許容値を取得するので、ユーザは、リモートコントローラ１４への入力と、無線ルーター１５に無線通信によって信号を送信する無線送信手段への入力とにより、最大許容値を特定できる。

また、上述のように構成されたパワーコンディショナ２０の電力変換制御部２４は、契約ブレーカ１０に入力される電力を検出する電力センサー（図示せず）の検出値、及び記憶部２３ｂに記憶された最大許容値を参照して前記更新動作を実行する機能も有するので、蓄電池充電システム１に、契約ブレーカ１０に入力される電力を検出する電力センサー（図示せず）を電流センサー１１の代わりに設けた場合でも、通信制御部２３に、契約ブレーカ１０に入力される電力の最大許容値を取得及び記憶させることにより、最大許容値を超える電力が契約ブレーカ１０に入力されるのを防止できる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る蓄電池充電システム１を示す。本実施形態２では、蓄電池充電システム１が、太陽電池パネル１７をさらに備えている。そして、パワーコンディショナ２０が、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２５をさらに備えている。

太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、太陽電池パネル１７の出力電圧を所定の電圧に変換して直流バスＢに出力する。

本実施形態２に係る蓄電池充電システム１では、晴れた日の日中等に、太陽電池パネル１７の発電電力による蓄電池１６の充電が行われる。具体的には、電力変換制御部２４が太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２５及び蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を駆動し、太陽電池パネル１７の出力電圧が太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２５によって所定の電圧に変換され、直流バスＢに出力される。そして、直流バスＢのバス電圧は、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって変換され、蓄電池１６の蓄電池ユニット１６ａに入力される。

なお、夜間等、日照量の少ないときには、実施形態１と同様に、系統電源２からの電力によって蓄電池１６が充電される。

その他の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

（実施形態３）
本実施形態３では、図５に示すように、パワーコンディショナ２０が、充電チャタカウンタ２６を備えている。また、電力低減期間ＲＴが、更新動作の周期５０μｓよりも長い３０分間に設定されている。

電力変換制御部２４は、電流センサー１１の検出値が通信制御部２３によって記憶された最大許容値に応じた所定閾値を超えるか否かの判定を５０μｓ毎に常に行っている。そして、電力変換制御部２４は、蓄電池１６の充電電力を２ｋＷの第１ボトム値よりも大きくした状態で、電流センサー１１の検出値が上記所定閾値を超えると判定した場合、急峻な第１の傾きＳ１で蓄電池１６の充電電力を２ｋＷの第１ボトム値まで減少させるように前記更新動作を実行する。一方、蓄電池１６の充電電力を２ｋＷの第１ボトム値とした状態で、電流センサー１１の検出値が上記所定閾値を超えると判定した場合には、急峻な第１の傾きＳ１で蓄電池１６の充電電力を第１ボトム値よりも小さい第２ボトム値まで減少させるように前記更新動作を実行する。第２ボトム値は、１ｋＷに設定される。

また、電力変換制御部２４は、蓄電池１６の充電電力を２ｋＷの第１ボトム値よりも大きくした状態で、電流センサー１１の検出値が上記所定閾値を超えると判定した場合に、充電チャタカウンタ２６のカウント値に１を加算する。また、電力変換制御部２４は、蓄電池１６が満充電となるか、又は充電開始から所定の設定時間ＳＴ（図７参照）が経過したときに充電チャタカウンタ２６のカウント値を０にリセットする。

充電チャタカウンタ２６のカウント値が１である場合、電力変換制御部２４は、充電電力を第１ボトム値又は第２ボトム値に減少させて電力低減期間ＲＴだけ維持し、充電電力を第１ボトム値又は第２ボトム値に減少させてから電力低減期間ＲＴが経過したときに、充電電力を当該第１ボトム値から第１の傾きＳ１よりもなだらかな第２の傾きＳ２で５．５ｋＷの初期電力値まで増加させるように前記更新動作を実行する。第２の傾きＳ２は、１ｋＷ／分に設定される。第２の傾きＳ２の絶対値は、第１の傾きＳ１の絶対値よりも小さい。一方、充電チャタカウンタ２６のカウント値が２である場合、電力変換制御部２４は、充電電力を第１ボトム値に減少させた後、蓄電池１６が満充電となるか、又は充電開始から所定の設定時間ＳＴが経過するときまで、蓄電池１６の充電電力を第１ボトム値に維持するように前記更新動作を実行する。

以下、電力変換制御部２４の動作例について、図６～８を参照して説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す例では、タイミングＴ１において、充電チャタカウンタ２６のカウント値が０の状態で、電力変換制御部２４が、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えると判定し、充電チャタカウンタ２６のカウント値を１とし、蓄電池１６の充電電力を初期電力値から第１ボトム値まで減らしている。その後、電流センサー１１の検出値は所定閾値を超えないので、電力変換制御部２４は、充電電力を第１ボトム値に電力低減時間ＲＴだけ維持した後、タイミングＴ２から第２の傾きＳ２で上記初期電力値まで上昇させている。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す例では、タイミングＴ３において、電力変換制御部２４が、蓄電池１６の充電電力を初期電力値に設定して蓄電池１６の充電を開始させている。その後、タイミングＴ４において、充電チャタカウンタ２６のカウント値が０の状態で、電力変換制御部２４が、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えると判定し、充電チャタカウンタ２６のカウント値を１とし、蓄電池１６の充電電力を初期電力値よりも低い第１ボトム値まで減らしている。そして、電力変換制御部２４は、充電電力を第１ボトム値に電力低減時間ＲＴの３０分間維持し、タイミングＴ５から第２の傾きＳ２で上昇させる。この例では、充電電力が初期電力値に達する前のタイミングＴ６において、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超える。したがって、電力変換制御部２４は、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えると判定し、充電チャタカウンタ２６のカウント値を２とするとともに、蓄電池１６の充電電力を再び第１ボトム値まで減らし、蓄電池１６が満充電となるまで蓄電池１６の充電電力を第１ボトム値のままとする。タイミングＴ７で蓄電池１６が満充電となると、電力変換制御部２４は、蓄電池１６の充電を終了させるとともに、充電チャタカウンタ２６のカウンタ値を０にリセットする。なお、充電開始から設定時間ＳＴが経過するまでに蓄電池１６が満充電とならなければ、充電開始から設定時間ＳＴが経過したタイミングＴＥにおいて、電力変換制御部２４が、蓄電池１６の充電を終了させるとともに、充電チャタカウンタ２６のカウンタ値を０にリセットする。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す例では、タイミングＴ８において、充電チャタカウンタ２６のカウント値が０の状態で、電力変換制御部２４が、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えると判定し、充電チャタカウンタ２６のカウント値を１とし、蓄電池１６の充電電力を初期電力値から第１の傾きＳ１で第１ボトム値まで減らす。次いで、タイミングＴ８から電力低減時間ＲＴが経過する前のタイミングＴ９において、電力変換制御部２４が、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超えると判定し、蓄電池１６の充電電力を第１の傾きＳ１で第２ボトム値まで減少させる。そして、電力変換制御部２４は、充電電力を第２ボトム値に電力低減時間ＲＴの３０分間維持し、タイミングＴ１０から第２の傾きＳ２で上昇させる。

したがって、本実施形態３によると、電流センサー１１の検出値が所定閾値を超える場合には、充電電力を第１の傾きＳ１で急速に減少させることにより、契約ブレーカ１０のトリップを確実に防止できる。また、充電電力を第１ボトム値又は第２ボトム値から第２の傾きＳ２でゆっくり初期電力値に戻すので、ＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力が不安定になって系統に悪影響を及ぼすのを抑制するとともに、充電電流に加わる外乱による蓄電池１６の劣化及び短寿命化を抑制できる。

また、充電チャタカウンタ２６のカウント値が２である場合、電力変換制御部２４が充電電力を第１ボトム値に減少させた後、蓄電池１６が満充電となるか、又は充電開始から所定の設定時間ＳＴが経過したときまで充電電力を変化させないので、家庭内負荷１３に流れる電流の変動に起因する充電電流の頻繁な変動を抑制できる。

なお、上記実施形態１～３では、電力変換制御部２４に、更新動作を５０μｓ毎に実行させたが、５０μｓ以外の所定の周期毎に実行させてもよい。所定の周期は、系統電源２から入力される交流の周期以下とすることが好ましい。具体的には、系統電源２から入力される交流の周波数が５０Ｈｚの場合には、所定の周期を２０ｍｓ以下にすることが好ましく、系統電源２から入力される交流の周波数が６０Ｈｚの場合には、所定の周期を１６．６ｍｓ以下にすることが好ましい。これにより、所定の周期を、系統電源２から入力される交流の周期よりも長くした場合に比べ、より短時間の検出値の閾値超過に対応した充電電力の制御が可能になり、充電制御の応答性を改善できる。

また、上記実施形態１～３では、受信部２３ａが、最大許容値をリモートコントローラ１４と無線ルーター１５とから配線を介して受信したが、最大許容値のユーザ入力を有線又は無線により受け付ける他の受付装置から受信（取得）するようにしてもよい。また、受信部２３ａが、配線を介さず、無線により最大許容値を受信するようにしてもよい。

また、上記実施形態２では、太陽電池パネル１７を発電ユニットとして用いたが、風力等の太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する発電機や、コージェネレーションシステムを発電ユニットとして用いてもよい。

本発明は、系統電源から契約ブレーカを介して入力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池に供給するパワーコンディショナ及びそれを備えた蓄電池充電制御システムとして有用である。

１蓄電池充電システム
２系統電源
１０契約ブレーカ
１１電流センサー
１４リモートコントローラ（受付装置）
１５無線ルーター（受付装置）
２０パワーコンディショナ
２１ＡＣ／ＤＣインバータ
２２蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３通信制御部（取得部）
２４電力変換制御部
２５太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｂ直流バス
ＳＷ１～ＳＷ４第１～第４のスイッチング素子

Claims

系統電源から契約ブレーカを介して入力される交流を直流に変換して直流バスに出力するＡＣ／ＤＣインバータと、
前記直流バスのバス電圧に基づいて蓄電池に充電電力を出力する蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータと、
最大許容値を取得して記憶する取得部と、
前記契約ブレーカに入力される電流又は電力を検出するセンサーの検出値を参照して、前記検出値が前記取得部によって記憶された最大許容値を超えないように、前記蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるスイッチング素子のデューティ比を更新する更新動作を実行する電力変換制御部とを備え、
前記取得部は、前記最大許容値を特定するユーザ入力を有線又は無線により受け付ける受付装置から、前記最大許容値を取得できることを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記電力変換制御部は、所定の周期毎に前記更新動作を実行し、
前記所定の周期は、前記系統電源から入力される交流の周期以下であることを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項１又は２に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記電力変換制御部は、前記検出値が前記取得部によって記憶された最大許容値に応じた所定閾値を超える場合に、前記蓄電池の充電電力を第１の傾きで所定のボトム値まで減少させ、当該ボトム値に所定期間維持した後、当該ボトム値から第２の傾きで増加させるように、前記更新動作を実行し、前記第２の傾きの絶対値は、前記第１の傾きの絶対値よりも小さいことを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項１～３のいずれか１項に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記電力変換制御部は、前記契約ブレーカに入力される電流を検出する前記センサーの検出値を参照して前記更新動作を実行する機能と、前記契約ブレーカに入力される電力を検出する前記センサーの検出値を参照して前記更新動作を実行する機能とを有することを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項１～４のいずれか１項に記載のパワーコンディショナと、
前記センサーと、
前記蓄電池とを備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。
請求項５に記載の蓄電池充電制御システムにおいて、
太陽電池パネルをさらに備え、
前記パワーコンディショナは、前記太陽電池パネルの出力電圧を所定の電圧に変換して前記直流バスに出力する太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備えたことを特徴とする蓄電池充電制御システム。