JP3581699B2 - 給電システム及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷系統に対して二次電池の電力を供給する給電システム及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンで無公害な太陽光エネルギーを用いた太陽電池と、二次電池とを組み合わせた給電システムは周知である。
この給電システムは、昼間に太陽電池からの余剰電力を二次電池に蓄え、太陽電池の発電が実質的に停止してしまう夜間などに、二次電池に蓄えられた電力を放出することにより、太陽電池の出力を補助し、常に安定した電力給を可能とすることを目的としたものである。
この給電システムでは、太陽電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換して負荷に供給したり、また、電力の余剰分が発生した場合には、余剰分の電力を二次電池へ供給することにより、二次電池の充電を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次電池を充電したり負荷系統や電力ネットワークへ電力を供給する場合には、太陽電池の発電電力が電力変換装置の作動電圧よりも高いことが条件となる。即ち、図４に示すように、曇りや雨の日、朝夕などのように、照度が低く、太陽電池の電力が低いときには、太陽電池の発電電力が電力変換装置の作動電圧を下回る。従って、たとえ、少量なりとも発電が行われていたとしても、その電力を二次電池に蓄電、または負荷系統や電力ネットワークへ電力を供給することが不可能となる。このように、従来の給電システムでは、太陽エネルギーを無駄にしてしまうエネルギー未活用領域が生じていた。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、自然発電により得られたエネルギーを電力として無駄なく有効に使用することが可能な給電システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、前記発電システムに接続され、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段と、前記電力変換手段よりも作動電圧が低く、前記発電システムの発電電力の電圧を昇圧して前記二次電池へ供給する昇圧手段と、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧以上である場合には、前記発電システムと前記電力変換手段とを接続し、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記発電システムと前記昇圧手段とを接続する選択制御手段とを具備することを特徴とする給電システムを提供する。
【０００６】
本発明によれば、発電電力の電圧が電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、電力変換手段より作動電圧の低い昇圧電力変換手段によって前記発電電力を昇圧することで、二次電池の端子間電圧よりも高くする。これにより、発電電力が小電力であっても無駄なく二次電池に蓄電することが可能となる。
【０００７】
なお、上記発電システムとしては、風力発電、太陽光発電、マイクロガスタービン、燃料電池、小水力発電、バイオマス発電、廃棄物発電（一般、産廃）、地熱発電等が挙げられる。なお、これらの発電システムには、自家発電設備用の小型の発電機も含まれるものとする。
【０００８】
また、上記記載の給電システムにおいて、前記二次電池は、複数のセルが直列接続されて構成され、前記昇圧手段により昇圧された後の電圧よりも前記二次電池の端子間電圧が低くなるように、前記二次電池のセル数を変更するセル数変更手段を更に具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、昇圧手段によって昇圧された後の発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さいために、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を昇圧された発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。
【００１０】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、複数のセルが直列接続されて構成され、且つ、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、前記発電電力を二次電池に蓄電するときは、前記二次電池の端子間電圧が前記発電システムの発電電力の電圧以下となるように前記二次電池を構成するセル数を変更し、前記二次電池から電力を放出する場合には、全てのセルを接続して前記二次電池を構成させるセル数変更手段を具備することを特徴とする給電システムを提供する。
【００１１】
本発明によれば、発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さく、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。
【００１２】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段と、前記電力変換手段よりも作動電圧が低く、且つ、前記発電システムからの電力の電圧を昇圧して負荷系統へ供給する昇圧電力変換手段と、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧以上である場合には、前記発電システムと前記電力変換手段とを接続し、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記発電システムと前記昇圧電力変換手段とを接続する選択制御手段とを具備することを特徴とする給電システムを提供する。
【００１３】
本発明によれば、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧以上であれば電力変換手段により電力系統 発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給し、一方、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧を下回った場合には、電力変換手段よりも作動電圧が低い昇圧電力変換手段により、該発電システムからの電力を昇圧して負荷系統や電力ネットワークへ供給する。これにより、自然エネルギーを無駄なく電力として利用することが可能となる。
【００１４】
更に、本発明によれば、発電システムの発電電力が電力変換手段の作動電圧を下回っている場合には、昇圧電力変換手段が発電電力を昇圧し、電力変換手段が昇圧された交流電力を直流電力に変換して二次電池へ供給することが可能となるので、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００１５】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池と、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は前記二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段とを備える給電システムの制御方法であって、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記電力変換手段より作動電圧の低い昇圧手段によって前記発電システムの発電電力の電圧を昇圧して前記二次電池を充電することを特徴とする給電システムの制御方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、発電電力の電圧が電力変換手段の作動電圧よりも低いときには、発電電力を電力変換手段より作動電圧の低い昇圧手段によって昇圧することで、二次電池の端子間電圧よりも高くする。これにより、余剰電力が小電力であってもその電力も二次電池に蓄電することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する複数のセルが直列接続されて構成される二次電池とを備える給電システムの制御方法であって、前記発電電力を二次電池に蓄電するときは、前記二次電池の端子間電圧が前記発電システムの発電電力の電圧以下となるように前記二次電池を構成するセル数を変更し、二次電池から電力を放出する場合には、全てのセルを接続して前記二次電池を構成させることを特徴とする給電システムの制御方法を提供する。
【００１８】
本発明によれば、発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さく、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における給電システムの構成を示す図である。図１に示す給電システム１は、二次電池１１と、太陽光エネルギーを使用して発電する太陽電池１２と、太陽電池１２からの直流電力を交流電力に変換して負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給するとともに直流電力を二次電池へ充電する電力変換装置１５と、太陽電池１２の発電電力を昇圧して二次電池１１へ供給する昇圧器１６と、太陽電池１２の発電電力に応じて、電力変換装置１５、又は昇圧器１６を選択して太陽電池１２と接続する選択制御装置１７とを備えている。
【００２０】
上記二次電池１１は、複数のセルが直列接続されて構成されている。
セル（セル電池）としては、リチウム電池、鉛電池、ＮＡＳ（ナトリウム−イオウ）電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。
また、この二次電池１１には、二次電池１１の信頼性、安全性を高めるために、セルの端子間電圧（残容量）を均一に保つためのセルバランス回路の他、二次電池の過充電保護、過放電保護、過電流保護、過昇温保護等を行うそれぞれの保護回路が付設されている。
【００２１】
具体的には、セルバランス回路としては、周知の技術である、バイパス方式、コンデンサ方式等のセルバランス回路が設けられており、全セルの充電完了時のセル電圧を５０ｍＶ以内の誤差に抑えることにより二次電池のサイクル劣化を防ぐ。
また、保護回路としては、各セルの電圧・温度等を検知するセンサをそれぞれ設け、これらのセンサから伝達される種々の情報に基づいて、二次電池の異常を検出するユニット監視回路を設ける。
ユニット監視回路は、上記情報に基づいて過放電、加充電、過昇温、過電流等を検出した場合、昇圧器１６や電力変換装置１５との接続を切断することにより、二次電池を保護する。
【００２２】
また、上記電力変換装置１５は、太陽電池１２から供給される直流電力を二次電池へ充電するとともに、該直流電力を交流電力に変換して、負荷系統１３、又は電力ネットワーク１４へ供給する機能を備えるインバータである。
昇圧器１６は、例えば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧チョッパ、昇圧トランスなどの一般的な昇圧器である。
【００２３】
次に、上記構成からなる給電システム１の作用について説明する。
まず、太陽電池１２の電力が十分であり、二次電池１１が発電電力を蓄電する場合について述べる。
ここで、選択制御装置１７は、発電電力の電圧が電力変換装置１５の作動電圧以上であった場合には、太陽電池１２と電力変換装置１５とを接続する。これにより、負荷系統１３や電力ネットワーク１４への電力供給や二次電池１１の充電が行われる。
【００２４】
これに対し、太陽電池１２への照度が不十分で発電電力の電圧が電力変換装置１５の作動電圧を下回った場合で負荷系統１３や電力ネットワーク１４への電力供給に電力供給を行わない場合には、選択制御装置１７は太陽電池１２と昇圧器１６とを接続する。これにより、昇圧器１６に供給された余剰電力は昇圧されることにより、二次電池１１の端子間電圧よりも高い電圧となる。この結果、二次電池１１へ電流が流れ込むことにより、二次電池１１が充電される。
なお、二次電池１１も満充電状態であり、充電する必要がなかった場合には、発電電力を電力ネットワーク１４へ逆潮流するようにしても良い。
【００２５】
次に、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が不足した場合には、選択制御装置１７は太陽電池１２と電力変換装置１５とを接続する。これにより、太陽電池１２の電力とともに、二次電池１１に蓄電されている電力が電力変換装置１５を介して、負荷系統１３へ供給される。
このように、太陽電池１２の電力だけでは、負荷系統１３の電力要求を満たせない場合には、二次電池１１の蓄電電力で不足分を補うことにより、安定した電力を供給することができる。
【００２６】
上述したように、本実施形態に係る給電システム１によれば、発電電力の電圧が電力変換装置１５の作動電圧よりも低いときには、発電電力を昇圧器１６によって昇圧することで、二次電池１１の端子間電圧よりも高くする。これにより、発電電力が小電力であってもその電力も二次電池１１に蓄電することが可能となる。
これにより、太陽エネルギーにより発電された電力を無駄にすることなく有効に利用することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る給電システム２について図２を参照して説明する。
図２に、本実施形態に係る給電システム２を示す。この図において、図１に示した第１の実施形態に係る給電システム１と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この図に示すように、本実施形態に係る給電システム２では、図１に示した昇圧器１６の代わりに、セル数変更装置１８を備えることにより、太陽電池１２の発電電力によって充電される二次電池１１のセルの数を調整可能な構成とする。例えば、セル数変更装置１８は、二次電池１１を構成する各セル（セル電池）に対応してスイッチング素子を備えており、このスイッチング素子をオン／オフすることにより、二次電池１１を構成するセル数を可変にする。
【００２８】
次に、上記構成からなる給電システム２の作用について説明する。
太陽電池１２の電力を二次電池１１に蓄電するとき、セル数変更装置１８は、発電電力の電圧と、二次電池１１を構成する各セルの電圧値（セル間電圧）とに基づいて、二次電池１１の端子間電圧が発電電圧以下となるように、二次電池を構成するセルの数を変更させる。
例えば、発電電圧が２２Ｖであり、各セルの電圧が一律に４Ｖであった場合には、二次電池１１の構成セル数を５個にすれば、発電電力の電圧が二次電池１１の端子間電圧以上となる。従って、セル数変更装置１８は、５個目のセルに対応するスイッチ１８ａをオンする。
これにより、発電電力は二次電池１１へ供給され、５つのセルが充電される。
【００２９】
なお、二次電池１１もほぼ充電に近く、充電する必要がなかった場合には、二次電池１１を回路から切り離すことにより、充電を停止し、発電電力を電力ネットワーク１４へ逆潮流させても良い。
【００３０】
一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が不足した場合には、セル数変更装置１８は最も低圧側のセルに対応するスイッチ１８ｂをオン状態とする。
このように、二次電池１１から電力を放出する場合には、全てのセルにより二次電池１１を構成させることにより、全てのセルに蓄電されている電力を放電放出な状態とし、太陽電池１２の電力を補助する。
【００３１】
なお、図２では、最も高圧側のセルについては、太陽電池１２の高圧側（＋端子側）と常に接続された状態とし、低圧側（−端子側）に接続されるセルを選択可能とすることで、二次電池を構成するセル数を可変にできるようセル数変更装置を構成した。しかしながら、このような構成に限ることなく、高圧側（太陽電池１２の＋端子側）に接続されるセルも選択可能となるように、セル数変更装置１８を構成しても良い。即ち、同様に、太陽電池１２の高圧側（＋端子側）に接続されるセルについても選択可能とすることにより、二次電池１１を構成するセルを自由に変更することが可能となる。
【００３２】
上述したように、本実施形態に係る給電システム２によれば、余剰電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さいために、二次電池に電力を蓄電することができない状況であっても、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を余剰電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。これにより、太陽エネルギーにより発電された電力を無駄にすることなく有効に利用することが可能となる。
【００３３】
なお、上述した第１の実施形態に係る給電システム１に、更に第２の実施形態に係る給電システム２のセル数変更装置１８を備えるような構成としても良い。この場合、昇圧器１６によって余剰電力を昇圧したとしても、昇圧後の発電電力が未だ二次電池１１の端子間電圧以上となることなく、二次電池１１に電力を蓄電することができない状況においても、セル数変更装置１８が二次電池１１のセル数を変更し、二次電池１１の端子間電圧を昇圧された発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池１１への蓄電を可能とすることができる。
なお、反対に、セル数変更装置１８による制御を優先させ、１つのセルの端子間電圧よりも発電分の電圧の方が小さかった場合などには、上記昇圧器１６を使用することにより、二次電池１１の充電を可能とするようにしても良い。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る給電システム３について図３を参照して説明する。
図３に、本実施形態に係る給電システム３を示す。この図において、図１に示した第１の実施形態に係る給電システム１と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この図に示すように、本実施形態に係る給電システム３では、太陽電池１２からの電力を負荷系統へ供給する機能として、電力変換装置２２と、昇圧電力変換装置１９とを備える。
【００３５】
電力変換装置２２は、いわゆる双方向インバータであり、太陽電池１２側から供給される直流電力を二次電池へ出力することにより、二次電池１１を充電させるとともに、該直流電力を交流電力に変換して負荷系統１３側へ供給する。
また、昇圧電力変換装置１９が作動している場合には、昇圧電力変換装置１９から供給される交流電力である発電電力を直流電力に変換して二次電池１１へ出力することにより、二次電池１１を充電する。
なお、上記電力変換装置２２は、定格４ｋＶＡ、ＤＣ電圧１８０〜２６０Ｖ、ＡＣ電圧１００Ｖである。
【００３６】
このように、電力変換装置２２は、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２側から負荷へ供給される電力が余った場合には、その余剰電力を二次電池１１に蓄電し、一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２側から負荷へ供給される電力が不足した場合には、その不足分を二次電池１１から供給する。
【００３７】
昇圧電力変換装置１９は、電力変換装置１５よりも作動電圧が低いインバータであり、具体的には、上記電力変換装置１５の定格以下であり入力電圧１００〜１８０Ｖ、０．５〜１ｋＶＡ程度である。
昇圧電力変換装置１９は、太陽電池１２から供給される直流電力を昇圧し、更に昇圧された直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００３８】
選択制御装置２０は、太陽電池１２の電力に応じて、電力変換装置１５又は昇圧電力変換装置１９のいずれかを選択し、選択した装置と太陽電池１２とを接続する。
【００３９】
次に、上述した構成からなる第３の実施形態に係る給電システム３の作用について説明する。
【００４０】
まず、太陽電池１２の起電力が電力変換装置２２の作動電圧以上であった場合には、選択制御装置２０は、太陽電池１２と電力変換装置２２とを接続する。この結果、太陽電池１２の電力は電力変換装置２２により交流電力に変換され、負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給される。
ここで、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が余った場合には、二次電池１１は、その余剰分を蓄電する。
【００４１】
一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が不足した場合には、二次電池１１に蓄電されている電力を電力変換装置２２を介して負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給する。このように、太陽電池１２の電力だけでは、負荷系統１３の電力要求を満たせない場合には、二次電池１１の蓄電電力で不足分を補うことにより、安定した電力を供給することができる。
なお、この場合、昇圧電力変換装置１９は、開放状態となっているため、上記回路から切り離された状態となる。
【００４２】
次に、太陽電池１２の起電力が電力変換装置２２の作動電圧を下回っていた場合には、選択制御装置２０は、太陽電池１２と昇圧電力変換装置１９とを接続する。この結果、太陽電池１２の電力は昇圧電力変換装置１９により昇圧され、更に交流電力に変換されて、負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給される。
【００４３】
この結果、負荷系統１３で必要とする電力に対して、昇圧電力変換装置１９により昇圧されて負荷系統１３へ供給される電力が不足した場合には、電力変換装置２２が二次電池１１に蓄電されている電力を負荷系統１３へ供給することにより、不足分を補う。
【００４４】
一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、昇圧電力変換装置１９により負荷系統１３へ供給される電力が余り、且つ、その余剰電力が二次電池１１の端子間電圧以上であった場合には、電力変換装置２２を介して余剰電力を二次電池１１へ供給する。この場合に、電力変換装置２２は、交流電力である余剰電力を直流電力に変換して二次電池１１へ供給する。これにより、二次電池１１に余剰電力が蓄電される。
なお、二次電池１１が満充電状態であった場合には、余剰電力を電力ネットワーク１４へ逆潮流するようにしても良い。これにより、自然エネルギーを無駄なく有効に利用することが可能となる。
【００４５】
上述したように、本実施形態に係る給電システム３によれば、太陽電池１２の電力が電力変換装置２２の作動電圧以上であれば電力変換装置２２により太陽電池１２の電力を負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給し、一方、太陽電池１２の電力が電力変換装置２２の作動電圧を下回った場合には、電力変換装置２２よりも作動電圧が低い昇圧電力変換装置１９により、太陽電池１２の電力を昇圧して負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給する。これにより、自然エネルギーを無駄なく電力として利用することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態に係る給電システム３によれば、負荷系統１３からの電力要求がなく、また、太陽電池１２が発電しているにも拘わらずその発電電力が電力変換装置１５の作動電圧に満たなかった場合には、以下のように給電システムが作動する。
【００４７】
まず、選択制御装置２０は、昇圧電力変換装置１９と太陽電池１２とを接続する。これにより、太陽電池１２の電力は昇圧電力変換装置１９により交流電力に変換され出力される。そして、電力変換装置２２が交流電力を直流変換し二次電池１１へ供給することにより、二次電池１１を蓄電する。
これにより、発電電力を二次電池に蓄電することが不可能な状況であっても、二次電池の充電を行うことができるので、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００４８】
なお、上述した第１〜第３の実施形態に係る給電システムにおいては、自然エネルギーを使用して発電する発電システムとして、太陽光エネルギーを使用して発電する太陽電池１２を例に挙げて説明したが、この太陽電池１２に限らず、例えば、風力発電、燃料電池、ＭＧＴ（μガスタービン）、発電所などであっても良い。また、これら各システムを組み合わせたものでも良い。
【００４９】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の給電システムによれば、発電電力の電圧が電力変換装置の作動電圧よりも低いときには、発電電力を電力変換手段よりも作動電圧が低い昇圧手段によって昇圧することにより、発電電力の電圧を二次電池の端子間電圧よりも高くし、二次電池を充電するので、発電電力が微少電力であってもその電力も二次電池に蓄電することが可能となる。これにより、自然発電により得られたエネルギーを電力として無駄なく有効に使用することができる。
【００５１】
また、本発明の給電システムによれば、昇圧手段によって昇圧された後の発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さいために、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を昇圧された発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。これにより、自然発電により得られたエネルギーを電力として無駄なく有効に使用することができる。
【００５２】
また、本発明の給電システムによれば、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧以上であれば電力変換手段により発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワークへ供給し、一方、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧を下回った場合には、電力変換手段よりも作動電圧が低い昇圧電力変換手段により、該電力系統 発電システムからの電力を昇圧して負荷系統や電力ネットワークへ供給する。これにより、微少な電力であっても負荷系統や電力ネットワークへ供給することが可能となるので、自然エネルギーを無駄なく有効に利用することができる。
【００５３】
更に、本発明の給電システムによれば、発電システムの発電電力が二次電池の端子間電圧を下回っている場合には、昇圧電力変換手段が発電電力を昇圧し、電力変換手段が昇圧された交流電力を直流電力に変換して二次電池へ供給することができるため、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００５４】
また、本発明の給電システムの制御方法によれば、発電電力の電圧が電力変換装置の作動電圧よりも低いときには、発電電力を昇圧手段によって昇圧することで、二次電池の端子間電圧よりも高くするので、発電電力が小電力であってもその電力も二次電池に蓄電することが可能となる。これにより、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００５５】
また、本発明の給電システムの制御方法によれば、発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さく、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。これにより、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図４】従来技術におけるエネルギーの未活用領域を説明するの説明図である。
【符号の説明】
１、２、３ 給電システム
１１ 二次電池
１２ 太陽電池
１３ 負荷系統
１４ 電力ネットワーク
１５ 電力変換装置
１６ 昇圧器
１７ 選択制御装置
１８ セル数変更装置
１８ａ、１８ｂ スイッチ
１９ 昇圧電力変換装置
２０ 選択制御装置
２２ 電力変換装置
１００ セル
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷系統に対して二次電池の電力を供給する給電システム及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンで無公害な太陽光エネルギーを用いた太陽電池と、二次電池とを組み合わせた給電システムは周知である。
この給電システムは、昼間に太陽電池からの余剰電力を二次電池に蓄え、太陽電池の発電が実質的に停止してしまう夜間などに、二次電池に蓄えられた電力を放出することにより、太陽電池の出力を補助し、常に安定した電力給を可能とすることを目的としたものである。
この給電システムでは、太陽電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換して負荷に供給したり、また、電力の余剰分が発生した場合には、余剰分の電力を二次電池へ供給することにより、二次電池の充電を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次電池を充電したり負荷系統や電力ネットワークへ電力を供給する場合には、太陽電池の発電電力が電力変換装置の作動電圧よりも高いことが条件となる。即ち、図４に示すように、曇りや雨の日、朝夕などのように、照度が低く、太陽電池の電力が低いときには、太陽電池の発電電力が電力変換装置の作動電圧を下回る。従って、たとえ、少量なりとも発電が行われていたとしても、その電力を二次電池に蓄電、または負荷系統や電力ネットワークへ電力を供給することが不可能となる。このように、従来の給電システムでは、太陽エネルギーを無駄にしてしまうエネルギー未活用領域が生じていた。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、自然発電により得られたエネルギーを電力として無駄なく有効に使用することが可能な給電システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、前記発電システムに接続され、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段と、前記電力変換手段よりも作動電圧が低く、前記発電システムの発電電力の電圧を昇圧して前記二次電池へ供給する昇圧手段と、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧以上である場合には、前記発電システムと前記電力変換手段とを接続し、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記発電システムと前記昇圧手段とを接続する選択制御手段とを具備することを特徴とする給電システムを提供する。
【０００６】
本発明によれば、発電電力の電圧が電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、電力変換手段より作動電圧の低い昇圧電力変換手段によって前記発電電力を昇圧することで、二次電池の端子間電圧よりも高くする。これにより、発電電力が小電力であっても無駄なく二次電池に蓄電することが可能となる。
【０００７】
なお、上記発電システムとしては、風力発電、太陽光発電、マイクロガスタービン、燃料電池、小水力発電、バイオマス発電、廃棄物発電（一般、産廃）、地熱発電等が挙げられる。なお、これらの発電システムには、自家発電設備用の小型の発電機も含まれるものとする。
【０００８】
また、上記記載の給電システムにおいて、前記二次電池は、複数のセルが直列接続されて構成され、前記昇圧手段により昇圧された後の電圧よりも前記二次電池の端子間電圧が低くなるように、前記二次電池のセル数を変更するセル数変更手段を更に具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、昇圧手段によって昇圧された後の発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さいために、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を昇圧された発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。
【００１０】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、複数のセルが直列接続されて構成され、且つ、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、前記発電電力を二次電池に蓄電するときは、前記二次電池の端子間電圧が前記発電システムの発電電力の電圧以下となるように前記二次電池を構成するセル数を変更し、前記二次電池から電力を放出する場合には、全てのセルを接続して前記二次電池を構成させるセル数変更手段を具備することを特徴とする給電システムを提供する。
【００１１】
本発明によれば、発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さく、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。
【００１２】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段と、前記電力変換手段よりも作動電圧が低く、且つ、前記発電システムからの電力の電圧を昇圧して負荷系統へ供給する昇圧電力変換手段と、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧以上である場合には、前記発電システムと前記電力変換手段とを接続し、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記発電システムと前記昇圧電力変換手段とを接続する選択制御手段とを具備することを特徴とする給電システムを提供する。
【００１３】
本発明によれば、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧以上であれば電力変換手段により電力系統 発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給し、一方、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧を下回った場合には、電力変換手段よりも作動電圧が低い昇圧電力変換手段により、該発電システムからの電力を昇圧して負荷系統や電力ネットワークへ供給する。これにより、自然エネルギーを無駄なく電力として利用することが可能となる。
【００１４】
更に、本発明によれば、発電システムの発電電力が電力変換手段の作動電圧を下回っている場合には、昇圧電力変換手段が発電電力を昇圧し、電力変換手段が昇圧された交流電力を直流電力に変換して二次電池へ供給することが可能となるので、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００１５】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池と、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は前記二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段とを備える給電システムの制御方法であって、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記電力変換手段より作動電圧の低い昇圧手段によって前記発電システムの発電電力の電圧を昇圧して前記二次電池を充電することを特徴とする給電システムの制御方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、発電電力の電圧が電力変換手段の作動電圧よりも低いときには、発電電力を電力変換手段より作動電圧の低い昇圧手段によって昇圧することで、二次電池の端子間電圧よりも高くする。これにより、余剰電力が小電力であってもその電力も二次電池に蓄電することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する複数のセルが直列接続されて構成される二次電池とを備える給電システムの制御方法であって、前記発電電力を二次電池に蓄電するときは、前記二次電池の端子間電圧が前記発電システムの発電電力の電圧以下となるように前記二次電池を構成するセル数を変更し、二次電池から電力を放出する場合には、全てのセルを接続して前記二次電池を構成させることを特徴とする給電システムの制御方法を提供する。
【００１８】
本発明によれば、発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さく、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における給電システムの構成を示す図である。図１に示す給電システム１は、二次電池１１と、太陽光エネルギーを使用して発電する太陽電池１２と、太陽電池１２からの直流電力を交流電力に変換して負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給するとともに直流電力を二次電池へ充電する電力変換装置１５と、太陽電池１２の発電電力を昇圧して二次電池１１へ供給する昇圧器１６と、太陽電池１２の発電電力に応じて、電力変換装置１５、又は昇圧器１６を選択して太陽電池１２と接続する選択制御装置１７とを備えている。
【００２０】
上記二次電池１１は、複数のセルが直列接続されて構成されている。
セル（セル電池）としては、リチウム電池、鉛電池、ＮＡＳ（ナトリウム−イオウ）電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。
また、この二次電池１１には、二次電池１１の信頼性、安全性を高めるために、セルの端子間電圧（残容量）を均一に保つためのセルバランス回路の他、二次電池の過充電保護、過放電保護、過電流保護、過昇温保護等を行うそれぞれの保護回路が付設されている。
【００２１】
具体的には、セルバランス回路としては、周知の技術である、バイパス方式、コンデンサ方式等のセルバランス回路が設けられており、全セルの充電完了時のセル電圧を５０ｍＶ以内の誤差に抑えることにより二次電池のサイクル劣化を防ぐ。
また、保護回路としては、各セルの電圧・温度等を検知するセンサをそれぞれ設け、これらのセンサから伝達される種々の情報に基づいて、二次電池の異常を検出するユニット監視回路を設ける。
ユニット監視回路は、上記情報に基づいて過放電、加充電、過昇温、過電流等を検出した場合、昇圧器１６や電力変換装置１５との接続を切断することにより、二次電池を保護する。
【００２２】
また、上記電力変換装置１５は、太陽電池１２から供給される直流電力を二次電池へ充電するとともに、該直流電力を交流電力に変換して、負荷系統１３、又は電力ネットワーク１４へ供給する機能を備えるインバータである。
昇圧器１６は、例えば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧チョッパ、昇圧トランスなどの一般的な昇圧器である。
【００２３】
次に、上記構成からなる給電システム１の作用について説明する。
まず、太陽電池１２の電力が十分であり、二次電池１１が発電電力を蓄電する場合について述べる。
ここで、選択制御装置１７は、発電電力の電圧が電力変換装置１５の作動電圧以上であった場合には、太陽電池１２と電力変換装置１５とを接続する。これにより、負荷系統１３や電力ネットワーク１４への電力供給や二次電池１１の充電が行われる。
【００２４】
これに対し、太陽電池１２への照度が不十分で発電電力の電圧が電力変換装置１５の作動電圧を下回った場合で負荷系統１３や電力ネットワーク１４への電力供給に電力供給を行わない場合には、選択制御装置１７は太陽電池１２と昇圧器１６とを接続する。これにより、昇圧器１６に供給された余剰電力は昇圧されることにより、二次電池１１の端子間電圧よりも高い電圧となる。この結果、二次電池１１へ電流が流れ込むことにより、二次電池１１が充電される。
なお、二次電池１１も満充電状態であり、充電する必要がなかった場合には、発電電力を電力ネットワーク１４へ逆潮流するようにしても良い。
【００２５】
次に、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が不足した場合には、選択制御装置１７は太陽電池１２と電力変換装置１５とを接続する。これにより、太陽電池１２の電力とともに、二次電池１１に蓄電されている電力が電力変換装置１５を介して、負荷系統１３へ供給される。
このように、太陽電池１２の電力だけでは、負荷系統１３の電力要求を満たせない場合には、二次電池１１の蓄電電力で不足分を補うことにより、安定した電力を供給することができる。
【００２６】
上述したように、本実施形態に係る給電システム１によれば、発電電力の電圧が電力変換装置１５の作動電圧よりも低いときには、発電電力を昇圧器１６によって昇圧することで、二次電池１１の端子間電圧よりも高くする。これにより、発電電力が小電力であってもその電力も二次電池１１に蓄電することが可能となる。
これにより、太陽エネルギーにより発電された電力を無駄にすることなく有効に利用することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る給電システム２について図２を参照して説明する。
図２に、本実施形態に係る給電システム２を示す。この図において、図１に示した第１の実施形態に係る給電システム１と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この図に示すように、本実施形態に係る給電システム２では、図１に示した昇圧器１６の代わりに、セル数変更装置１８を備えることにより、太陽電池１２の発電電力によって充電される二次電池１１のセルの数を調整可能な構成とする。例えば、セル数変更装置１８は、二次電池１１を構成する各セル（セル電池）に対応してスイッチング素子を備えており、このスイッチング素子をオン／オフすることにより、二次電池１１を構成するセル数を可変にする。
【００２８】
次に、上記構成からなる給電システム２の作用について説明する。
太陽電池１２の電力を二次電池１１に蓄電するとき、セル数変更装置１８は、発電電力の電圧と、二次電池１１を構成する各セルの電圧値（セル間電圧）とに基づいて、二次電池１１の端子間電圧が発電電圧以下となるように、二次電池を構成するセルの数を変更させる。
例えば、発電電圧が２２Ｖであり、各セルの電圧が一律に４Ｖであった場合には、二次電池１１の構成セル数を５個にすれば、発電電力の電圧が二次電池１１の端子間電圧以上となる。従って、セル数変更装置１８は、５個目のセルに対応するスイッチ１８ａをオンする。
これにより、発電電力は二次電池１１へ供給され、５つのセルが充電される。
【００２９】
なお、二次電池１１もほぼ充電に近く、充電する必要がなかった場合には、二次電池１１を回路から切り離すことにより、充電を停止し、発電電力を電力ネットワーク１４へ逆潮流させても良い。
【００３０】
一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が不足した場合には、セル数変更装置１８は最も低圧側のセルに対応するスイッチ１８ｂをオン状態とする。
このように、二次電池１１から電力を放出する場合には、全てのセルにより二次電池１１を構成させることにより、全てのセルに蓄電されている電力を放電放出な状態とし、太陽電池１２の電力を補助する。
【００３１】
なお、図２では、最も高圧側のセルについては、太陽電池１２の高圧側（＋端子側）と常に接続された状態とし、低圧側（−端子側）に接続されるセルを選択可能とすることで、二次電池を構成するセル数を可変にできるようセル数変更装置を構成した。しかしながら、このような構成に限ることなく、高圧側（太陽電池１２の＋端子側）に接続されるセルも選択可能となるように、セル数変更装置１８を構成しても良い。即ち、同様に、太陽電池１２の高圧側（＋端子側）に接続されるセルについても選択可能とすることにより、二次電池１１を構成するセルを自由に変更することが可能となる。
【００３２】
上述したように、本実施形態に係る給電システム２によれば、余剰電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さいために、二次電池に電力を蓄電することができない状況であっても、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を余剰電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。これにより、太陽エネルギーにより発電された電力を無駄にすることなく有効に利用することが可能となる。
【００３３】
なお、上述した第１の実施形態に係る給電システム１に、更に第２の実施形態に係る給電システム２のセル数変更装置１８を備えるような構成としても良い。この場合、昇圧器１６によって余剰電力を昇圧したとしても、昇圧後の発電電力が未だ二次電池１１の端子間電圧以上となることなく、二次電池１１に電力を蓄電することができない状況においても、セル数変更装置１８が二次電池１１のセル数を変更し、二次電池１１の端子間電圧を昇圧された発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池１１への蓄電を可能とすることができる。
なお、反対に、セル数変更装置１８による制御を優先させ、１つのセルの端子間電圧よりも発電分の電圧の方が小さかった場合などには、上記昇圧器１６を使用することにより、二次電池１１の充電を可能とするようにしても良い。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る給電システム３について図３を参照して説明する。
図３に、本実施形態に係る給電システム３を示す。この図において、図１に示した第１の実施形態に係る給電システム１と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この図に示すように、本実施形態に係る給電システム３では、太陽電池１２からの電力を負荷系統へ供給する機能として、電力変換装置２２と、昇圧電力変換装置１９とを備える。
【００３５】
電力変換装置２２は、いわゆる双方向インバータであり、太陽電池１２側から供給される直流電力を二次電池へ出力することにより、二次電池１１を充電させるとともに、該直流電力を交流電力に変換して負荷系統１３側へ供給する。
また、昇圧電力変換装置１９が作動している場合には、昇圧電力変換装置１９から供給される交流電力である発電電力を直流電力に変換して二次電池１１へ出力することにより、二次電池１１を充電する。
なお、上記電力変換装置２２は、定格４ｋＶＡ、ＤＣ電圧１８０〜２６０Ｖ、ＡＣ電圧１００Ｖである。
【００３６】
このように、電力変換装置２２は、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２側から負荷へ供給される電力が余った場合には、その余剰電力を二次電池１１に蓄電し、一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２側から負荷へ供給される電力が不足した場合には、その不足分を二次電池１１から供給する。
【００３７】
昇圧電力変換装置１９は、電力変換装置１５よりも作動電圧が低いインバータであり、具体的には、上記電力変換装置１５の定格以下であり入力電圧１００〜１８０Ｖ、０．５〜１ｋＶＡ程度である。
昇圧電力変換装置１９は、太陽電池１２から供給される直流電力を昇圧し、更に昇圧された直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００３８】
選択制御装置２０は、太陽電池１２の電力に応じて、電力変換装置１５又は昇圧電力変換装置１９のいずれかを選択し、選択した装置と太陽電池１２とを接続する。
【００３９】
次に、上述した構成からなる第３の実施形態に係る給電システム３の作用について説明する。
【００４０】
まず、太陽電池１２の起電力が電力変換装置２２の作動電圧以上であった場合には、選択制御装置２０は、太陽電池１２と電力変換装置２２とを接続する。この結果、太陽電池１２の電力は電力変換装置２２により交流電力に変換され、負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給される。
ここで、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が余った場合には、二次電池１１は、その余剰分を蓄電する。
【００４１】
一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、太陽電池１２の電力が不足した場合には、二次電池１１に蓄電されている電力を電力変換装置２２を介して負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給する。このように、太陽電池１２の電力だけでは、負荷系統１３の電力要求を満たせない場合には、二次電池１１の蓄電電力で不足分を補うことにより、安定した電力を供給することができる。
なお、この場合、昇圧電力変換装置１９は、開放状態となっているため、上記回路から切り離された状態となる。
【００４２】
次に、太陽電池１２の起電力が電力変換装置２２の作動電圧を下回っていた場合には、選択制御装置２０は、太陽電池１２と昇圧電力変換装置１９とを接続する。この結果、太陽電池１２の電力は昇圧電力変換装置１９により昇圧され、更に交流電力に変換されて、負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給される。
【００４３】
この結果、負荷系統１３で必要とする電力に対して、昇圧電力変換装置１９により昇圧されて負荷系統１３へ供給される電力が不足した場合には、電力変換装置２２が二次電池１１に蓄電されている電力を負荷系統１３へ供給することにより、不足分を補う。
【００４４】
一方、負荷系統１３で必要とする電力に対して、昇圧電力変換装置１９により負荷系統１３へ供給される電力が余り、且つ、その余剰電力が二次電池１１の端子間電圧以上であった場合には、電力変換装置２２を介して余剰電力を二次電池１１へ供給する。この場合に、電力変換装置２２は、交流電力である余剰電力を直流電力に変換して二次電池１１へ供給する。これにより、二次電池１１に余剰電力が蓄電される。
なお、二次電池１１が満充電状態であった場合には、余剰電力を電力ネットワーク１４へ逆潮流するようにしても良い。これにより、自然エネルギーを無駄なく有効に利用することが可能となる。
【００４５】
上述したように、本実施形態に係る給電システム３によれば、太陽電池１２の電力が電力変換装置２２の作動電圧以上であれば電力変換装置２２により太陽電池１２の電力を負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給し、一方、太陽電池１２の電力が電力変換装置２２の作動電圧を下回った場合には、電力変換装置２２よりも作動電圧が低い昇圧電力変換装置１９により、太陽電池１２の電力を昇圧して負荷系統１３や電力ネットワーク１４へ供給する。これにより、自然エネルギーを無駄なく電力として利用することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態に係る給電システム３によれば、負荷系統１３からの電力要求がなく、また、太陽電池１２が発電しているにも拘わらずその発電電力が電力変換装置１５の作動電圧に満たなかった場合には、以下のように給電システムが作動する。
【００４７】
まず、選択制御装置２０は、昇圧電力変換装置１９と太陽電池１２とを接続する。これにより、太陽電池１２の電力は昇圧電力変換装置１９により交流電力に変換され出力される。そして、電力変換装置２２が交流電力を直流変換し二次電池１１へ供給することにより、二次電池１１を蓄電する。
これにより、発電電力を二次電池に蓄電することが不可能な状況であっても、二次電池の充電を行うことができるので、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００４８】
なお、上述した第１〜第３の実施形態に係る給電システムにおいては、自然エネルギーを使用して発電する発電システムとして、太陽光エネルギーを使用して発電する太陽電池１２を例に挙げて説明したが、この太陽電池１２に限らず、例えば、風力発電、燃料電池、ＭＧＴ（μガスタービン）、発電所などであっても良い。また、これら各システムを組み合わせたものでも良い。
【００４９】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の給電システムによれば、発電電力の電圧が電力変換装置の作動電圧よりも低いときには、発電電力を電力変換手段よりも作動電圧が低い昇圧手段によって昇圧することにより、発電電力の電圧を二次電池の端子間電圧よりも高くし、二次電池を充電するので、発電電力が微少電力であってもその電力も二次電池に蓄電することが可能となる。これにより、自然発電により得られたエネルギーを電力として無駄なく有効に使用することができる。
【００５１】
また、本発明の給電システムによれば、昇圧手段によって昇圧された後の発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さいために、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を昇圧された発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。これにより、自然発電により得られたエネルギーを電力として無駄なく有効に使用することができる。
【００５２】
また、本発明の給電システムによれば、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧以上であれば電力変換手段により発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワークへ供給し、一方、発電システムの電力が電力変換手段の作動電圧を下回った場合には、電力変換手段よりも作動電圧が低い昇圧電力変換手段により、該電力系統 発電システムからの電力を昇圧して負荷系統や電力ネットワークへ供給する。これにより、微少な電力であっても負荷系統や電力ネットワークへ供給することが可能となるので、自然エネルギーを無駄なく有効に利用することができる。
【００５３】
更に、本発明の給電システムによれば、発電システムの発電電力が二次電池の端子間電圧を下回っている場合には、昇圧電力変換手段が発電電力を昇圧し、電力変換手段が昇圧された交流電力を直流電力に変換して二次電池へ供給することができるため、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００５４】
また、本発明の給電システムの制御方法によれば、発電電力の電圧が電力変換装置の作動電圧よりも低いときには、発電電力を昇圧手段によって昇圧することで、二次電池の端子間電圧よりも高くするので、発電電力が小電力であってもその電力も二次電池に蓄電することが可能となる。これにより、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【００５５】
また、本発明の給電システムの制御方法によれば、発電電力の電圧が、二次電池の端子間電圧よりも小さく、二次電池に電力を蓄電することができない場合でも、二次電池のセル数を変更し、二次電池の端子間電圧を発電電力の電圧よりも低く調節することにより、二次電池への蓄電を可能とすることができる。これにより、自然エネルギーの発電量を無駄なく有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る給電システムの構成を示すブロック図である。
【図４】従来技術におけるエネルギーの未活用領域を説明するの説明図である。
【符号の説明】
１、２、３ 給電システム
１１ 二次電池
１２ 太陽電池
１３ 負荷系統
１４ 電力ネットワーク
１５ 電力変換装置
１６ 昇圧器
１７ 選択制御装置
１８ セル数変更装置
１８ａ、１８ｂ スイッチ
１９ 昇圧電力変換装置
２０ 選択制御装置
２２ 電力変換装置
１００ セル
Claims (4)
- 自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、
前記発電システムに接続され、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段よりも作動電圧が低く、前記発電システムの発電電力の電圧を昇圧して前記二次電池へ供給する昇圧手段と、
前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧以上である場合には、前記発電システムと前記電力変換手段とを接続し、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記発電システムと前記昇圧手段とを接続する選択制御手段と
を具備することを特徴とする給電システム。 - 前記二次電池は、複数のセルが直列接続されて構成され、
前記昇圧手段により昇圧された後の電圧よりも前記二次電池の端子間電圧が低くなるように、前記二次電池のセル数を変更するセル数変更手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の給電システム。 - 自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池とを備える給電システムであって、
前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段よりも作動電圧が低く、且つ、前記発電システムからの電力の電圧を昇圧して負荷系統へ供給する昇圧電力変換手段と、
前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧以上である場合には、前記発電システムと前記電力変換手段とを接続し、前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記発電システムと前記昇圧電力変換手段とを接続する選択制御手段と
を具備することを特徴とする給電システム。 - 自然エネルギーを使用して発電する発電システムと、前記発電システムの発電電力を蓄電する二次電池と、前記発電システムからの電力を負荷系統や電力ネットワーク、又は前記二次電池のいずれか、又は両方へ供給する電力変換手段とを備える給電システムの制御方法であって、
前記発電システムの発電電力の電圧が前記電力変換手段の作動電圧を下回る場合には、前記電力変換手段より作動電圧の低い昇圧手段によって前記発電システムの発電電力の電圧を昇圧して前記二次電池を充電することを特徴とする給電システムの制御方法。
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