JP5799210B2 - 蓄電システム、充放電回路、及び系統連系装置 - Google Patents

蓄電システム、充放電回路、及び系統連系装置 Download PDF

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Description

本発明は、蓄電システム、充放電回路、及び系統連系装置に関する。
近年、太陽電池、或いは風力発電などの再生可能エネルギーを基にする直流電源と、蓄電池とを併用し、これらの直流電源から出力される直流電力を、系統連系装置を用いて交流電力に変換して商用電力系統へ連系する系統連系システムが提案されている（特許文献１）。
特開２００１−３７２２６
この様な系統連系システムの蓄電池は、直流電源と系統連系装置とを接続するラインに、充放電回路を介して接続される。蓄電池は、この充放電回路により、直流電源の出力する直流電力を充電し、適宜、蓄えた電力を系統連系装置へ放電する。
充放電回路には、直流電源と蓄電池とを絶縁するトランスを用いた充放電回路が用いられる。トランスは、直流電源から出力される直流電力を入力する電源側巻線と、蓄電池に接続される蓄電池側巻線とを有している。また、充放電回路は、それぞれの巻線に直列に設けられるスイッチ素子と、それぞれのスイッチ素子に逆並列に接続されるダイオードを有しており、これらのスイッチ素子の導通／遮断制御により蓄電池を充電／放電する。
しかしながら、この様なトランスを用いた充放電回路を用いた場合、蓄電池側巻線と接続されるダイオードや、スイッチ素子を選別する際に、蓄電池の充電時に蓄電池側巻線にかかる電圧と蓄電池の電圧とを足した値以上（例えば、この値の１．２倍〜３倍程度）の耐電圧性を有する素子を選別する必要がある。耐電圧性が高い素子を利用すると素子が高価になり、ひいては蓄電システム、充放電回路、或いは系統連系装置全体の値段を上げることになる。
本発明は、この様な点に鑑み成されたものであり、耐電圧性の低い素子を用いて充放電回路を構成することができ、安価に蓄電システム、充放電回路、或いは系統連系装置を構築することを目的とする。
上記目的を達成するために、蓄電池と、トランスを介して前記蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路と、を備え、前記充放電回路は、直流電力を交流電力に変換して出力する装置に接続され、前記直流電力を前記蓄電池へ充電し、前記トランスは、前記直流電力が入力される電源側巻線と前記蓄電池へ接続される蓄電池側巻線とを有し、前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電するときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、耐電圧性の低い素子を用いて充放電回路を構成することができ、安価に蓄電システム、充放電回路、或いは系統連系装置を構築することができる。
第１の実施形態における太陽光発電システムを示す構成図である。 第１の実施形態における系統連系装置の構成図である。 第１の実施形態における蓄電システムの構成図である。 第1の実施形態において商用電力系統が給電している場合の充放電回路の動作フローの図である。 第1の実施形態において商用電力系統が停電している場合の充放電回路の動作フローの図である。 第２の実施形態における蓄電システムの構成図である。 第３の実施形態における蓄電システムの構成図である。 第４の実施形態における蓄電システムの構成図である。 第５の実施形態における太陽光発電システム１００ａを示す構成図である。
（第１の実施形態）
以下、図面に基づき本発明の第１の実施形態を詳述する。図１は第１の実施形態における太陽光発電システム１００を示す構成図である。
太陽光発電システム１００は、太陽電池１、系統連系装置２、及び蓄電システム３により構成されている。
太陽電池１は、日射量に応じて発電量が変化する。また、太陽電池１は、複数の単セルの太陽電池を有し、複数の単セルの太陽電池を直列接続及び／又は並列接続することにより構成されている。例えば、最大電圧が３００Ｖ、３８０Ｖ、定格電圧が２００Ｖ、２５０Ｖ、出力２．４ｋＷ、出力４．８ｋＷなどである。
系統連系装置２は、太陽電池１から出力された直流電力を入力し、入力した直流電力を交流電力に変換して、系統連系用リレー２１を介して商用電力系統５へ重畳し、負荷８へ電力を供給する（連系運転）。また、商用電力系統５が停電時には、系統連系装置２は、太陽電池１及び／又は蓄電システム３から出力された直流電力を入力し、入力した直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を自立運転用リレー２２を介して負荷６へ供給する（自立運転）。系統連系装置２は、商用電力系統５の停電を検出して連系運転と自立運転の切り替えを自動で行う機能を有する。尚、系統連系装置２の連系運転と自立運転の切り替えは、系統連系装置２が停電を検出して停止した後、手動で行えるように構成しても良い。図２に第１の実施形態における系統連系装置２の構成図を示す。
系統連系装置２は、昇圧回路２３、インバータ回路２４、フィルタ回路２５、系統連系制御回路２６、系統連系用リレー２１、及び自立運転用リレー２２を有している。
昇圧回路２３は、図２に示すように、リアクトル、スイッチ素子、ダイオードを有する昇圧チョッパ回路により構成され、スイッチ素子のデューティ比を制御することにより、系統連系装置２に入力された直流電力を所望の電圧に昇圧する。
インバータ回路２４は、フルブリッジ接続した複数のスイッチ素子により構成される。このスイッチ素子をＰＷＭ制御することにより、昇圧回路２３の出力する直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路２４は変換した交流電力をフィルタ回路２５に出力する。
フィルタ回路２５は、２つのリアクトルとコンデンサにより構成され、インバータ回路２４の出力する交流電力の高周波成分を除去する。高周波成分が除去された交流電力は、系統連系用リレー２１を介して商用電力系統へ、或いは自立運転用リレー２２を介して負荷６へ出力される。
系統連系制御回路２６は、昇圧回路２３、インバータ回路２４、系統連系用リレー２１、自立運転用リレー２２の動作を制御する。系統連系制御回路２６は、起動時に商用電力系統５が停電しているか否かを判断する。系統連系制御回路２６は、商用電力系統５が停電していると判断した場合は、系統連系用リレー２１を開き、自立運転用リレー２２を閉じ自立運転を行う。また、系統連系制御回路２６は、商用電力系統５が給電している場合は、系統連系用リレー２１を閉じ、自立運転用リレー２２を開いて連系運転を行う。
蓄電システム３は、停電時に太陽電池１の出力電力が不足する場合に放電して系統連系装置２に電力を供給する補助電源として利用される。このため、蓄電システム３は、商用電力系統５が給電している場合は、太陽電池１の出力電力を利用して充電を行うが、系統連系装置への放電は行わない。図３に第１の実施形態における蓄電システム３の構成図を示す。
蓄電システム３は、蓄電池３０、充放電回路３１、蓄電システム制御回路３２、及び停電検出回路３３を備える。
蓄電池３０は、補助電源として利用されるため、例えば、鉛蓄電池の様な安価なものが利用できる。また、蓄電池３０の定格電圧は、太陽電池１の最大電圧よりも低い１２［Ｖ］〜２４０［Ｖ］になるように単電池を直列及び／又は並列に接続して構成すると良い。
充放電回路３１は、トランス４０を介して蓄電池３０の充電及び放電を行う。トランスは４０、太陽電池１の出力する直流電力が入力される電源側巻線４１と、蓄電池３０へ接続される蓄電池側巻線５１とを有する。また、この２つの巻線４１、５１は共通のコア５０に巻回される。充放電回路３１は、電源側巻線４１と蓄電池側巻線５１との巻数比を、電源側巻線４１の巻数／蓄電池側巻線５１の巻数とする場合に、蓄電池３０を放電するときの巻数比よりも、蓄電池を充電するときの巻数比を大きくすることが可能に構成されている。
具体的には、充放電回路３１の電源側巻線４１は、２つの巻線４１ａ、４１ｂを直列に接続した巻線を使用する。充放電回路３１は、電源側巻線４１とスイッチ素子４２とがダイオード４５を介して直列に接続される直列線路Ｌｓ１を有している。また、直列線路Ｌｓ１の一端側４６（電源側巻線４１側）と他端側４７（スイッチ素子４２側）は、夫々太陽電池１から供給される直流電力の正極線路７ａと負極線路７ｂに接続される。また、直列線路Ｌｓ１の一端側には平滑用リアクトル８１が設けられている。
充放電回路３１は、２つの巻線４１ａ、４１ｂの接続点４８を、スイッチ素子４２、ダイオード４５、及び巻線４１ｂをバイパスして太陽電池１（直列線路Ｌｓ１）に接続されるバイパス線路Ｌｂ１を有している。バイパス線路Ｌｂ１の一端は接続点４８に接続され、他端は負極線路７ｂに接続されている。バイパス線路Ｌｂ１には、負極線路７ｂ側から正極線路７ａ側に電流を流すダイオード４３が設けられている。即ち、ダイオード４３のアノードが負極線路７ｂに接続され、ダイオード４３のカソードが接続点４８に接続されている。
充放電回路３１は、蓄電池側巻線５１とスイッチ素子５２とがダイオード５５を介して直列に接続される直列線路Ｌｓ２を有している。また、直列線路Ｌｓ２の一端側（蓄電池側巻線５１側）と他端側（スイッチ素子５２側）は、夫々蓄電池３０の正極と負極に接続される。また、直列線路Ｌｓ２の一端側には平滑用リアクトル８２が設けられている。
充放電回路３１は、蓄電池側巻線５１とダイオード５５の接続点５８を、スイッチ素子５２、及びダイオード５５をバイパスして蓄電池３０（直列線路Ｌｓ２）に接続するバイパス線路Ｌｂ２を有している。バイパス線路Ｌｂ２の一端は接続点５８に接続され、他端は蓄電池３０の負極に接続されている。バイパス線路Ｌｂ２には、蓄電池の負極側から正極側に電流を流すダイオード５３が設けられている。即ち、ダイオード５３のアノードが蓄電池３０の負極に接続され、ダイオード５３のカソードが接続点５８に接続されている。
前記蓄電池３０を充電するとき、充放電回路３１は、２つの巻線４１ａ、４１ｂの両方を用いて充電する。具体的には、蓄電池３０を充電する際には、スイッチ素子４２を周期的に導通、又は遮断して（スイッチ素子４２にＰＷＭ信号を入力）２つの巻線４１ａ、４１ｂを周期的に導通し、スイッチ素子５２を遮断する。この際に、太陽電池１からの出力電圧が蓄電池３０の電圧より少し高い電圧に降圧されるようにＰＷＭ信号を作成する。この様にすることで、図３（ａ）に示すように、直列線路Ｌｓ１に示すように電流を流す（点線Ｌｃ１の経路にて電流を流す）と、直流線路Ｌｓ２のスイッチ素子５２、及びダイオード５５を迂回してバイパス線路Ｌｂ２と直列線路Ｌｓ２とに電流が流れ（点線Ｌｃ２の経路にて電流が流れ）、蓄電池３０が充電される。充電は、蓄電池３０の電圧が所定の電圧値までは蓄電池３０に流れる電流が一定になる定電流充電を行い、電圧が所定の電圧値よりも大きい場合は、蓄電池３０に印加される電圧が一定になる定電圧充電を行う。
蓄電池３０を放電するときは、２つの巻線４１ａ、４１ｂの内の１つ４１ａを用いて放電する。蓄電池３０を放電する際には、スイッチ素子５２を周期的に導通、又は遮断して（スイッチ素子５２にＰＷＭ信号を入力）蓄電池側巻線５１を周期的に導通し、スイッチ素子４２を遮断する。この際に、蓄電池３０からの出力電圧が太陽電池１の動作電圧程度になるようなＰＷＭ信号が入力される。この様にすることで、図３（ｂ）に示すように、直列線路Ｌｓ２に電流が流れる（点線Ｌｃ４の経路にて電流を流す）と、直流線路Ｌｓ１のスイッチ素子４２とダイオード４５を迂回してバイパス線路Ｌｂ１と直列線路Ｌｓ１とに電流が流れ（点線Ｌｃ３の経路にて電流が流れ）、蓄電池３０が放電する。この放電により蓄電池３０に蓄えられた電力が系統連系装置２に供給される。放電は、蓄電池１の出力電流が一定になるように行われるとともに、所定の電圧（後述の閾値ｔｐｈ）よりも出力電圧が大きくならないように制御される。
停電検出回路３３には、電磁リレーが利用される。この電磁リレーには、駆動電力を商用電力系統５から供給を受けるＡＣリレーが用いられる。ＡＣリレーは商用電力系統５と接続され、交流電力が供給される。ＡＣリレーは、商用電力系統５から電力が供給されている場合は、接片を開き、電力の供給が無くなると接片を閉じる。この接片は、信号線３６を介して蓄電システム制御回路３２に接続されており、蓄電システム制御回路３２は、接片が閉じることで流れる電流を検出して停電を検出する。また、逆に、蓄電システム制御回路３２は、電流が流れない場合に商用電力系統５が給電と検出する。
蓄電システム制御回路３２は、充放電回路３１の動作を制御する。充放電回路３１の動作は、（１）商用電力系統が給電している場合と、（２）商用電力系統が停電している場合とに分かれる。
（商用電力系統が給電している場合の動作）
蓄電システム制御回路３２は、停電検出回路３３により商用電力系統５の給電を検出すると、蓄電池３０の電圧Ｖｂと太陽電池１の電圧Ｖｐｖとに基づいて、充放電回路の動作（充電するか停止するか）を決定する。図４に商用電力系統５が給電している場合の充放電回路３１の動作フローを示す。
図４に示すように、停電検出回路３３により商用電力系統５の給電を検出すると、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０の電圧Ｖｂ、蓄電池３０の電流Ｉｂ、及び太陽電池１の電圧Ｖｐｖを検出する（ステップＳ１１）。そして、太陽電池１の電圧Ｖｐｖと閾値ｔｐｍを比較し、太陽電池１の電圧Ｖｐｖが閾値ｔｐｍよりも大きい場合、ステップＳ１３へ移行し、太陽電池１の電圧Ｖｐｖが閾値ｔｐｍよりも小さい場合、ステップＳ１７へ移行する。ここで閾値ｔｐｍは、太陽電池１により蓄電池３０を充電可能な電圧を示し、蓄電池３０の定格電圧よりも高い値となる。
ステップＳ１３では、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０の電圧Ｖｂと閾値ｔｂｈとを比較し、蓄電池３０の電圧Ｖｂが閾値ｔｂｈよりも大きい場合ステップＳ１５へ移行し、蓄電池３０の電圧Ｖｂが閾値ｔｂｈよりも小さい場合ステップＳ１４へ移行する。ここで、閾値ｔｂｈは、定電流充電から定電圧充電へと切り替える電圧を示す。
ステップＳ１４では、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０を定電流充電し、ステップＳ１１へ戻る。また、ステップＳ１５では、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０の電流Ｉｂと閾値ｔｂｉとを比較し、蓄電池３０の電流Ｉｂが閾値ｔｂｉよりも大きい場合ステップＳ１６へ移行し、蓄電池３０の電流Ｉｂが閾値ｔｂｉよりも小さい場合ステップＳ１７へ移行する。ここで、閾値ｔｂｉは、定電圧充電を行う場合に、充電を完了する際の電流閾値である。
ステップＳ１６では、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０を定電圧充電し、ステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１７では、蓄電システム制御回路３２は、充放電回路３１を停止し、ステップＳ１１へ戻る。充放電回路３１の停止は、スイッチ素子４２、及びスイッチ素子５２を両方とも遮断することで行う。この様にすることで、充放電回路３１は、充電も放電も行わない状態（停止状態）になる。
蓄電システム制御回路３２は、この様にすることで、商用電力系統５が給電状態である場合に、充放電回路３１を、充電、或いは停止の状態の内何れかに制御し、太陽電池１の発電状態や蓄電池３０の充電状態に関わらず放電を禁止する。具体的には、充放電回路３１は、太陽電池１の電圧Ｖｐｖが蓄電池３０を充電可能な電圧ｔｐｍであり、且つ蓄電池３０の電圧Ｖｂが満充電を示す電圧ｔｂｈよりも低い場合に充電を行う。逆に、それ以外の場合、即ち、太陽電池の電圧ばＶｐｖが蓄電池３０を充電可能な電圧ｔｐｍより低い場合か、或いは蓄電池３０の電圧Ｖｂが満充電を示す電圧ｔｂｈよりも高い場合は充放電回路３１を停止する。
（商用電力系統が停電している場合の動作）
蓄電システム制御回路３２は、停電検出回路３３により商用電力系統５の停電を検出すると、蓄電池３０の電圧Ｖｂと太陽電池１の電圧Ｖｐｖとに基づいて、充放電回路３１の動作を決定する。図５に商用電力系統５が停電している場合の充放電回路３１の動作フローを示す。
図５に示すように、停電検出回路３３により商用電力系統５の停電を検出すると、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０の電圧Ｖｂと太陽電池の電圧Ｖｐｖとを検出する（ステップＳ２１）。そして、太陽電池１の電圧Ｖｐｖと閾値ｔｐｈを比較し、太陽電池１の電圧Ｖｐｖが閾値ｔｐｈよりも大きい場合、ステップＳ２６へ移行し、太陽電池１の電圧Ｖｐｖが閾値ｔｐｈよりも小さい場合、ステップＳ２３へ移行する（ステップＳ２２）。ここで閾値ｔｐｈは、太陽電池１が出力する直流電力により、接続される負荷６へ十分に電力が供給可能な電圧を示す。閾値ｔｐｈは、閾値ｔｐｍよりも大きな値となる。
ステップＳ２３では、蓄電池３０の電圧Ｖｂと閾値ｔｂｍを比較し、蓄電池３０の電圧Ｖｂが閾値ｔｂｍよりも大きい場合、充放電回路３１により蓄電池３０の放電を行い（ステップＳ２５）、ステップＳ２１へ戻る。蓄電池３０の電圧Ｖｂが閾値ｔｂｍよりも小さい場合、充放電回路３１を停止し（ステップＳ２４）、ステップＳ２１へ戻る。ここで、閾値ｔｂｍは、蓄電池３０が放電限界に達したときの電圧の値である。
ステップＳ２６では、蓄電池３０の電圧Ｖｂと閾値ｔｂｈを比較し、蓄電池３０の電圧Ｖｂが閾値ｔｂｈよりも大きい場合は、ステップＳ２８へ移行する。また、蓄電池３０の電圧Ｖｂが閾値ｔｂｈよりも小さい場合は、充放電回路３１により蓄電池３０を定電流充電し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１へ戻る。
ステップＳ２８では、蓄電池３０の電流Ｉｂと閾値ｔｂｉとを比較し、蓄電池３０の電流Ｉｂが閾値ｔｂｉよりも大きい場合ステップＳ２９へ移行し、蓄電池３０の電流Ｉｂが閾値ｔｂｉよりも小さい場合ステップＳ２４へ移行する。 ステップＳ２９では、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０を定電圧充電し、ステップＳ２１へ戻る。ステップＳ２４では、蓄電システム制御回路３２は、充放電回路３１を停止し、ステップＳ２１へ戻る。
蓄電システム制御回路３２は、この様にすることで、商用電力系統５が停電状態である場合に、充放電回路３１を、充電（定電流充電、定電圧充電）、停止、放電の状態の内何れかに制御する。具体的には、充放電回路３１は、太陽電池１が出力する電力により負荷６に必要な電力を供給可能な場合（「Ｖｐｖ＞ｔｐｈ」）であって、蓄電池３０が満充電のとき（「Ｖｂ＞ｔｂｈ」）に停止し、蓄電池３０の充電が足りないとき（「Ｖｂ＜ｔｂｈ」、或いは「Ｖｂ＞ｔｂｈ且つＩｂ＞ｔｂｉ」）に充電する。
充放電回路３１は、太陽電池１が出力する電力により負荷６に必要な電力を供給できない場合（「Ｖｐｖ＜ｔｐｈ」）であって、蓄電池３０が放電限界に達しているとき（「Ｖｂ＜ｔｂｍ」）に停止し、蓄電池３０が放電可能なときに（「Ｖｂ＞ｔｂｍ」）に蓄電池３０を放電する。
以上の第１の実施形態によれば、充放電回路３１は、電源側巻線４１と蓄電池側巻線５１との巻数比を、電源側巻線４１の巻数／蓄電池側巻線５１の巻数とする場合に、蓄電池３０を放電するときの巻数比よりも、蓄電池３０を充電するときの巻数比を大きくしている。このため、蓄電池３０の充電時に蓄電池側巻線５１にかかる電圧を小さくすることができる。これにより、蓄電池側巻線５１に接続されるスイッチ素子５２やダイオード５３などの耐電圧性を小さくすることができ、安価な素子を用いて蓄電システムを構築することができる。
また、太陽電池の最大電圧と比べて蓄電池の定格電圧が小さい構成になっているため、特に、蓄電池側巻線５１に接続されるスイッチ素子５２やダイオード５３の耐圧性を小さくすることが可能である。また、蓄電池側巻線５１の耐圧性が小さくなると、スイッチ素子５２のＯＮ抵抗が小さくなるため、蓄電池３０の放電時のスイッチング素子５２における損失が小さくなり、蓄電池３０の放電時における効率が良くなる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電源側巻線４１に、２つの巻線４１ａ、４１ｂを直列に接続した巻線を利用したが、第２の実施形態では、蓄電池側巻線５１に、２つの巻線５１ａ、５１ｂを直列に接続した巻線を利用する。この様にしても、蓄電池３０を放電するときの巻数比よりも、蓄電池３０を充電するときの巻数比が大きくなる。以下、第２の実施形態について説明する。尚、蓄電池側巻線５１に、２つの巻線５１ａ、５１ｂを直列に接続した巻線を利用する点以外については、第１の実施例と同様の構成を用いることができるので主に相違点について説明する。
図６に第２の実施形態における蓄電システムを示す。この図に示すように、充放電回路３１は、電源側巻線４１とスイッチ素子４２とがダイオード４５を介して直列に接続される直列線路Ｌｓ１を有している。また、直列線路Ｌｓ１の一端側４６（電源側巻線４１側）と他端側４７（スイッチ素子４２側）は、夫々太陽電池１から供給される直流電力の正極線路７ａと負極線路７ｂに接続される。また、直列線路Ｌｓ１の一端側には平滑用リアクトル８１が設けられている。
充放電回路３１は、電源側巻線４１とダイオード４５の接続点４８を、スイッチ素子４２、及びダイオード４５をバイパスして太陽電池１（直列線路Ｌｓ１）に接続するバイパス線路Ｌｂ１を有している。バイパス線路Ｌｂ１の一端は接続点４８に接続され、他端は負極線路７ｂに接続されている。バイパス線路Ｌｂ１には、負極線路７ｂ側から正極線路７ａ側に電流を流すダイオード４３が設けられている。即ち、ダイオード４３のアノードが負極線路７ｂに接続され、ダイオード４３のカソードが接続点４８に接続されている。
充放電回路３１の蓄電池側巻線５１は、２つの巻線５１ａ、５１ｂを直列に接続した巻線を使用する。充放電回路３１は、蓄電池側巻線５１とスイッチ素子５２とがダイオード５５を介して直列に接続される直列線路Ｌｓ２を有している。また、直列線路Ｌｓ２の一端側（蓄電池側巻線５１側）と他端側（スイッチ素子５２側）は、夫々蓄電池３０の正極と負極に接続される。また、直列線路Ｌｓ２の一端側には平滑用リアクトル８２が設けられている。
充放電回路３１は、２つの巻線５１ａ、５１ｂの接続点５８を、スイッチ素子５２、ダイオード５５、及び巻線５１ｂをバイパスして蓄電池３０（直列線路Ｌｓ２）に接続するバイパス線路Ｌｂ２を有している。バイパス線路Ｌｂ２の一端は接続点５８に接続され、他端は蓄電池３０の負極に接続されている。バイパス線路Ｌｂ２には、蓄電池の負極側から正極側に電流を流すダイオード５３が設けられている。即ち、ダイオード５３のアノードが蓄電池３０の負極に接続され、ダイオード５３のカソードが接続点５８に接続されている。
蓄電池３０を充電するとき、充放電回路３１は、２つの巻線４１ａ、４１ｂの内１つ５１ａを用いて充電する。具体的には、蓄電池３０を充電する際には、スイッチ素子４２を周期的に導通、又は遮断して（スイッチ素子４２にＰＷＭ信号を入力）電源側巻線４１を周期的に導通し、スイッチ素子５２を遮断する。この際に、太陽電池１からの出力電圧が蓄電池３０の電圧より少し高い電圧に降圧されるようにＰＷＭ信号を作成する。この様にすることで、図６（ａ）に示すように、直列線路Ｌｓ１に示すように電流を流す（点線Ｌｃ５の経路にて電流を流す）と、直流線路Ｌｓ２のスイッチ素子５２、ダイオード５５、及び巻線５１ｂを迂回してバイパス線路Ｌｂ２と直列線路Ｌｓ２とに電流が流れ（点線Ｌｃ６の経路にて電流が流れ）、蓄電池３０が充電される。充電は、蓄電池３０の電圧が所定の電圧値までは蓄電池３０に流れる電流が一定になる定電流充電を行い、電圧が所定の電圧値よりも大きい場合は、蓄電池３０に印加される電圧が一定になる定電圧充電を行う。
蓄電池３０を放電するときは、２つの巻線５１ａ、５１ｂの両方を用いて放電する。蓄電池３０を放電する際には、スイッチ素子５２を周期的に導通、又は遮断して（スイッチ素子５２にＰＷＭ信号を入力）蓄電池側巻線５１を周期的に導通し、スイッチ素子４２を遮断する。この際に、蓄電池３０からの出力電圧が太陽電池１の動作電圧程度になるようなＰＷＭ信号が入力される。この様にすることで、図６（ｂ）に示すように、直列線路Ｌｓ２に電流が流れる（点線Ｌｃ７の経路にて電流を流す）と、直流線路Ｌｓ１のスイッチ素子４２とダイオード４５を迂回してバイパス線路Ｌｂ１と直列線路Ｌｓ１とに電流が流れ（点線Ｌｃ８の経路にて電流が流れ）、蓄電池３０が放電する。この放電により蓄電池３０に蓄えられた電力が系統連系装置２に供給される。放電は、蓄電池１の出力電流が一定になるように行われるとともに、所定の電圧（後述の閾値ｔｐｈ）よりも出力電圧が大きくならないように制御される。
（第３の実施形態）
第１実施形態の充放電回路３１の変形例について第３の実施形態で述べる。図７に第３の実施形態における蓄電システム３ａの構成図を示す。蓄電システム３ａの充放電回路３１ａは以下の２点（Ａ）、（Ｂ）において第１の実施形態の充放電回路３１と異なる。尚、変更点（Ａ）、（Ｂ）以外については、他の実施例と同様の構成を用いることができるので主に変更点について説明する。
（Ａ）第１の実施形態ではスイッチ素子４２を負極線路７ｂ側に設け、電源側巻線４１を正極線路７ａ側に設けたが、第２の実施形態では、スイッチ素子４２を正極線路７ａ側に設け、電源側巻線４１を負極線路７ｂ側に設ける。この様にした場合、バイパス線路Ｌｂ１は、一端を接続点４８に接続し、他端は（後述するスイッチ回路４９を介して）正極線路７ａに接続して、巻線４１ａとスイッチ素子４１をバイパスする。
（Ｂ）第１の実施形態では、蓄電池３０の放電時に、ダイオード４３を用いて、バイパス線路Ｌｂ１に電流を流したが、第２の実施形態では、スイッチ回路４９を設けて、バイパス線路Ｌｂ１に電流を流す。具体的には、スイッチ回路４９は、２接点を切り替える電磁リレーなどにより構成され、正極線路７ａ及び直列線路Ｌｓ１の接続（充電時）と、正極線路７ａ及びパイパス線路Ｌｂ１の接続（放電時）とを切り替える。これにより、バイパス線路Ｌｂ１に設けられたダイオード４３を省くことができ、ダイオード４３による蓄電池３０の放電時の損失を押さえることができる。
尚、（Ｂ）の変更は、（Ａ）の変更に応じて、正極線路７ａ及び直列線路Ｌｓ１の接続（充電時）と、正極線路７ａ及びパイパス線路Ｌｂ１の接続（放電時）とを切り替えるようにしたが、（Ａ）の変更が無い第１の実施例にも適用することができる。この場合、バイパス線路Ｌｂ１の他端は、負極線路７ｂ側に接続されることになるため、スイッチ回路は、負極線路７ｂ及び直列線路Ｌｓ１の接続（充電時）と、負極線路７ｂ及びパイパス線路Ｌｂ１の接続（放電時）とを切り替える。
このように、（Ａ）、（Ｂ）に示す変形をしても、蓄電池３０を放電するときの巻数比よりも、蓄電池３０を充電するときの巻数比が大きくなり、蓄電池側巻線５１に接続されるスイッチ素子やダイオードなどの耐電圧性を小さくすることができる。また、これにより、安価な素子を用いて蓄電システム３ａを構築することができる。
尚、図７に示すように、電源側巻線４１と電池側巻線５１とを夫々２つの巻線４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂを直列に接続した巻線を利用するようにしても良い。
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態の変形例について述べたが、第２の実施形態にも第３の実施形態と同様の変形を行うことができる。第４の実施形態ではこのような第２の実施形態の変形例について述べる。図８に第４の実施形態における蓄電システム３ａの構成図を示す。蓄電システム３ａの充放電回路３１ａは以下の２点（Ｃ）、（Ｄ）において第２の実施形態の充放電回路３１と異なる。尚、変更点（Ｃ）、（Ｄ）以外については、他の実施例と同様の構成を用いることができるので主に変更点について説明する。
（Ｃ）第２の実施形態ではスイッチ素子５２を蓄電池３０の負極に設け、蓄電池側巻線５１を蓄電池３０の正極側に設けたが、第２の実施形態では、スイッチ素子５２を蓄電池３０の正極に設け、蓄電池側巻線５１を蓄電池３０の負極に設ける。この様にした場合、バイパス線路Ｌｂ２は、一端を接続点５８に接続し、他端は（後述するスイッチ回路５９を介して）蓄電池３０の正極に接続して、巻線５１ａとスイッチ素子５２をバイパスする。
（Ｄ）第２の実施形態では、蓄電池３０の充電時に、ダイオード５３を用いて、バイパス線路Ｌｂ２に電流を流したが、第２の実施形態では、スイッチ回路５９を設けて、バイパス線路Ｌｂ２電流を流す。具体的には、スイッチ回路５９は、２接点を切り替える電磁リレーなどにより構成され、蓄電池３０の正極及び直列線路Ｌｓ２の接続（放電時）と、蓄電池３０の正極及びパイパス線路Ｌｂ２の接続（充電時）とを切り替える。これにより、バイパス線路Ｌｂ２に設けられたダイオード５３を省くことができ、ダイオード５３による蓄電池３０の放電時の損失を押さえることができる。
尚、（Ｄ）の変更は、（Ｃ）の変更に応じて、蓄電池３０の正極及び直列線路Ｌｓ２の接続（放電時）と、蓄電池３０の正極及びパイパス線路Ｌｂ２の接続（充電時）とを切り替えるようにしたが、（Ｃ）の変更が無い第１の実施例にも適用することができる。この場合、バイパス線路Ｌｂ１の他端は、スイッチ回路５９を介して蓄電池３０の負極に接続されることになるため、スイッチ回路は、蓄電池３０の負極及び直列線路Ｌｓ２の接続（放電時）と、蓄電池３０の負極及びパイパス線路Ｌｂ２の接続（充電時）とを切り替える。
このように、（Ｃ）、（Ｄ）に示す変形をしても、蓄電池３０を放電するときの巻数比よりも、蓄電池３０を充電するときの巻数比が大きくなり、蓄電池側巻線５１に接続されるスイッチ素子やダイオードなどの耐電圧性を小さくすることができる。また、これにより、安価な素子を用いて蓄電システム３ａを構築することができる。
尚、図８に示すように、第３の実施形態と同様に、電源側巻線４１と電池側巻線５１とを夫々２つの巻線４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂを直列に接続した巻線を利用するようにしても良い。
（第５の実施形態）
第１〜第４の実施形態では、蓄電池システム７の充放電回路３１について説明したが、この充放電回路３１を系統連系装置２が備える変形例について第５の実施形態で述べる。
図９に第５の実施形態における太陽光発電システム１００ａの構成図を示す。図に示すように、系統連系装置２ａは、昇圧回路２３とインバータ回路２４との間に接続される充放電回路３１ａを備えている。充放電回路３１ａは接続箇所が充放電回路３１と異なるだけであり、他は同様の充放電回路を用いることができる。また、蓄電システム制御回路３２が行っていた充放電回路３１の制御を系統連系制御回路２６ａが行うことになる。
第１、第２の実施形態の系統連系装置２は、自身の備える単独運転検出機能（能動方式、受動方式）や停電検出機能を用いて停電を検出する。
この構成により、系統連系装置２ａは、太陽電池１から出力される直流電力と蓄電池３０から出力される直流電力とを入力し、これらの直流電力の何れか一方、或いはこれらの直流電力を合わせた電力を交流電力に変換して商用電力系統へ重畳する。
尚、本実施形態において、昇圧回路２３とインバータ回路２４との間に充放電回路３１ａを接続したが、他の実施例と同様に、太陽電池１と昇圧回路２３との間に充放電回路３１ａを接続して、充放電回路３１ａから出力される電力を昇圧回路２３を介して交流電力に変換する構成にしても良い。
以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、本実施形態では、蓄電池３０として鉛蓄電池を用いる例を示したが、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等も利用することができる。
例えば、本実施形態では、直流電源３０として、太陽電池１を用いる例を示したが、風力発電機、燃料電池、或いは蓄電池等も利用することができる。
例えば、本実施形態では、電源側巻線４１、蓄電池側巻線５１について２つの巻線を直列に接続し、その接続点４８、５９にバイパス線路Ｌｂ１、Ｌｂ２を接続してスイッチ素子４２、５２をバイパスする構成を用いた。この構成には、１つの巻線の途中からセンタータップにより巻線を分割する構成も含まれる。
例えば、負荷８が大きくなり商用電力系統５から供給される電力が所定値を超えた際、又は任意の信号に応答して蓄電システム３から直流電力を系統連系装置２へ供給できるように構成してもよく、蓄電システム３から直流出力が系統連系装置２へ供給されるタイミングは実施形態に記載の自立運転時に限定されることなく任意に設定してもよいものである。
１ 太陽電池 ２ 系統連系装置 ３ 蓄電システム ５ 商用電力系統 ６ 負荷 ７ ライン ８ 負荷 ２１ 系統連系用リレー ２２ 自立運転用リレー ２３ 昇圧回路 ２４ インバータ回路 ２５ フィルタ回路 ２６ 系統連系制御回路 ３０ 蓄電池 ３１ 充放電回路 ３２ 蓄電システム制御回路 ３３ 停電検出回路 ４０ トランス ４１ 電源側巻線 ４２ スイッチ素子 ４３ ダイオード ４４ コンデンサ ４５ ダイオード ５１ 蓄電池側巻線 ５２ スイッチ素子 ５３ ダイオード ５４ コンデンサ ５５ ダイオード

Claims (6)

  1. 蓄電池と、
    トランスを介して前記蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路と、を備え、
    前記充放電回路は、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する装
    置に接続され、前記直流電力を前記蓄電池へ充電し、
    前記トランスは、前記直流電力が入力される電源側巻線と前記蓄電池へ接続される蓄電
    池側巻線とを有し、
    前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側
    巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電する
    ときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成され、
    前記電源側巻線は、２つの巻線を直列に接続した巻線であり、
    前記蓄電池を放電するときは、前記２つの巻線の内の１つを用いて放電し、前記蓄電池を
    充電するときは、前記２つの巻線の両方を用いて充電し、
    前記充放電回路は、前記電源側巻線とスイッチ素子とが直列に接続される直列線路を有
    し、
    前記直列線路の一端側と他端側は夫々前記直流電源の正極線路と負極線路とに接続され
    、
    前記電源側巻線の２つの巻線の接続点を、前記スイッチ素子をバイパスして前記直流電
    源に接続するバイパス線路を有し、
    前記バイパス線路には、前記負極線路側から正極線路側に電流を流すダイオードが設け
    られ、
    前記蓄電池を充電する際には、前記スイッチ素子を周期的に導通、又は遮断して、前記
    ２つの巻線電流を周期的に導通し、前記蓄電池を放電する際には、前記スイッチ素子を遮
    断して、前記バイパス線路に電流を流すことを特徴とする蓄電システム。
  2. 蓄電池と、
    トランスを介して前記蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路と、を備え、
    前記充放電回路は、直流電力を交流電力に変換して出力する装置に接続され、前記直流
    電力を前記蓄電池へ充電し、
    前記トランスは、前記直流電力が入力される電源側巻線と前記蓄電池へ接続される蓄電
    池側巻線とを有し、
    前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側
    巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電する
    ときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成され、
    前記蓄電池側巻線は、２つの巻線を直列に接続した巻線であり、
    前記蓄電池を放電するときは、前記２つの巻線の両方を用いて放電し、前記蓄電池を充
    電するときは、前記２つの巻線の内の１つを用いて充電し、
    前記充放電回路は、前記蓄電池側巻線とスイッチ素子とが直列に接続される直列線路を
    有し、
    前記直列線路の一端側と他端側は夫々前記蓄電池の正極と負極とに接続され、
    前記蓄電池側巻線の２つの巻線の接続点を、前記スイッチ素子をバイパスして前記蓄電
    池に接続するバイパス線路を有し、
    前記バイパス線路には、前記負極から正極に電流を流すダイオードが設けられ、
    前記蓄電池を充電する際には、前記スイッチ素子を遮断して、前記バイパス線路に電流
    を流し、前記蓄電池を放電する際には、前記スイッチ素子を周期的に導通、又は遮断して
    、前記２つの巻線電流を周期的に導通することを特徴とする蓄電システム。
  3. トランスを有し蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路において、
    前記トランスは、直流電源からの直流電力が入力される電源側巻線と前記蓄電池へ接続
    される蓄電池側巻線とを有し、
    前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側
    巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電する
    ときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成され、
    前記電源側巻線は、２つの巻線を直列に接続した巻線であり、
    前記蓄電池を放電するときは、前記２つの巻線の内の１つを用いて放電し、前記蓄電池を
    充電するときは、前記２つの巻線の両方を用いて充電し、
    前記電源側巻線とスイッチ素子とが直列に接続される直列線路を有し、
    前記直列線路の一端側と他端側は夫々前記直流電源の正極線路と負極線路とに接続され
    、
    前記電源側巻線の２つの巻線の接続点を、前記スイッチ素子をバイパスして前記直流電
    源に接続するバイパス線路を有し、
    前記バイパス線路には、前記負極線路側から正極線路側に電流を流すダイオードが設け
    られ、
    前記蓄電池を充電する際には、前記スイッチ素子を周期的に導通、又は遮断して、前記
    ２つの巻線電流を周期的に導通し、前記蓄電池を放電する際には、前記スイッチ素子を遮
    断して、前記バイパス線路に電流を流すことを特徴とする充放電回路。
  4. トランスを有し蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路において、
    前記トランスは、直流電源からの直流電力が入力される電源側巻線と前記蓄電池へ接続さ
    れる蓄電池側巻線とを有し、
    前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側
    巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電する
    ときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成され、
    前記蓄電池側巻線は、２つの巻線を直列に接続した巻線であり、
    前記蓄電池を放電するときは、前記２つの巻線の両方を用いて放電し、前記蓄電池を充
    電するときは、前記２つの巻線の内の１つを用いて充電し、
    前記蓄電池側巻線とスイッチ素子とが直列に接続される直列線路を有し、
    前記直列線路の一端側と他端側は夫々前記蓄電池の正極と負極とに接続され、
    前記蓄電池側巻線の２つの巻線の接続点を、前記スイッチ素子をバイパスして前記蓄電
    池に接続するバイパス線路を有し、
    前記バイパス線路には、前記負極から正極に電流を流すダイオードが設けられ、
    前記蓄電池を充電する際には、前記スイッチ素子を遮断して、前記バイパス線路に電流
    を流し、前記蓄電池を放電する際には、前記スイッチ素子を周期的に導通、又は遮断して
    、前記２つの巻線電流を周期的に導通することを特徴とする充放電回路。
  5. 直流電源から出力される直流電力と蓄電池から出力される直流電力とを入力し、これら
    の直流電力の何れか一方、或いはこれらの直流電力を合わせた電力を交流電力に変換して
    商用電力系統へ重畳する系統連系装置において、
    トランスを介して前記蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路を備え、
    前記トランスは、前記直流電源から出力される直流電力が入力される電源側巻線と前記
    蓄電池へ接続される蓄電池側巻線とを有し、
    前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側
    巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電する
    ときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成され、
    前記電源側巻線は、２つの巻線を直列に接続した巻線であり、
    前記蓄電池を放電するときは、前記２つの巻線の内の１つを用いて放電し、前記蓄電池を
    充電するときは、前記２つの巻線の両方を用いて充電し、
    前記充放電回路は、前記電源側巻線とスイッチ素子とが直列に接続される直列線路を有
    し、
    前記直列線路の一端側と他端側は夫々前記直流電源の正極線路と負極線路とに接続され
    、
    前記電源側巻線の２つの巻線の接続点を、前記スイッチ素子をバイパスして前記直流電
    源に接続するバイパス線路を有し、
    前記バイパス線路には、前記負極線路側から正極線路側に電流を流すダイオードが設け
    られ、
    前記蓄電池を充電する際には、前記スイッチ素子を周期的に導通、又は遮断して、前記
    ２つの巻線電流を周期的に導通し、前記蓄電池を放電する際には、前記スイッチ素子を遮
    断して、前記バイパス線路に電流を流すことを特徴とする系統連系装置。
  6. 直流電源から出力される直流電力と蓄電池から出力される直流電力とを入力し、これら
    の直流電力の何れか一方、或いはこれらの直流電力を合わせた電力を交流電力に変換して
    商用電力系統へ重畳する系統連系装置において、
    トランスを介して前記蓄電池の充電及び放電を行う充放電回路を備え、
    前記トランスは、前記直流電源から出力される直流電力が入力される電源側巻線と前記
    蓄電池へ接続される蓄電池側巻線とを有し、
    前記電源側巻線と前記蓄電池側巻線との巻数比（前記電源側巻線の巻数／前記蓄電池側
    巻線の巻数）を、前記蓄電池を放電するときの前記巻数比よりも、前記蓄電池を充電する
    ときの前記巻数比を大きくすることが可能に構成され、
    前記蓄電池側巻線は、２つの巻線を直列に接続した巻線であり、
    前記蓄電池を放電するときは、前記２つの巻線の両方を用いて放電し、前記蓄電池を充
    電するときは、前記２つの巻線の内の１つを用いて充電し、
    前記充放電回路は、前記蓄電池側巻線とスイッチ素子とが直列に接続される直列線路を
    有し、
    前記直列線路の一端側と他端側は夫々前記蓄電池の正極と負極とに接続され、
    前記蓄電池側巻線の２つの巻線の接続点を、前記スイッチ素子をバイパスして前記蓄電
    池に接続するバイパス線路を有し、
    前記バイパス線路には、前記負極から正極に電流を流すダイオードが設けられ、
    前記蓄電池を充電する際には、前記スイッチ素子を遮断して、前記バイパス線路に電流
    を流し、前記蓄電池を放電する際には、前記スイッチ素子を周期的に導通、又は遮断して
    、前記２つの巻線電流を周期的に導通することを特徴とする系統連系装置。
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