JP6043967B2 - 蓄電システム、及びそれを利用した系統連系システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池と系統連系装置とを接続するラインに接続される蓄電システムに関する。

近年、太陽電池と、この太陽電池から出力される直流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とを有する太陽光発電システムが提供されている。この様な太陽光発電システムの系統連系装置は、商用電力系統において停電が起きた場合に太陽電池を商用電力系統から切り離し、太陽電池から出力される電力を負荷へ供給する自立運転が行えるようになっている。

系統連系装置は、太陽電池が直流電力の出力ができない間（例えば、夜間等）、に停電がおきた場合は、自立運転することができない。このため、系統連系装置に、蓄電池からの電力も入力できるようにし、停電が起きた場合には、蓄電池からの電力を交流電力に変換して負荷へ供給できる系統連系装置も提案されている。（特許文献１）。
特開２００８−５４４７３

特許文献１に記載の系統連系装置は、太陽電池とインバータ回路とを接続するラインに蓄電池が接続され、蓄電池とラインとの間には蓄電池の充電、及び放電を行う充放電回路が配置されている。これにより、停電が起きたことを系統連系装置が検出すると、系統連系装置は、充放電回路に放電指令を与え、蓄電池からインバータ回路へ電力を供給する。これにより、太陽電池が発電しない夜間でも、蓄電池が電源となり系統連系装置は自立運転を行うことができる。

しかしながら、上述のように系統連系装置に太陽電池と蓄電池と併用できる機能が予め設けられていれば良いが、この様な機能を有していない系統連系装置も数多く提供されている。また、この様な機能を有していない系統連系装置に、蓄電池と充放電回路とを有する蓄電システムをつけたとしても、停電を蓄電システムに知らせる回路が系統連系装置に別途必要となり、結局、専用の系統連系装置が必要になる問題がある。

本発明は、この様な点に鑑み成されたものであり、既存の系統連系装置を利用しても蓄電池と太陽電池とを併用する太陽光発電システムを組み上げることができる蓄電システムを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の蓄電システムは、蓄電池を備え、太陽電池の出力電力を交流電力に変換し商用電力系統へ出力する系統連系装置に前記蓄電池を接続する蓄電システムにおいて、前記蓄電池の充電を行う充電回路と、前記太陽電池及び前記系統連系装置を接続するラインと、前記蓄電池との間に接続され、前記蓄電池から前記系統連系装置への放電を行う放電回路と、前記商用電力系統の停電を検出する停電検出回路と、を備え、前記停電検出回路により、停電を検出した場合に前記蓄電池から前記系統連系装置への放電を可能とする構成を備えることを特徴とする。

この様にすることで、蓄電システムは、停電時に、系統連系装置から停電の信号を受け取ることなく、系統連系装置に蓄電池の出力する直流電力を供給する。そして、系統連系装置は、この直流電力を受けて交流電力に変換し、負荷へ電力を供給できるようになる（自立運転できるようになる）。この様に、既存の系統連系装置を利用しても蓄電池と太陽電池とを併用する太陽光発電システムを組み上げることができる。

また、上述の発明において、前記停電検出回路は、商用電力系統から電力が供給されると接片を開く開閉回路を有し、前記開閉回路が閉じたことを検出して前記蓄電池から前記系統連系装置への放電を行うことを特徴とする。

また、上述の発明において、前記充電回路、及び前記放電回路は、絶縁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であることを特徴とする。

また、上述の発明において、前記充電回路、及び前記放電回路は、非絶縁型の双方向チョッパ回路による充放電回路により構成され、前記充放電回路と前記ラインとの間に開閉器を有し、前記停電検出回路により、前記商用電力系統の給電を検出した場合に前記開閉器を開くことを特徴とする。

また、上述の発明において、前記系統連系装置が自立運転する場合に電力を出力する端子と、前記商用電力系統と、負荷に接続され、前記系統連系装置、或いは前記商用電力系統からの出力電力のいずれかを前記負荷へ出力する切替回路を有し、停電を検出した場合に、前記系統連系装置の出力電力を前記負荷へ出力することを特徴とする。

また、上述の発明において、前記停電検出回路により、停電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧が第１所定値以上である場合に前記充電回路により蓄電池を充電し、前記停電検出回路により、停電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧が第１所定値未満である場合に前記放電回路により蓄電池を放電し、前記停電検出回路により、前記商用電力系統の給電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧が第２所定値以上である場合に前記充電回路により蓄電池を充電し、前記停電検出回路により、前記商用電力系統の給電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧が第２所定値未満である場合に前記充電回路、及び前記放電回路を停止することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の系統連系システムは、前記系統連系装置と、上述の蓄電システムとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、既存の系統連系装置を利用して蓄電池と太陽電池とを併用する太陽光発電システムを組み上げることができる蓄電システムを提供することができる。

第１の実施形態における太陽光発電システム１００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２の構成図である。 第１の実施形態における蓄電システム３の構成図である。 第１の実施形態における蓄電システム３の斜視図である。 第２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。 第２の実施形態における蓄電システム３の変形例を示す構成図である。 第２の実施形態における蓄電システム３の斜視図である。 第３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。 ゲートブロック信号生成回路の動作パターンを示す図である。

（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、定格電圧が２５０Ｖ、３００Ｖ、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へ出力する（連系運転）。また、商用電力系統５が停電時には、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、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、商用電力系統５が停電している場合に、系統連系装置２に電力を供給し、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する。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。図４に第１の実施形態における蓄電システム３の斜視図を示す。

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、充放電回路３１、及び蓄電システム制御回路３２は、筺体３５ａ内に収容される。また停電検出回路３３は、筺体３５ａとは別の筺体３５ｂに収容され、信号線３６により筺体３５ａ内の蓄電システム制御回路３２に接続される。

蓄電池３０は、例えば、鉛蓄電池が利用され、定格電圧が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される。

充放電回路３１は、絶縁トランス３１ｃを介して蓄電池３０の充電、或いは放電を行うように構成されている。具体的には、ダイオードが逆並列接続された複数（４つ）のスイッチ素子（例えば、ＩＧＢＴのような素子が利用できる）をフルブリッジ接続した２つのブリッジ回路３１ａ、３１ｂを、絶縁トランス３１ｃを介して接続している。尚、充放電回路３１は、充電も放電も行うことができるため、充電回路とも放電回路とも言うことができる。

ブリッジ回路３１ａの交流側は絶縁トランス３１ｃに接続され、直流側は、太陽電池１と系統連系装置２とを接続するライン７に接続される。このライン７と充放電回路３１は、接続ライン３８により接続される。ブリッジ回路３１ｂの交流側は絶縁トランス３１ｃに接続され、直流側は蓄電池３０に接続される。蓄電池３０を充電する際は、ブリッジ回路３１ａのスイッチ素子をＰＷＭ駆動し、ブリッジ回路３１ｂのスイッチ素子を停止（遮断）してダイオード整流回路として動作させる。これにより、太陽電池１からの出力電圧が蓄電池３０の定格出力より少し高い電圧に降圧され、蓄電池３０を充電することができる。充電は、蓄電池３０の電圧が所定の電圧値までは定電流充電を行い、蓄電池３０の電圧が所定の電圧値よりも大きい場合は、定電圧充電を行う。

蓄電池３０を放電する際は、ブリッジ回路３１ｂのスイッチ素子をＰＷＭ駆動し、ブリッジ回路３１ａのスイッチ素子を停止（遮断）してダイオード整流回路として動作させる。これにより、蓄電池３０からの出力電圧が太陽電池１の動作電圧程度に昇圧され、系統連系装置２に供給される。

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の電力を分配する分電盤の近くに設置（筐体３５ｂを分電盤の近くに配置）される。ＡＣリレーはこの分電盤からの配線により、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）商用電力系統が停電しており、且つ太陽電池が十分に発電している場合、（２）商用電力系統が停電しており、且つ太陽電池が十分に発電していない場合、（３）商用電力系統が給電しており、且つ太陽電池が発電している場合、（４）商用電力系統が給電しており、且つ太陽電池が発電していない場合の４通りに分かれる。

（１）の場合について述べる。（１）の場合は、商用電力系統５が停電中、太陽電池が十分に発電を行い、自立運転用の負荷６に電力を供給でき、蓄電池への充電に電力を利用することができる状態である。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の停電を検出し、接続ライン３８の電圧（太陽電池の出力電圧）が第１所定値以上（例えば、自立運転用の負荷６に電力を十分に供給できる値）である場合にこの状態と判断する。この場合、蓄電システム制御回路３２は、太陽電池１から蓄電池３０への充電を充放電回路３１に指示する。

（２）の場合について述べる。（２）の場合は、商用電力系統５が停電中、太陽電池は発電を行っているが、自立運転用の負荷６への電力供給が足りず、蓄電池の放電を利用して負荷電力の供給を行う状態である。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の停電を検出し、接続ライン３８の電圧（太陽電池の出力電圧）が第１所定値未満（例えば、自立運転用の負荷６に電力を十分に供給できる値）である場合にこの状態と判断する。この場合、蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０と充放電回路との間に流れる電流を監視し、この電流が所定の電流値になるように電流制御により放電を行う。

（３）の場合について述べる。（３）の場合は、商用電力系統５が給電中、太陽電池１が蓄電池３０を充電可能な状態である。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の給電を検出し、接続ライン３８の電圧（太陽電池の出力電圧）が第２所定値（例えば、蓄電池３０の定格電圧）以上である場合にこの状態と判断する。この場合、蓄電システム制御回路３２は、太陽電池１から蓄電池３０への充電を充放電回路３１に指示する。

（４）の場合について述べる。（４）の場合は、商用電力系統５が給電中、太陽電池１が蓄電池３０を充電ができない状態である。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の給電を検出し、接続ライン３８の電圧（太陽電池の出力電圧）が第２所定値（例えば、蓄電池３０の定格電圧）未満である場合にこの状態と判断する。この場合、蓄電システム制御回路３２は、充放電回路３１のブリッジ回路を構成するスイッチ素子を全て遮断し、充放電回路３１を停止する。

また、第１所定値は第２所定値より高い値に設定すると良い。このようにすることで、停電時に給電時と比較して高い閾値の場合に充電を行うことになるため、停電時に負荷６優先の電力供給を行うことができる。

また、蓄電システム制御回路３２は、（１）〜（４）の場合に行う制御の他に、過充電保護や過放電保護などの保護制御も行うように構成されている。

以上の第１の実施形態によれば、蓄電システム３は、商用電力系統５へ接続される停電検出回路３３により停電を検出して、系統連系装置２へ蓄電池３０から直流電力を供給するようになる。この様にすることで、蓄電システム３は、停電時に系統連系装置２から停電の信号を受け取ることなく、系統連系装置２に蓄電池３０の出力する直流電力を供給する。そして、系統連系装置２は、この直流電力を受けて交流電力に変換し、負荷６へ電力を供給できるようになる（自立運転できるようになる）。この様に、既存の系統連系装置を利用しても蓄電池と太陽電池とを併用する太陽光発電システムを組み上げることができる。

また、充放電回路３１は、絶縁トランスを介して蓄電池３０の充電、及び放電を行うようにしているため、充放電回路３１のスイッチ素子を遮断する（停止する）ことで太陽電池１と系統連系装置２を接続するライン７と蓄電池３０とが遮断されるため、商用電力系統５が電力を供給し、太陽電池１が発電していない場合に、蓄電池３０から系統連系装置２への放電を防ぐことができる。

また、充放電回路３１は、商用電力系統５が停電している場合にのみ蓄電池３０を放電する。これにより、商用電力系統５が給電している場合は充電しか行わないため、商用電力系統５が停電した場合に、ほぼ１００％の充電容量にて蓄電池３０を利用することができる。

また、停電検出回路３３を筺体３５ａと別体の筺体３５ｂに収容し、信号線３６にて筺体３５ａ内の蓄電システム制御回路３２と停電検出回路とを接続している。これにより、商用電力系統５の電力を分配する分電盤付近に停電検出回路３３を配置でき、商用電力系統５と停電検出回路３３を接続するラインを短くすることができる。このラインが短くなることで、このラインの断線を防ぎ、断線による蓄電池３０の誤作動を防ぐことができる。

また、ＡＣリレーの接片が閉じた場合に停電を検出する構成になっているため、信号線３６が断線したとしても停電と判断されず、蓄電池３０が放電することがない。これにより、蓄電池３０の予期せぬ放電（商用電力系統５が給電時の放電）を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態において、充放電回路３１に絶縁トランスを介して蓄電池３０の充電、及び放電を行うものを採用したが、第２の実施形態では、充放電回路に非絶縁型の双方向チョッパを採用する。また、第２の実施形態では、系統連系装置２の自立運転用リレー２２と商用電力系統５とに接続され、商用電力系統５の停電・給電に応じて、停電時に系統連系装置２の電力を、給電時に商用電力系統５の電力を負荷６へ出力する切替回路を蓄電システム３に設ける。その他の構成については、第１の実施形態と同様の構成を用いることができるため説明を省略する。

図５は、第２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。図６は、第２の実施形態における蓄電システム３の変形例を示す構成図である。図７は、第２の実施形態における蓄電システム３の斜視図である。

図６に示すように、充放電回路３１ｄは、ダイオードが逆並列接続された複数（２つ）のスイッチ素子１３１、１３２、リアクトル１３３、開閉器１３４、及びダイオード１３５を有している。スイッチ素子１３１を所定のデューティ比にて開閉することで、太陽電池１からの出力電圧が蓄電池３０の定格出力より少し高い電圧に降圧され、蓄電池３０を充電することができる。第１の実施形態と同様に、充電は、蓄電池３０の電圧が所定の電圧値までは定電流充電を行い、蓄電池３０の電圧が所定の電圧値よりも大きい場合は、定電圧充電を行う。

蓄電池３０を放電する場合は、スイッチ素子１３２を所定のデューティ比にて開閉する。これにより、蓄電池３０の出力電圧が太陽電池１の動作電圧程度に昇圧され、系統連系装置２に供給される。

開閉器１３４とダイオード１３５は並列に接続されており、ダイオード１３５は、充放電回路３１から蓄電池３０へ向かう電流を流すように接続されている。開閉器１３４とダイオード１３５の並列回路は、充放電回路３１と蓄電池３０との間に設けられる（或いは、充放電回路３１とライン７との間に設けても良い）。非絶縁型の双方向チョッパを利用する場合、太陽電池１が発電していない場合は、充放電回路３１のスイッチ素子を遮断していても、スイッチ素子１３１に逆並列に接続されているダイオードを通して系統連系装置２へ蓄電池３０が放電されてしまう。

開閉器１３４とダイオード１３５の並列回路はこれを防ぐためのものであり、商用電力系統５が給電している場合に開閉器１３４を開き、停電の際にはこの開閉器１３４を閉じて使用する。これにより、商用電力系統５が給電しており太陽電池１が発電していない場合に、開閉器１３４が開き、蓄電池３０から系統連系装置２への放電を防ぐことができる。停電の場合は蓄電池３０から系統連系装置２へ電力を供給するため、開閉器１３４は閉じられる。

蓄電システム３は、図５、図６に示すように、切替回路３４を備える。切替回路３４は、２接点を切り替えるスイッチ回路が利用される。切替回路３４は、停電検出回路３３と一緒に図７に示す筺体３５ｂに収容される。切替回路３４は、系統連系装置２の自立運転用リレー２２と、商用電力系統５と、負荷６に接続され、自立運転用リレー２２及び負荷６の接続と、商用電力系統５及び負荷６の接続とを切り替える。

切替回路３４が、自立運転用リレー２２と負荷６との接続を行うと、系統連系装置２が自立運転する際の出力電力を負荷へ供給可能になる。また、切替回路３４が、商用電力系統５と負荷６との接続を行うと、商用電力系統５の電力を負荷へ供給可能になる。

自立運転用リレー２２と切替回路３４との接続には接続ライン３９が用いられる。また、商用電力系統５と切替回路３４との接続は、分電盤からの配線により行う。切替回路３４の負荷との接続は、筺体３５ｂに設けられるコンセント３７を利用することで、家庭用負荷を容易に接続できるようになっている。

蓄電システム制御回路３２は、第１の実施形態で述べた制御に加えて、切替回路３４の接続の切り替えを行う。蓄電システム制御回路３２は、停電を検出した場合に、自立運転用リレー２２と負荷６との接続を行い、停電を検出していない（商用電力系統５が給電している）場合には、商用電力系統５と負荷６との接続を行う。これにより、商用電力系統５の停電時には、系統連系装置が自立運転する電力を負荷６へ供給し、商用電力系統５の給電時には、商用電力系統５の供給する電力を負荷６へ供給する。

また、この様な切替回路３４を有する蓄電システム３を、連系運転と自立運転の自動切り替えが可能な系統連系装置と接続すると、停電したとしても負荷６へ電力を供給し続けることができるようになる（ＵＰＳのような利用ができる）。

（第３の実施形態）
第１の実施形態、及び第２の実施形態では、通常の蓄電池の放電、及び充電の動作について説明したが、蓄電システム３は通常動作に加えて、蓄電システム、或いは蓄電池の保護動作を行うことができる。本実施形態では蓄電システム３の保護動作について述べる。

図８は、第３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。充放電回路３１は、絶縁トランス３１ｃの太陽電池側には太陽電池側回路３１ａ、を有している。そして、太陽電池側回路３１ａは、周期的に導通／遮断を繰り返す（ＰＷＭ駆動する）ことにより充電を行う第１スイッチ素子４１を有している。また、充放電回路３１は、太陽電池の蓄電池側には、蓄電池側回路３１ｂを有している。そして、蓄電池側回路３１ｂは、周期的に導通／遮断を繰り返す（ＰＷＭ駆動する）ことにより放電を行う第２スイッチ素子４２を有している。

また、太陽電池側回路３１ａは、第１スイッチ素子４１をバイパスする様に（例えば、第１スイッチ素子４１と並列に）接続され、第１スイッチ素子４１と逆方向の電流を流す第１ダイオード４４を有している。また、蓄電池側回路３１ｂは、第２スイッチ素子４２をバイパスする様に（例えば、第２スイッチ素子４２と並列に）接続され、第２スイッチ素子４２と逆方向の電流を流す第２ダイオード４５を有している。

蓄電システム３はさらに、充放電回路３１と蓄電池３０との間に開閉器１３４と第３ダイオード１３５を並列に接続した並列回路１３０を備えている。これにより、蓄電システム３は、第１スイッチ素子４１をＰＷＭ駆動することにより、第１スイッチ素子４１、第２ダイオード４５、及び第３ダイオード１３５を電流が流れて蓄電池３０が充電する。また、蓄電システム３は、開閉器１３４を開放し、第２スイッチ素子４１をＰＷＭ駆動することにより、開閉器１３４、第２スイッチ素子４２、及び第１ダイオード４４、を電流が流れて蓄電池３０が放電する。即ち、充電時には開閉器を迂回して充電し、放電時には開閉器を通して放電する。

また、蓄電システム３は、手動スイッチ４０をライン７と充放電回路３１とをつなぐ電力線に備えられ、蓄電システム３を利用する際には、手動スイッチ４０を閉じて利用する。また、蓄電システム３は、地絡を検知するＺＣＴなどの地絡検知センサＣＴ１、ＣＴ４、電流センサＣＴ２、ＣＴ３、電圧センサＶＳ１、ＶＳ２を有している。地絡検知センサＣＴ１は、ライン７と充放電回路３１との間に配置され、この間の地絡を検出する。電流センサＣＴ２は、第３ダイオード１３５のカソード側（蓄電池側）に配置され、蓄電池への充電電流を検出する。電流センサＣＴ３は、開閉器１３４の蓄電池側に配置され、蓄電池からの放電電流を検出する。地絡検知センサＣＴ４は、並列回路１３０と蓄電池３０との間に配置され、この間の地絡を検出する。電圧センサＶＳ１は充放電回路３１の太陽電池１側に配置され、太陽電池１の電圧を検出する。電圧センサＶＳ２は、充放電回路３１の蓄電池３０側に接続され、蓄電池３０の電圧を検出する。

これらのセンサＣＴ１〜ＣＴ４、電圧センサＶＳ１、ＶＳ２の出力は、蓄電システム制御回路３２に入力され、蓄電システム３が保護動作を行う際に利用される。

蓄電システム制御回路３２は、第１スイッチ素子４１を駆動するための充電駆動回路６１、第２スイッチ素子４２を駆動するための放電駆動回路６２、開閉器１３４を駆動するための開閉器駆動回路を有している。

充電駆動回路６１は、後述するゲートブロック信号ＧＢ１と、充電制御信号Ｓ１とを入力し、第１スイッチ素子４１を駆動する。充電制御信号Ｓ１は、通常動作において蓄電池３０を充電するために第１スイッチ素子４１を駆動するための信号であり、蓄電池３０を定電流充電や定電圧充電を行う際に充電電流や充電電圧をフィードバックして作成されるＰＷＭ信号を利用する。また、ゲートブロック信号ＧＢ１として「Ｈｉ」が入力されている場合は、充電制御信号Ｓ１にどのような信号が入力されたとしても第１スイッチ素子４１を遮断し（所謂、ゲートブロック）、第１スイッチ素子のＯＮ動作を禁止する（遮断状態に保つ）。

放電駆動回路６２は、放電制御信号Ｓ２を入力し、第２スイッチ素子４２を駆動する。放電制御信号Ｓ２は、通常動作において蓄電池３０を放電するために第２スイッチ素子４２を駆動するための信号であり、蓄電池３０を放電する際に放電電流や充電電圧をフィードバックして作成されるＰＷＭ信号を利用する。また、ゲートブロック信号ＧＢ２として「Ｈｉ」が入力されている場合は、放電制御信号Ｓ２の伝達が遮断され第２スイッチ素子４２を遮断し（所謂、ゲートブロック）、第１スイッチ素子の常にＯＦＦにする。

また、蓄電システム制御回路３２は、ＰＶ不足電圧検出部５１、ＰＶ過電圧検出部５２、太陽電池地絡検出部５３を有している。また、蓄電システム制御回路３２は、蓄電システム３の充放電の異常を検出する放電過電流検出部５４を有している。また蓄電システム制御回路３２は、蓄電池３０の異常を検出する蓄電池過充電検出部５６、蓄電池過放電検出部５７、蓄電池地絡検出部５８を有している。

ＰＶ不足電圧検出部５１は、電圧センサＶＳ１により太陽電池１の電圧を検出し、検出した電圧に応じてＰＶ不足電圧信号ＳＡ１を出力する。具体的には、太陽電池１の電圧が所定の電圧値よりも低い場合に、太陽電池１の電圧が低く蓄電池３０の充電が不可能（異常）と判定し、ＰＶ不足電圧信号ＳＡ１として「Ｈｉ」を出力する。また、太陽電池１の電圧が所定の電圧値よりも高い場合に、太陽電池１の電圧が高く蓄電池３０の充電が可能（正常）と判定し、ＰＶ不足電圧信号ＳＡ１として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで所定の電圧値は、充放電回路３１により蓄電池３０充電を行うことができないと判断できる電圧値が設定される。

ＰＶ過電圧検出部５１は、電圧センサＶＳ１により太陽電池１の電圧を検出し、検出した電圧に応じてＰＶ不足電圧信号ＳＡ１を出力する。具体的には、太陽電池１の電圧が所定の電圧値よりも高い場合に、太陽電池１の異常を検出し、ＰＶ過電圧信号ＳＡ２として「Ｈｉ」を出力する。また、太陽電池１の電圧が所定の電圧値よりも低い場合に、太陽電池１が正常と判定し、ＰＶ不足電圧信号ＳＡ１として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで、所定の電圧値は、太陽電池１が通常動作を行う電圧（例えば、定格電圧や規定されている最大電圧）よりも高い電圧値が設定される。

太陽電池地絡検出部５３は、地絡検知センサＣＴ１により充放電回路３１の太陽電池１側に流れる電流を検出し、検出した電流に応じて太陽電池地絡信号ＳＡ３を出力する。具体的には、地絡検知センサＣＴ１により検出される電流が所定の電流値よりも高い場合に、太陽電池の地絡（異常）を検出し、太陽電池地絡信号ＳＡ３として「Ｈｉ」を出力する。また、地絡検知センサＣＴ１により検出される電流が所定の電流値よりも低い場合に、太陽電池１に地絡なし（正常）と判定し、太陽電池地絡信号ＳＡ３として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで、所定の電流値は、充放電回路３１により正常に充放電を行う際に流れることのない電流値が設定される。

放電過電流検出部５４は、電流センサＣＴ３により蓄電池３０が放電する電流を検出し、検出した電流に応じて放電過電流信号ＳＡ４を出力する。具体的には、電流センサＣＴ３により検出される電流が所定の電流値よりも高い場合に、蓄電池３０から過放電されている（異常）と検出し、放電過電流信号ＳＡ４として「Ｈｉ」を出力する。また、電流センサＣＴ３により検出される電流が所定の電流値よりも低い場合に、正常と検出し、放電過電流信号ＳＡ４として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで、所定の電流値は、充放電回路３１により、正常に放電を行う際に流れる電流（例えば、定格放電電流や最大放電電流）よりも高い電流値が設定される。

充電過電流検出部５５は、電流センサＣＴ２により蓄電池３０に充電する電流を検出し、検出した電流に応じて充電過電流信号ＳＡ５を出力する。具体的には、電流センサＣＴ２により検出される電流が所定の電流値よりも高い場合に、蓄電池３０に過充電されている（異常）と検出し、充電過電流信号ＳＡ５として「Ｈｉ」を出力する。また、電流センサＣＴ２により検出される電流が所定の電流値よりも低い場合に、正常と検出し、充電過電流信号ＳＡ５として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで、所定の電流値は、充放電回路３１により、正常に充電を行う際に流れる電流（例えば、定格充電電流や最大充電電流）よりも高い電流値が設定される。

蓄電池過充電検出部５６は、電圧センサＶＳ２により蓄電池３０の電圧を検出し、検出した電圧に応じて蓄電池過充電信号ＳＡ６を出力する。具体的には、電圧センサＶＳ２により検出される電圧が所定の電圧値よりも高い場合に、蓄電池３０が過充電であることを検出し、蓄電池過充電検出信号ＳＡ６として「Ｈｉ」を出力する。また、電圧センサＶＳ２により検出される電圧が所定の電圧値よりも低い場合に、蓄電池３０が正常であることを検出し、蓄電池過充電検出信号ＳＡ６として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで所定の電圧値について説明する。蓄電池３０の電圧（開放電圧）は、充電容量に応じて（例えば、比例して）、高ければ高く、低ければ低くなる。蓄電池３０が動作する充電容量を定めることにより、蓄電池の動作電圧が規定され、この動作電圧を超えると過充電と判断できる。したがって、所定の電圧値には、この動作電圧の上限を設定すると良い。

蓄電池過放電検出部５７は、電圧センサＶＳ２により蓄電池３０の電圧を検出し、検出した電圧に応じて蓄電池過放電信号ＳＡ７を出力する。具体的には、電圧センサＶＳ２により検出される電圧が所定の電圧値よりも低い場合に、蓄電池３０が過放電であることを検出し、蓄電池過放電検出信号ＳＡ７として「Ｈｉ」を出力する。また、電圧センサＶＳ２により検出される電圧が所定の電圧値よりも高い場合に、蓄電池３０が正常であることを検出し、蓄電池過放電検出信号ＳＡ７として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで所定の電圧値は、蓄電池３０の動作電圧の下限を設定すると良い。

蓄電池地絡検出部５８は、地絡検知センサＣＴ４により充放電回路３１の蓄電池３０側に流れる電流を検出し蓄電池地絡信号ＳＡ８を出力する。具体的には、地絡検知センサＣＴ４により検出される電流が所定の電流値よりも高い場合に、蓄電池３０の地絡（異常）を検出し、蓄電池地絡信号ＳＡ８として「Ｈｉ」を出力する。また、地絡検知センサＣＴ４により検出される電流が所定の電流値よりも低い場合に、蓄電池３０に地絡なし（正常）と判定し、蓄電池地絡信号ＳＡ８として「Ｌｏｗ」を出力する。ここで、所定の電流値は、充放電回路３１により正常に充放電を行う際に流れることのない電流値が設定される。

出力された信号ＳＡ１〜ＳＡ８は、ゲートブロック信号生成回路６４に入力され、入力された信号に応じて、ゲートブロック信号ＧＢ１、ＧＢ２を、夫々充電駆動回路６１、放電駆動回路６２に出力する。図９は、ゲートブロック信号生成回路６４の動作パターンを示す図である。

図９に示すように、信号ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ５、ＳＡ６、ＳＡ８の何れかの「Ｈｉ」信号がゲートブロック信号生成回路６４に入力されると、ゲートブロック信号生成回路６４は、「Ｈｉ」のゲートブロック信号ＧＢ１を生成して充電駆動回路６１へ出力する。また、信号ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ７、ＳＡ８の何れかの「Ｈｉ」信号がゲートブロック信号生成回路６４に入力されると、ゲートブロック信号生成回路６４は、「Ｈｉ」のゲートブロック信号ＧＢ２を生成して放電駆動回路６２へ出力する。

これにより、太陽電池１、蓄電池３０、充放電回路３１の異常を判断し、異常が検出された場合に第１スイッチ素子４１、或いは第２スイッチ素子４２をゲートブロックする。具体的には、太陽電池１が電圧不足の場合、太陽電池１が過電圧の場合、太陽電池１が地絡している場合、充電時に流れる電流が過電流である場合、蓄電池が過充電の場合、蓄電池が地絡している場合に第１スイッチ素子４１のゲートブロックを行う。また、太陽電池１が過電圧の場合、太陽電池１が地絡している場合、放電時に流れる電流が過電流である場合、蓄電池３０が過放電の場合、蓄電池３０が地絡している場合に第２スイッチ素子４２のゲートブロックを行う。

蓄電システム３は、停電検出部５９、放電操作部６０、論理積回路ＡＮ１、否定回路ＮＯ１を有している。

停電検出部５９は、停電検出回路３３が商用電力系統５の停電を検出すると、「Ｈｉ」信号を、停電検出回路３３が商用電力系統５の給電を検出すると、「Ｌｏｗ」信号を論理積回路ＡＮ１に出力する。

放電操作部６０では、ユーザーから放電の受付を行う。例えば、蓄電池３０の放電を受け付けるためのボタンを用意しておき、そのボタンが押されることによりユーザーから放電の受付を行うなどすると良い。放電操作部６０に放電の受付があれば、放電操作部６０は、「Ｈｉ」信号を、放電操作部６０に放電の受付がなければ「Ｌｏｗ」信号を論理積回路ＡＮ１へ出力する。

論理積回路ＡＮ１は、放電操作部６０、及び停電検出部５９から「Ｈｉ」信号を入力すると、「Ｈｉ」信号を出力し、どちらかの信号が１つでも「Ｌｏｗ」であれば「Ｌｏｗ」信号を出力する。論理積回路ＡＮ１から出力された信号は、開閉器駆動回路６３と否定回路ＮＯ１に入力される。

開閉器駆動回路６３は、「Ｈｉ」信号が入力されると、開閉器１３４を閉じ、「Ｌｏｗ」信号が入力されると開閉器１３４を開く。

否定回路ＮＯ１では、入力された信号を反転して放電禁止信号ＳＡ９をゲートブロック信号生成回路６４へ出力する。即ち、否定回路ＮＯ１に「Ｈｉ」信号が入力されると、放電禁止信号として「Ｌｏｗ」信号を出力し、「Ｌｏｗ」信号が入力されると、放電禁止信号として「Ｈｉ」信号を出力する。

ゲートブロック信号生成回路６４は、「Ｈｉ」の放電禁止信号が入力されると、「Ｈｉ」のゲートブロック信号ＧＢ２を生成し、放電駆動回路６２へ出力する。

これにより、放電操作部６０に放電の受付のない場合、或いは、停電検出回路３３により商用電力系統５の給電を検出した場合に、第２スイッチ素子４２をゲートブロックすると共に、開閉器１３４を開いて充放電回路３１による放電を２重に禁止している。逆に、放電操作部６０に放電の受付があり、且つ、停電検出回路３３により商用電力系統５の停電を検出した場合に、第２スイッチ素子４２を、ゲートブロックを解除すると共に、開閉器１３４が閉じて充放電回路３１による放電が可能になる。

以上、第３の実施形態によれば、太陽電池１、蓄電池３０、或いは充放電回路３１に異常がある場合は、前記第１スイッチ素子、或いは前記第２スイッチ素子をゲートブロックするため、異常な状態により充放電回路３１の充電動作、放電動作が禁止され、蓄電システム３、或いは蓄電池３０の保護を行うことができる。

また、蓄電池３０の放電は、充放電回路３１のゲートブロックと、開閉器１３４によりソフトとハードの面からブロックするため、誤って放電されることが無く、自立運転を行う際の、蓄電池３０の充電容量を十分に確保することができる。

また、充電時には開閉器を迂回して充電し、放電時には開閉器を通して放電する。このため、商用電力系統５が停電のときも、給電のときも行う充電動作について、開閉器１３４を動作させる必要がなく、ソフトによる動作のみで容易に実行することができる。

第３の実施形態では、ゲートブロックにより第１スイッチ素子４１、及び第２スイッチ素子４２を遮断状態に保っていたが、制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力を絞って（例えば、ゼロにして）遮断状態に保っても良い。

第３の実施形態では、簡単のため充放電回路３１を図８のように表現したが、第１の実施形態における充放電回路３１においては、第１スイッチ素子４１は、ブリッジ回路３１ａのスイッチ素子が夫々第１スイッチ素子４１に相当し、第２のスイッチ素子４２は、ブリッジ回路３１ｂのスイッチ素子が夫々第２スイッチ素子４２に相当し、第１ダイオードは、ブリッジ回路３１ａのスイッチ素子に夫々逆並列に設けられるダイオードに相当し、第２ダイオードは、ブリッジ回路３１ｂのスイッチ素子に夫々逆並列に設けられるダイオードに相当すると言える。

また、第３の実施形態では、簡単のため並列回路１３０を図８のように表現したが、例えば、図４に示すように接続することができる。

また、第３の実施形態では、絶縁トランス３１ｃを用いる充放電回路３１について述べたが、絶縁トランス３１ｃを用いない、例えば、図４のような充放電回路３１ｄを利用することもできる。図４の場合、第１スイッチ素子４１は、スイッチ素子１３１に相当し、第２スイッチ素子は、スイッチ素子１３２に相当し、第１ダイオード４４は、第１スイッチ素子に逆並列に設けられるダイオードに相当し、第２ダイオード４５は、第２スイッチ素子に逆並列に設けられるダイオードに相当する。

以上、本発明の一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、商用電力系統５から電力が供給されると接片を開く電磁リレーを使用し、商用電力系統５が停電か給電かを判断していたが、電力の供給／遮断により接片を開閉する開閉回路であれば様々なものが利用できる。例えば、フォトカプラなどを利用しても良い。

また、例えば、停電検出回路３３に電磁リレーを用いて接片の開閉を行って停電の検出を行っていたが、フォトカプラ等の様な開閉回路を利用して、接片の開閉を行い商用電力系統５が電力を供給しているか否かを検出しても良い。

また、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。

また、例えば、本実施形態では、絶縁トランスを用いた充放電回路（絶縁型）３１ａ〜３１ｃと、双方向チョッパ３１ｄとを充放電回路３１として記載したが、様々な構成を用いることができる。例えば、充電回路と放電回路とを並列に配置しても良い。また、充電回路、及び放電回路は、絶縁型、非絶縁型の何れに設定してもかまわない。

また、例えば、本実施形態では、充電を太陽電池１から行っていたが、商用電力系統５を用いて充電することも可能である。この場合、充電回路と放電回路とを分け放電回路をライン７と蓄電池３０との間に配置し、充電回路を商用電力系統５と蓄電池３０との間に配置する。この様にすることで、双方向の系統連系装置２（専用の系統連系装置）を用いることなく、蓄電池３０を充電することができる。

また、例えば、本実施形態では、コンセント３７を筺体３５ｂに設けたが、コンセント３７を建物の壁等に取り付け、切替回路からコンセント３７まで配線（例えば、壁の内側から配線するなど）して利用しても良い。

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 連系用ブレーカ
２１ 系統連系用リレー
２２ 自立運転用リレー
２３ 系統連系制御回路
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
３４ 切替回路
３５ 筺体
３６ 信号線
３７ コンセント
３８ 接続ライン
３９ 接続ライン
４０ 手動スイッチ
４１ 第１スイッチ素子（充電スイッチ素子）
４２ 第２スイッチ素子（放電スイッチ素子）
４４ 第１ダイオード
４５ 第２ダイオード
４８ ブレーカ
１３０ 並列回路
１３４ 開閉器
１３５ 第３ダイオード
ＣＴ１〜ＣＴ４ 電流センサ
ＶＳ１、ＶＳ２ 電圧センサ

Claims (12)

1. 蓄電池を備え、太陽電池の出力電力を交流電力に変換し商用電力系統へ出力する連系運
   転と、前記商用電力系統の停電を検出した際に負荷へ電力を出力する自立運転とを行うこ
   とのできる系統連系装置に前記蓄電池の出力を供給する蓄電システムにおいて、
   前記蓄電池の充電を行う充電回路と、
   前記太陽電池及び前記系統連系装置を接続するラインと、前記蓄電池との間に接続され
   、前記蓄電池から前記系統連系装置へ前記ラインを介して放電を行う放電回路と、
   前記系統連系装置の停電の検出とは別に前記商用電力系統の停電を検出する停電検出回
   路と、
   前記放電回路の動作を制御する制御回路を備え、
   前記制御回路は、前記停電検出回路により、停電を検出した場合に前記蓄電池から前記
   系統連系装置への放電を可能とする構成を備えることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記停電検出回路は、商用電力系統から電力が供給されると接片を開く開閉回路を有し
   、
   前記開閉回路が閉じたことを検出して前記蓄電池から前記系統連系装置への放電を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記充電回路、及び前記放電回路は、絶縁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であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記充電回路、及び前記放電回路は、非絶縁型の双方向チョッパ回路による充放電回路
   により構成され、
   前記充放電回路と前記ラインとの間、或いは前記充放電回路と前記蓄電池との間に開閉
   器を有し、
   前記停電検出回路により、前記商用電力系統の給電を検出した場合に前記開閉器を開く
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
5. 前記系統連系装置が自立運転する場合に電力を出力する端子と、前記商用電力系統と、
   負荷に接続され、前記系統連系装置、或いは前記商用電力系統からの出力電力のいずれか
   を前記負荷へ出力する切替回路を有し、
   停電を検出した場合に、前記系統連系装置の出力電力を前記負荷へ出力することを特徴と
   する請求項１乃至請求項４の何れかに記載の蓄電システム。
6. 前記停電検出回路により、停電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧が第１所定値以上で
   ある場合に前記充電回路により蓄電池を充電し、
   前記停電検出回路により、停電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧が第１所定値未満で
   ある場合に前記放電回路により蓄電池を放電し、
   前記停電検出回路により、前記商用電力系統の給電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧
   が第２所定値以上である場合に前記充電回路により蓄電池を充電し、
   前記停電検出回路により、前記商用電力系統の給電を検出し、且つ太陽電池の出力電圧
   が第２所定値未満である場合に前記充電回路、及び前記放電回路を停止することを特徴と
   する請求項１乃至請求項５の何れかに記載の蓄電システム。
7. 前記充電回路は、周期的に導通／遮断を繰り返すことにより前記充電を行う第１スイッ
   チ素子を有し、
   前記放電回路は、周期的に導通／遮断を繰り返すことにより前記放電を行う第２スイッ
   チ素子を有し、
   前記第１スイッチ素子をバイパスする様に接続され、前記第１スイッチ素子と逆方向の
   電流を流す第１ダイオードと、
   前記第２スイッチ素子をバイパスする様に接続され、前記第２スイッチ素子と逆方向の
   電流を流す第２ダイオードと、
   前記放電回路と前記蓄電池との間に開閉器と第３ダイオードを並列に接続した並列回路
   と、を備え、
   充電の際には前記第１スイッチ素子、前記第２ダイオード、及び前記第３ダイオードを
   電流が流れて充電し、放電の際には、前記開閉器、前記第２スイッチ素子、及び前記第１
   ダイオードを電流が流れて放電することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
8. 前記放電の受付を行う放電操作部を備え、
   前記放電操作部に前記放電の受付のない場合、或いは、前記停電検出回路により前記商
   用電力系統の給電を検出した場合に、前記第２スイッチ素子をゲートブロックすると共に
   、前記開閉器を開くことを特徴とする請求項７に記載の蓄電システム。
9. 前記太陽電池、前記蓄電池、前記放電回路、及び前記充電回路の異常を判断し、
   前記異常が検出された場合に前記第１スイッチ素子、或いは前記第２スイッチ素子をゲ
   ートブロックすることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の蓄電システム。
10. 前記太陽電池の電圧不足の場合、前記太陽電池が過電圧の場合、前記太陽電池が地絡し
    ている場合、前記充電時に流れる電流が過電流である場合、前記蓄電池が過充電の場合、
    前記蓄電池が地絡している場合に前記第１スイッチ素子のゲートブロックを行うことを特
    徴とする請求項９に記載の蓄電システム。
11. 前記太陽電池が過電圧の場合、前記太陽電池が地絡している場合、前記放電時に流れる
    電流が過電流である場合、前記蓄電池が過放電の場合、前記蓄電池が地絡している場合に
    前記第２スイッチ素子のゲートブロックを行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載
    の蓄電システム。
12. 前記系統連系装置と、請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の蓄電システムとを備える
    ことを特徴とする系統連系システム。
    

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