JP3210532U - エネルギー貯蔵制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】余った電源エネルギーを貯蔵し、電力使用のピーク期に再び放出してユーザーの使用に供するエネルギー貯蔵制御システムを提供する。【解決手段】商用電源の出力端１に接続された充電器ＡＣ／ＤＣモジュール２と、太陽光発電システム３と、リチウム電池パック４とを備えており、充電器ＡＣ／ＤＣモジュール２と太陽光発電システム３の出力端はいずれもリチウム電池パック４の入力端に接続され、リチウム電池パック４の出力端にＵＰＳモジュール５が接続されており、ＵＰＳモジュール５の入力端は断路器６を介して商用電源の出力端１に接続される。本考案は、太陽光発電、風力発電等の発電装置の電気エネルギーをリチウム電池に貯蔵してユーザーの使用に供し、電力網の電力使用量を節約することができ、夜間のオフピーク時間帯の安価な電気エネルギーをリチウム電池に貯蔵し、ピーク給電時には、ユーザーと電力網の接続を切断してリチウム電池給電モードに切り換え、電力使用コストを節約することもできる。【選択図】図１

Description

本考案はエネルギー貯蔵給電技術の分野に属しており、具体的には、太陽エネルギーと、商用電源のオフピーク期の電気エネルギーとを貯蔵してユーザーの給電使用に供するためのエネルギー貯蔵制御システムに関する。

風力発電、太陽光発電自体に固有の間欠性の問題は、新エネルギーの発展の阻害要因である。新エネルギーの発電規模が拡大し続けていくにつれて、この問題が一段と切迫の度を増している。余ったエネルギーを貯蔵し、エネルギー使用のピーク期に再び放出することが、新エネルギーの間欠性を解決する重点である。

また、電力網における負荷には最高時と最低時の差が存在しており、電力使用策にはオフピーク時間帯優遇策があり、エネルギー貯蔵の逆変換システムを利用すれば、安価な電力を貯蔵してピーク時に使用し、コストを節約する機能を果たすことができ、貯蔵した電力量を自ら使い切ることができなければ、電力網に売電することもできる。

一時的に使い切れなかった電気エネルギーを貯蔵し、給電を要するときに使用に供したり、オフピーク時間帯の電気エネルギーを貯蔵してピーク時間帯の使用に供したりすることをこれまで誰も想到しておらず、従来技術にも、上記の問題を解決する装置がなかった。

本考案の目的は、上記の技術問題を解決するため、余った電源エネルギーを貯蔵し、電力使用のピーク期に再び放出してユーザーの使用に供するエネルギー貯蔵制御システムを提供することである。

上記の目的を実現するため、本考案で設計されたエネルギー貯蔵制御システムは、商用電源の出力端に接続された充電器ＡＣ／ＤＣモジュールと、太陽光発電システムと、リチウム電池パックとを備えており、前記充電器ＡＣ／ＤＣモジュールと太陽光発電システムの出力端はいずれも前記リチウム電池パックの入力端に接続され、前記リチウム電池パックの出力端にＵＰＳモジュールが接続されており、前記ＵＰＳモジュールの入力端は断路器を介して前記商用電源の出力端に接続される。

さらに、上記技術案はＭＣＵ制御モジュールをさらに備えており、前記ＭＣＵ制御モジュールの入力端は商用電源入力サンプリングモジュールを介して前記商用電源の出力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュールの入力端は電池パラメータサンプリングモジュールを介して前記リチウム電池パックの出力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュールの入力端は出力サンプリングモジュールを介して前記ＵＰＳモジュールの出力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュールの出力端は充電器制御スイッチに接続され、前記充電器ＡＣ／ＤＣモジュールは充電器制御スイッチを介して商用電源の出力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュールの出力端は前記断路器の入力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュールの出力端はＵＰＳ制御モジュールを介して前記ＵＰＳモジュールの入力端に接続される。

そしてさらに、前記ＭＣＵ制御モジュールにＬＣＤ液晶ディスプレイが接続されており、前記ＭＣＵ制御モジュールとＬＣＤ液晶ディスプレイの入力端がいずれも電源給電モジュールに接続される。

そしてさらに、前記リチウム電池パックの入力端に風力発電充電システムがさらに接続されている。

本考案で設計されるエネルギー貯蔵制御システムは、太陽光発電、風力発電等の発電装置の電気エネルギーをリチウム電池に貯蔵してユーザーの使用に供し、電力網の電力使用量を節約することができ；夜間のオフピーク時間帯の安価な電気エネルギーをリチウム電池に貯蔵し、ピーク給電時には、ユーザーと電力網の接続を切断してリチウム電池給電モードに切り換え、リチウム電池に貯蔵された電気エネルギーを使って給電し、電力使用コストを節約することもできる。

図１は本考案の原理ブロック図である。

以下、図面および具体的な実施例を参照しながら、本考案についてさらに詳しく述べる。

図１に示すエネルギー貯蔵制御システムは、商用電源の出力端１に接続された充電器ＡＣ／ＤＣモジュール２と、太陽光発電システム３と、リチウム電池パック４と、ＭＣＵ制御モジュール７とを備えており、充電器ＡＣ／ＤＣモジュール２と太陽光発電システム３の出力端はいずれもリチウム電池パック４の入力端に接続され、リチウム電池パック４の出力端にＵＰＳモジュール５が接続されており、ＵＰＳモジュール５の入力端は断路器６を介して商用電源の出力端１に接続される。リチウム電池パック４の入力端に風力発電充電システム１５がさらに接続されている。リチウム電池パック４中のリチウム電池は、ポリマーリチウムイオン電池である。

ＭＣＵ制御モジュール７の入力端は商用電源入力サンプリングモジュール８を介して商用電源の出力端１に接続され、ＭＣＵ制御モジュール７の入力端は電池パラメータサンプリングモジュール９を介してリチウム電池パック４の出力端に接続され、ＭＣＵ制御モジュール７の入力端は出力サンプリングモジュール１０を介してＵＰＳモジュール５の出力端に接続され、ＭＣＵ制御モジュール７の出力端は充電器制御スイッチ１１に接続され、充電器ＡＣ／ＤＣモジュール２は充電器制御スイッチ１１を介して商用電源の出力端１に接続され、ＭＣＵ制御モジュール７の出力端は断路器６の入力端に接続され、ＭＣＵ制御モジュール７の出力端はＵＰＳ制御モジュール１２を介してＵＰＳモジュール５の入力端に接続される。

ＭＣＵ制御モジュール７には７インチのＬＣＤ液晶ディスプレイ１３が接続されており、ＭＣＵ制御モジュール７とＬＣＤ液晶ディスプレイ１３の入力端がいずれも電源給電モジュール１４に接続され、ＬＣＤと制御システムがＲＳ４８５を介して通信し、遠隔操作で制御することができ、パラメータ設定および手動操作を実現し、ＬＣＤディスプレイ上で表示可能な交流電力パラメータには電圧、電流、周波数等のパラメータがあり、電池の余剰電力量が表示される。

本考案の動作原理および動作過程は次の通りである。

１）エネルギー貯蔵制御システムの給電：
電源給電モジュール１４は、ＭＣＵ制御モジュール７と、ＬＣＤ液晶ディスプレイ１３と、商用電源入力サンプリングモジュール８と、電池パラメータサンプリングモジュール９と、出力サンプリングモジュール１０とに給電することで、システムの正常な動作を維持する。電源給電モジュール１４の給電モードには次の２種類がある。

ａ．リチウム電池パック４から直接、ＤＣ／ＤＣモードによりＤＣ２４Ｖに変換してＬＣＤ液晶ディスプレイ１３の使用に供し、＋／−１５Ｖを商用電源入力サンプリングモジュール８と、電池パラメータサンプリングモジュール９と、出力サンプリングモジュール１０とに供給し、＋５ＶをＭＣＵ制御モジュールの基準電源に供し；
ｂ．リチウム電池パック４の電圧が低いかまたはリチウム電池パック４に電気がない場合、電源給電モジュール１４内のＡＣ／ＤＣモードにより＋４８Ｖに変換し、さらに、ＤＣ／ＤＣモードにより、必要な電圧に変換する。

上記２種類の給電モードは、商用電源や電池がない場合に、システムがいずれも正常に動作できることを保証することができる。

２）電力使用オフピーク時間帯のエネルギー貯蔵動作の過程：
２３：００〜０７：００の時間帯は、工業および民間電力使用のオフピーク時間帯に属し、ＭＣＵ制御モジュール７が充電器制御スイッチ１１を制御してオンにし、商用電源の出力端１が出力した交流電流が充電器ＡＣ／ＤＣモジュール２を介してリチウム電池パック４を充電するとともに、ＭＣＵ制御モジュール７が断路器６を制御してオンにし、商用電源がＢＹ ＰＡＳＳのバイパスモードにより出力され、ＢＹ ＰＡＳＳモードの際、商用電源はＵＰＳモジュール５の内部回路においては直接出力され、商用電源をＡＣ／ＤＣを介してＵＰＳモジュール５の直流電圧に変換しておらず、そして、ＵＰＳモジュール５がさらにＤＣ／ＡＣを介して逆変換するという過程は、ＢＹ ＰＡＳＳモードの際には効率が９９％前後であるのに対し、逆変換の効率は８５％前後しかなく、電気エネルギーの変換過程における損失を減少させる。

３）電力使用のピーク時間帯における給電動作の過程：
ＭＣＵ制御モジュール７が充電器制御スイッチ１１を制御してオフにするとともに、ＭＣＵ制御モジュール７が断路器６を制御してオフにし、安価な時間帯にリチウム電池パック４に貯蔵した電力量をＵＰＳモジュール５を介してＤＣ／ＡＣモードで電気設備に供給して使用する。

ＡＣ／ＤＣ変換により電気エネルギーをリチウム電池パック４に貯蔵し、さらに、リチウム電池パック４中の直流電流がＤＣ／ＡＣを経て交流電流に変換されるに至るすべての給電過程において、電気エネルギーの変換効率は５５％であり、日本などの国では、電力使用のオフピーク時間帯の電力価格がピーク時間帯の１／３しかなく、このようなモードでは、電力使用コストが２０〜３０％前後低下することになる。

４）太陽エネルギー貯蔵モード：
太陽エネルギー貯蔵モードでは、日中に太陽光発電システム３がＭＣＵ制御モジュール７を介してＤＣ／ＤＣ変換を行った後、ＵＰＳモジュール５で逆変換してから電気設備に供給することができるが、太陽光は発電量が不安定なため、太陽電池パネルの出力に応じ、太陽エネルギー出力が十分であれば、システムが優先的に太陽エネルギーを制御してＵＰＳモジュール５に供給して逆変換し、太陽エネルギー出力が、電気設備に供給するのに不十分な場合には、ＭＣＵ制御モジュール７が太陽エネルギーを制御して電池のみに充電するとともに、商用電源ネットワークに一時的に切り替えることで電力使用の安定性を保証する。リチウム電池パック４の電圧が許容逆変換電圧に達したことをモニターした場合、システムがＵＰＳモジュール５を制御して商用電源を遮断し、電池に切り換えて逆変換し、電力網の電力使用量を節約する。リチウム電池パック４の切り換え電圧は、ユーザーがＬＣＤ液晶ディスプレイの操作画面上で設定することができる。

５）オフピーク時間帯のエネルギー貯蔵および太陽エネルギー貯蔵動作：
本考案はオフピーク時間帯のエネルギー貯蔵と太陽エネルギー貯蔵動作モードを同時にサポートすることができ、電力網の電力使用量を最大限節約するものであり、商用電源の電力価格が高く再生不能資源が欠乏している地域や国で用いるのに特に適している。

本考案で詳細に記述していない部分は従来技術に属する。

１：商用電源の出力端、２：充電器ＡＣ／ＤＣモジュール、３：太陽光発電システム、４：リチウム電池パック、５：ＵＰＳモジュール、６：断路器、７：ＭＣＵ制御モジュール、８：商用電源入力サンプリングモジュール、９：電池パラメータサンプリングモジュール、１０：出力サンプリングモジュール、１１：充電器制御スイッチ、１２：ＵＰＳ制御モジュール、１３：ＬＣＤ液晶ディスプレイ、１４：電源給電モジュール、１５：風力発電充電システム

Claims (3)

1. 商用電源の出力端（１）に接続された充電器ＡＣ／ＤＣモジュール（２）と、太陽光発電システム（３）と、リチウム電池パック（４）とを備えており、前記充電器ＡＣ／ＤＣモジュール（２）と太陽光発電システム（３）の出力端はいずれも前記リチウム電池パック（４）の入力端に接続され、前記リチウム電池パック（４）の出力端にＵＰＳモジュール（５）が接続されており、前記ＵＰＳモジュール（５）の入力端は断路器（６）を介して前記商用電源の出力端（１）に接続され；前記エネルギー貯蔵制御システムはＭＣＵ制御モジュール（７）をさらに備え、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）の入力端は商用電源入力サンプリングモジュール（８）を介して前記商用電源の出力端（１）に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）の入力端は電池パラメータサンプリングモジュール（９）を介して前記リチウム電池パック（４）の出力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）の入力端は出力サンプリングモジュール（１０）を介して前記ＵＰＳモジュール（５）の出力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）の出力端は充電器制御スイッチ（１１）に接続され、前記充電器ＡＣ／ＤＣモジュール（２）は充電器制御スイッチ（１１）を介して商用電源の出力端（１）に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）の出力端は前記断路器（６）の入力端に接続され、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）の出力端はＵＰＳ制御モジュール（１２）を介して前記ＵＰＳモジュール（５）の入力端に接続されることを特徴とするエネルギー貯蔵制御システム。
2. 前記ＭＣＵ制御モジュール（７）にＬＣＤ液晶ディスプレイ（１３）が接続されており、前記ＭＣＵ制御モジュール（７）とＬＣＤ液晶ディスプレイ（１３）の入力端がいずれも電源給電モジュール（１４）に接続されることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵制御システム。
3. 前記リチウム電池パック（４）の入力端に風力発電充電システム（１５）がさらに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー貯蔵制御システム。

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