JP4974739B2

JP4974739B2 - 電力貯蔵装置

Info

Publication number: JP4974739B2
Application number: JP2007104566A
Authority: JP
Inventors: 充宏古谷; 龍周藤; 中為郭
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-04-12
Also published as: JP2008263718A

Description

本発明は、商用系統に連係され、夜間の電気料金が安価な時間帯に二次電池に充電し、昼間の電力需要が大きい時間帯に前記二次電池から放電電力を前記商用系統に連系させる電力平準化や電力ピークカットを目的とする電力貯蔵装置に関するものである。

従来の電力貯蔵装置を図５に示す。この電力貯蔵装置は、二次電池５を複数台備え、これら複数台の二次電池５と商用系統２との間に双方向電力変換器３を接続し、複数台の二次電池５の各々にスイッチで構成した切替手段１６を備え、これら切替手段１６を用いて使用電力に応じて二次電池の使用個数を変更するように構成している。（特許文献１参照）。
特開２０００−３１２４４５公報

しかし、従来の切替手段１６は単純にスイッチを用いていたため、切替時での双方向電力変換器へのラッシュ電流を抑えながら無瞬断で切り替えることが困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、複数台の二次電池群を使用電力や電池残量その他状況に応じて二次電池群の増減を簡単に且つ無瞬断で行える電力貯蔵装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力貯蔵装置は、商用系統に連係され、電気料金が安価な時間帯に二次電池に充電し、電力需要が大きい時間帯に前記二次電池群から放電電力を前記商用系統に連系させる電力貯蔵装置において、前記二次電池群を複数台備え、これら複数台の二次電池群と前記商用系統との間に双方向電力変換器を接続し、この双方向電力変換器と前記複数台の二次電池群との間に切替手段を備え、この切替手段は切替制御手段と接続し、この切替制御手段は、使用電力や電池残量その他状況に応じて複数台の二次電池群を切り換えて前記双方向電力変換器に接続するように制御する構成を有することを特徴とする。

前記切替手段は、一の二次電池群に対して、整流素子と半導体スイッチとを直列接続し、さらに、半導体スイッチと電流制限素子とを並列した回路を複数設け、これらを直列に接続し、この直列回路を前記整流素子と半導体スイッチとの直列回路に直列接続して直列回路を構成し、この直列回路と並列に機械開閉器を接続して、前記切替制御手段の信号により、前記機械開閉器と前記半導体スイッチとの開閉タイミングを制御する構成を有することを特徴とする。
また、前記電流制限素子は抵抗であることを特徴とする。

前記切替制御手段は、予め設定した電池の最低残容量値に達した場合、予め設定した時間に達した場合、若しくは、現在使用している二次電池群に異常が発生した場合に、正常の切替手段を有する他の前記二次電池群に切り換えるように制御するようにしてある。

本発明によれば、複数台の二次電池群を切り替えるときに、複数台の二次電池群間の横流を抑制することができ、切替時での双方向電力変換器へのラッシュ電流を抑えながら無瞬断で切り替えられる。また、切替制御手段で自由に切替手段への切替指令を行うので、複数台の二次電池群から使用電力に応じて二次電池群を選択して切り替えることができる。そのため、二次電池のメンテナンスや保守がし易くなる。さらに、複数台の電力変換装置をローテーションして使い分ければ、ある一つの電力変換装置に集中して使用しなくても済むので装置全体の寿命を上げることができる。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示の電力貯蔵装置は、商用系統２に連係されている。商用系統２は負荷１及び双方向電力変換器３に接続してある。この双方向電力変換器３は切替手段６に接続し、この切替手段群６は複数台の二次電池群５に対して各々切替可能に接続してある。切替手段６は切替制御手段４と接続してある。この切替制御手段４は、使用電力や二次電池群５の電池残量その他状況に応じて複数台の二次電池群５を切り換えて双方向電力変換器３に接続して、切替手段５を制御する構成を有する。

続いて、切替手段６について説明する。なお、図２には切替手段６（６１，６２）の具体的構成を示した一実施例の回路を示してある。切替手段６１，６２は、一の二次電池群５１，５２に対して、各々整流素子であるダイオード６１２，６２２と半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂとを直列に接続してある。さらに、各半導体スイッチ６１３ｂ，６１３ｃ，６２３ｂ，６２３ｃと並列に電流制御素子である抵抗６１４ｂ，６１４ｃ，６２４ｂ，６２４ｃを接続してあり、これら並列回路を直列に接続し、この直列回路をダイオード６１２，６２２と半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂとの直列回路に直列接続して直列回路を構成してある。この直列回路と並列に機械開閉器６１１，６２１を接続してある。使用電力や二次電池群５の電池残量その他状況に応じて各々二次電池群５１，５２を切り換えて双方向電力変換器３を制御する切替制御手段４の信号により、機械開閉器６１１，６２１と半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃ，６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃとの開閉タイミングを制御する構成を有する。

以上のように構成してある電力貯蔵装置は以下のように作用する。なお、図３に切替制御手段４の動作フローチャートを示す。先ず、切替制御手段４が切替手段６に指示する流れについて図４を用いて説明する。先ず、現在使用している二次電池群の動作状態が放電状態か充電状態かを確認する（Ｓ１）。続いて、放電状態の場合、予め設定した電池の最低残容量値以下か、予め設定した時間を経過したか、若しくは、現在使用している二次電池群に異常が発生したかを確認する（Ｓ２）。いずれにも該当しない場合には、動作状態の確認（Ｓ１）に戻る。一方、いずれかに該当する場合には、放電可能な二次電池群を検索し（Ｓ３）、適任な二次電池群に切り替える（Ｓ４）。切り替えたら、切替制御手段４は、新たに動作状態の確認（Ｓ１）から始まる。なお、切替手段６の動作については後述する。

続いて、動作状態が充電状態の場合について説明する。この場合、予め設定した時間を経過したか、若しくは、現在使用している二次電池群に異常が発生したかを確認する（Ｓ１１）。いずれかに該当する場合は、放電可能な二次電池群を検索し（Ｓ１３）、適任な二次電池群に切り替える（Ｓ１４）。切り替えたら、切替制御手段４は、新たに動作状態の確認（Ｓ１）から始まる。一方、いずれにも該当しない場合は、満充電か否かを検出する（Ｓ１２）。満充電の状態でない場合は、動作状態の確認（Ｓ１）に戻る。満充電の状態の場合は、放電可能な二次電池群を検索し（Ｓ１３）、適任な二次電池群に切り替える（Ｓ１４）。切り替えたら、切替制御手段４は、新たに動作状態の確認（Ｓ１）から始まる。

適任な二次電池群に切り替える場合における切替手段６の動作について図２を用いて説明する。なお、図２においては、二つの二次電池群５１，５２を有するため、便宜上第一の二次電池群５１から第二の二次電池群５２に切り替える動作について説明する。また、図４に動作タイミング波形図を示す。

切替順序として、通常時にメイン電流が切替手段６１の機械開閉器６１１に流れた状態から、切替手段６２の機械開閉器６２１に切り替える時に、切替手段６１の半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃにメイン電流をバイパスさせてから、もう一方の切替手段６２の半導体スイッチ６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃにメイン電流を切り替えて、最後に切替手段６２の機械開閉器６２１にメイン電流を流す。このように一度半導体スイッチ６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃに電流をバイパスする理由は、一般的に機械開閉器６１１，６２１の動作速度は遅く、動作の時間のばらつきも大きい為に切替手段６１の機械開閉器６１１を切り離した後に切替手段６２の機械開閉器６２１を接続するように制御をすることが困難で、その間には出力されない時間が生じてしまい、出力に瞬時停電が生じる場合がある。その為に一度半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃ，６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃにメイン電流をバイパスさせることで、機械開閉器６１１，６２１よりも動作速度の速い半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃ，６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃによって切り替えるタイミングを調整する。

また、電圧差がある二次電池群５１，５２を切り替えるときに、切り替えた瞬間に出力に過大な突入電流が生じる恐れがある。そこで切替手段６１，６２の中にある半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃ，６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃに並列に繋がった抵抗６１４ｂ，６１４ｃ，６２４ｂ，６２４ｃを突防素子として使い、半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃ，６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃの切替タイミングを調整して、抵抗６１４ｂ，６１４ｃ，６２４ｂ，６２４ｃにメイン電流が流れるように調整することで突入電流を抑えるように制御をする。

続いて、切替手段６１，６２の動作手順について説明する。先ず、二次電池群５１のメイン電流は通常時には機械開閉器６１１の経路に流れている。切替手段６１として、最初にメイン電流を半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃにバイパスする為に半導体スイッチ６１３ｂ，６１３ｃを導通させる。ここで先に半導体スイッチ６１３ｂ，６１３ｃを導通してある理由は、半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃの動作のばらつきの影響を無くす為で、予め半導体スイッチ６１３ｂ，６１３ｃを導通させておくことで半導体スイッチ６１３ａが導通したときにメイン電流が半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃにバイパスすることで切替のタイミングを調整し易くする為である。

続いて、切替手段６１の半導体スイッチ６１３ａを導通させる。メイン電流は機械開閉器６１１から半導体スイッチ６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃにバイパスされる。続いて、機械開閉器６１１を解列させる。

さらに、切替手段６２の半導体スイッチ６２３ａを導通させる。このことでメイン電流は二次電池群５２より流れ出す。また、図４のａ点に示すように、電圧差による突入電流は切替手段６２の抵抗６２４ｂ，６２４ｃによって抑えられる。続いて、切替手段６１の半導体スイッチ６１３ａを解列する。以上の動作で出力は二次電池群５２に切り替えられたことになる。

続いて、切替手段６２の半導体スイッチ６２３ａ，抵抗６２４ｂ，６２４ｃに流れ込んだメイン電流を流し続けると、抵抗６２４ｂ，６２４ｃの許容電力値を超えてしまうので、許容電力値以内になるような時限で半導体スイッチ６２３ｂ，６２３ｃを切り替えることで、抵抗６２４ｂ，６２４ｃの損失を減少するように動作させる必要がある。その為に切替手段６２の半導体スイッチ６２３ｂを導通させることで抵抗６２４ｂの消費電力を無くす。また、この時、図４のｂ点に示すように、抵抗６２４ｂに流れていた電流値と抵抗値による電圧降下によってこの値分の突入電流が生じる。

続いて、切替手段２の半導体スイッチ６２３ｃを導通させる。この時にも、図４のｃ点に示すように、突入電流が生じる。この時にも抵抗６２４ｃの許容電力値を超えないような時限で導通させる。続いて、切替手段６２の機械開閉器６２１を導通させる。この時にも、図４のｄ点に示すように、突入電流が生じる。その後、切替手段６２の半導体スイッチ６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃを全て解列することで、停電無しで二次電池群５１から二次電池群５２へ切り替えることが出来る。

以上より、複数台の二次電池群５１，５２を切り替えるときに、複数台の二次電池群５１，５２間の横流を抑制することができ、切替時での双方向電力変換器３へのラッシュ電流を抑えながら無瞬断で切り替えられる。また、切替制御手段４で自由に切替手段６への切替指令を行うので、複数台の二次電池群５１，５２から使用電力に応じて二次電池群５１，５２を選択して切り替えることができる。そのため、二次電池のメンテナンスや保守がし易くなる。さらに、複数台の電力変換装置をローテーションして使い分ければ、ある一つの電力変換装置に集中して使用しなくても済むので装置全体の寿命を上げることができる。

本発明によれば、複数台の二次電池群を切り替えるときに、複数台の二次電池群間の横流を抑制することができ、切替時での双方向電力変換器へのラッシュ電流を抑えながら無瞬断で切り替えられる。また、切替制御手段で自由に切替手段への切替指令を行うので、複数台の二次電池群から使用電力に応じて二次電池群を選択して切り替えることができる。そのため、二次電池のメンテナンスや保守がし易くなる。さらに、複数台の電力変換装置をローテーションして使い分ければ、ある一つの電力変換装置に集中して使用しなくても済むので装置全体の寿命を上げることができ、産業上利用可能である。

本発明に係る電力貯蔵装置における発明を実施するための最良の形態の回路図である。図１図示実施例の要部を示した回路図である。図１図示実施例における動作タイミング波形図である。図１図示実施例における要部の動作フローチャートである。従来の電力貯蔵装置の回路図である。

符号の説明

１負荷
２商用系統
３双方向電力変換器
４切替制御手段
５二次電池群
６，６１，６２切替手段
６１１，６２１機械開閉器
６１２，６２２ダイオード（整流素子）
６１３，６２３半導体スイッチ
６１４，６２４抵抗（電流制限素子）

Claims

商用系統に連係され、電気料金が安価な時間帯に二次電池群に充電し、電力需要が大きい時間帯に前記二次電池群から放電電力を前記商用系統に連系させる電力貯蔵装置において、前記二次電池群を複数台備え、これら複数台の二次電池群と前記商用系統との間に双方向電力変換器を接続し、この双方向電力変換器と前記複数台の二次電池群との間に切替手段を備え、この切替手段は切替制御手段と接続し、この切替制御手段は、使用電力や電池残量その他状況に応じて複数台の二次電池群を切り換えて前記双方向電力変換器に接続するように制御する構成を有し、前記切替手段は、一の二次電池群に対して、整流素子と半導体スイッチとを直列接続し、さらに、半導体スイッチと電流制限素子とを並列した回路を複数設け、これらを直列に接続し、この直列回路を前記整流素子と半導体スイッチとの直列回路に直列接続して直列回路を構成し、この直列回路と並列に機械開閉器を接続して、前記切替制御手段の信号により、前記機械開閉器と前記半導体スイッチとの開閉タイミングを制御する構成を有することを特徴とする電力貯蔵装置。
前記電流制限素子は抵抗であることを特徴とする請求項１記載の電力貯蔵装置。
前記切替制御手段は、予め設定した電池の最低残容量値に達した場合に、使用可能な他の前記二次電池群に切り換えるように制御するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の電力貯蔵装置。
前記切替制御手段は、予め設定した時間に達した場合に、現在使用している二次電池群よりも電池残容量値が多い他の前記二次電池群に切り換えるように制御するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電力貯蔵装置。
前記切替制御手段は、現在使用している二次電池群に異常が発生した場合に、他の前記二次電池群に切り換えるように制御するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電力貯蔵装置。