JP6062699B2 - パワーコンディショナ及びこれを備える蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、パワーコンディショナ及びこれを備える蓄電システムに関する。

従来より、蓄電池を備える蓄電システムが知られている。蓄電システムの蓄電池は例えば商用電力系統に接続されており、商用電力系統から電力の供給を受けることで蓄電池の充電を行う。電気料金の契約形態には時間帯区分によって電力量料金が異なる契約形態がある。そこで蓄電システムでは電力量料金が安い夜間時間帯（深夜時間帯）に蓄電池の充電を行うことが一般に行われている（例えば特許文献１参照）。

蓄電池の充電又は放電は蓄電池パワーコンディショナ（以下、「蓄電池パワーコンディショナ」を「ＰＣＳ」とも称する。）によって制御される。ＰＣＳはＤＣ／ＡＣ変換回路やＤＣ／ＤＣ変換回路を備え、これら変換回路は蓄電池の充放電時の発熱量が多い。

そこで蓄電池ＰＣＳは放熱部材及び送風手段を備える。放熱部材は各変換回路に接触しており、各変換回路の熱は放熱部材を介して放熱される。送風手段は各変換回路及び放熱部材に送風して冷却する。これによって各変換回路が高温になるのを防いでいる。

特開平１０−２０１１２９号公報

送風手段を駆動することで変換回路が高温になることは防げるが、送風手段は駆動音が大きいことが知られる。従って夜間に送風手段が駆動すると騒音が発生して睡眠が妨げられる等の騒音被害が生ずるおそれがある。また夜間以外にも送風手段を駆動させたくない（静音状態を保ちたい）状況が発生しうる。一方で、変換回路が高温になると変換回路の性能や寿命に大きな影響を与えるため、変換回路が高温になることは防ぐ必要がある。

本発明は、上記の状況に鑑み、送風手段による騒音の発生を抑制したときに変換回路が高温になることを防ぐことができるパワーコンディショナ及びこれを備える蓄電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のパワーコンディショナは、蓄電池の入出力端に接続される双方向変換回路と、前記双方向変換回路の熱を放熱する放熱部材と、前記放熱部材に送風する送風手段と、蓄電池の充放電及び前記送風手段の風量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は前記送風手段の風量を制御した場合に前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないように蓄電池に入出力される電力量を制御する。

また、上記構成のパワーコンディショナにおいて、前記送風手段の風量を第１の風量で駆動する通常動作モードと、前記送風手段の風量を第１の風量よりも少ない第２の風量に制御する静音動作モードと、を備え、前記制御部は、前記制御部は静音動作モードが設定されている場合に前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないように蓄電池に入出力される電力量を制御する。

また、上記構成のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は前記放熱部材の温度が所定温度以上とならないように、前記送風手段の風量を第２の風量に制御するとともに蓄電池に入出力される電力量を制御することで、前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないようにする。

また、上記構成のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は前記放熱部材の温度が所定温度以上となった場合に、前記送風手段の風量を第２の風量に制御するとともに蓄電池に入出力される電力量を制御することで、前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないようにする。

また、上記構成のパワーコンディショナにおいて、前記双方向変換回路は双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路、及び、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路である。

上記目的を達成するために本発明に係る蓄電システムは、蓄電池と、上記いずれかのパワーコンディショナと、前記制御部に対して前記パワーコンディショナの運転モードを設定可能なリモコンと、を備える。

本発明に係るパワーコンディショナは、蓄電池の入出力端に接続される双方向変換回路と、双方向変換回路の熱を放熱する放熱部材と、放熱部材に送風する送風手段と、蓄電池の充放電及び送風手段の風量を制御する制御部と、を備える。そして制御部は送風手段の風量を制御した場合に双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないように蓄電池に入出力される電力量を制御する。従って送風手段の風量を騒音が発しない程度の風量に制御しても、双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回ることがない。

第１実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図 第２実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図 第３実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係る蓄電システムは、蓄電池１０を有する蓄電装置１、蓄電池１０の充放電を制御する蓄電池パワーコンディショナ（ＰＣＳ）２、電力系統（系統）３、電流センサ４、負荷５、ＰＳＣ２の動作の設定等を行うためのリモコン６を備える。

ここで蓄電システムについて説明する。上述したように電気量料金は時間帯によって異なる。本実施形態の蓄電システムでは電気量料金が安い夜間時間帯に蓄電池の充電を行い、電気量料金が高い日中時間帯に蓄電池から負荷（家庭内負荷）へ電力の供給を行う。

蓄電装置１は蓄電池１０及びＢＭＵ（電池管理ユニット）１１を備える。蓄電池１０はリチウムイオン二次電池である。ＢＭＵ１１は蓄電池１０の電圧、電流、温度、ＳＯＣ（バッテリー残量）、内部抵抗、充放電積算電流等の蓄電池情報を管理する。また、ＢＭＵ１１は蓄電池１０の蓄電池情報をＰＣＳ２の制御部（制御基板）２０に対して出力する。

ＰＣＳ２は制御部２０、双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路（以下、「双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路」を「第１の変換回路」或いは「インバータ」とも称する。」）２１、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２２（以下、「双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路」を「第２の変換回路」とも称する。」）、第１の変換回路（インバータ）２１及び第２の変換回路２２に接触して両変換回路の熱を放熱させる放熱板（放熱部材）２３、温度計２４、第１の変換回路２１と第２の変換回路２２と放熱板２３に送風するファン２５を備える。

制御部２０はファン２５の風量を制御するマイコン２０１と、第１の変換回路２１及び第２の変換回路２２を制御するＤＳＰ２０２を備える。マイコン２０１はさらに、ＢＭＵ１１を介して蓄電池１０を制御する。

第１の変換回路２１は第２の変換回路２２を介して蓄電池１０の入出力端に接続される。第１の変換回路２１は、蓄電池１０の充電時には系統３から供給される交流電圧を直流電圧に変換して第２の変換回路２２に供給する。また、蓄電池１０の放電時には、第２の変換回路２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して負荷５に供給する。

第２の変換回路２２は、蓄電池１０の入出力端に接続され、蓄電池１０と第１の変換回路２１の間に配される。第２の変換回路２２は蓄電池１０の充放電時に蓄電池１０から供給される直流電圧又は第１の変換回路２１から供給される直流電圧を昇圧又は降圧する。

放熱板２３は例えば略矩形状に形成された金属板であり、第１の変換回路２１及び第２の変換回路２２に接触して両変換回路の熱を放熱させる。温度計２４は放熱板２３の温度を計測する温度検出手段である。温度計２４によって計測された放熱板２３の温度情報は定期的或いは不定的にマイコン２０１に提供される。なお、第１の変換回路２１、第２の変換回路２２、放熱板２３の温度は略同じ温度であるものとして以下説明を行う。

ファン２５はマイコン２０１によって風量が制御され、第１の変換回路２１と第２の変換回路２２と放熱板２３に送風する送風手段である。マイコン２０１は温度計２４によって計測される放熱板２３の温度が所定温度以上となったときにファン２５を所定の風量で動作させ、放熱板２３の温度が所定温度未満となったときにファン２５の風量がゼロとなるように制御する（ファン２５を停止する）。

所定温度は、第１の変換回路２１及び第２の変換回路２２の最高動作保証温度よりも低い温度に設定されることが望ましい。これにより放熱板２３の温度が所定温度に至ってからファン２５を所定の風量で動作させても、第１の変換回路２１及び第２の変換回路２２の温度は最高動作保証温度を上回らない。

電流センサ４はＰＣＳ２と系統３の間を流れる電流を検出するホールセンサである。電流センサ４は制御部２０とともに逆潮流検出手段を構成する。すなわち電流センサ４が取得する電流値及び電流の向きを示す情報に基づいて制御部２１が逆潮流の発生を検知する。制御部２０は逆潮流を検出すると、逆潮流を防ぐために連系リレー（不図示）を開放状態とする。これによりＰＣＳ２から系統３への逆潮流が遮断される。

リモコン６は蓄電システムに関する情報を表示する表示手段６１、蓄電システムの各種設定・制御を遠隔操作可能な操作手段６２を備える。表示手段６１には例えば電力料金、契約電力容量、運転モード等が表示される。操作手段６２は例えば運転開始／停止手段、運転モード設定手段等を備える。

蓄電システムには各部の運転に関して夫々運転モードの設定を行うことができる。本実施形態では特に、蓄電池１０の充放電に関する運転モードの設定について詳説する。蓄電池１０の充放電に関する運転モードは、通常動作モードと静音動作モードを有する。通常動作モードは可能な限り短時間で蓄電池１０の充放電を行うモードである。通常動作モードでは蓄電池１０に入出力される電力量が多いので、放熱板２３の温度が所定温度以上になると考えられる。その際には放熱板２３の温度が最高動作保証温度を上回らないようにファン２５を第１の風量で動作させる。

一方、静音動作モードは、ファン２５の動作による騒音が発生しないようにファン２５の風量を第１の風量よりも少ない第２の風量に制御しつつ、蓄電池１０の充放電を行うモードである。ここで第２の風量として風量がゼロである場合（第２の風量＝０）と、風量がゼロでない場合（０＜第２の風量＜第１の風量）に分けて説明する。まずは、ファン２５の風量をゼロに制御する場合における蓄電池１０の充電について説明する。

本例では充電モードとして高速充電モード、低速充電モードを有することとする。高速充電モードはできるだけ短時間で蓄電池１０に充電するモード（単位時間あたりに蓄電池１０に入出力される電力量が多いモード）である。低速充電モードは高速充電モードよりも単位時間あたりに蓄電池１０に入出力される電力量が少ないモードである。

通常動作モードが選択された場合には、充電モードとして高速充電モードが選択される。高速充電モードで蓄電池１０の充電を行い、放熱板２３の温度が所定温度に到達するとファン２５は第１の風量で動作する。これによって、騒音が発生する。

一方、静音動作モードが選択された場合には、充電モードとして低速充電モードが選択される。静音動作モードでは放熱板２３の温度が所定温度に到達しないように蓄電池１０に充電する。つまり、放熱板２３の温度が所定温度に到達しなければファン２５は動作しないので、ファン２５の動作による騒音の発生が防がれる。

なお、静音動作モードは、高速充電モードと低速充電モードを組み合わせるモードであってもよい。すなわち、放熱板２３の温度が第１の運転切替温度（第１の運転切替温度＜所定温度）に到達するまでは高速充電モードとし、放熱板２３の温度が第１の運転切替温度に到達した後は低速充電モードとする。これによって放熱板２３の温度が所定温度に到達せずファン２５が動作しないので、ファン２５の動作による騒音の発生が防がれる。加えて、高速充電モードで充電される期間を有するので充電時間が短縮化され、より短時間で充電が可能になる。

さらに、低速充電モードに切り替えた後に、放熱板２３の温度が第２の運転切替温度（第２の運転切替温度＜第１の運転切替温度）に到達した後に、高速充電モードに切り替えることとしてもよい。これにより高速充電モードと低速充電モードを交互に行うので、高速充電モードで充電される期間が増加するので充電時間が短縮化され、より短時間で充電が可能になる。

次に、ファン２５の風量をゼロとせずに風量を制御する場合における蓄電池１０の充電について説明する。本例では充電モードとして高速充電モード、中速充電モードを有することとする。また、ファン２５の駆動モードとして高速駆動モードと中速駆動モードを有することとする。

高速充電モードはできるだけ短時間で蓄電池１０に充電するモード（単位時間あたりに蓄電池１０に入出力される電力量が多いモード）である。中速充電モードは高速充電モードよりも充電時間が長期化するが、上述した低速充電モードよりは充電時間が短縮化されるモードである。言い換えれば、中速充電モードは高速充電モードよりも単位時間あたりに蓄電池１０に入出力される電力量が少なく、上述した低速充電モードよりも単位時間あたりに蓄電池１０に入出力される電力量が多いモードである。

また、ファンの駆動モードとして高速駆動モードと低速駆動モードを有することとする。高速駆動モードはファン２５による送風量が第１の風量となるように制御するモードである。低速駆動モードはファン２５による送風量が第２の風量となるように制御するモードである。第２の風量としては特に限られるものではないが、ファン２５の駆動音が騒音とならない程度（例えば駆動音が３５デシベル以下）の風量である。

通常動作モードが選択された場合には、充電モードとして高速充電モードが選択され、駆動モードとして高速駆動モードが選択される。高速充電モードで蓄電池１０の充電を行い、放熱板２３の温度が所定温度に到達するとファン２５は第１の風量で動作する。これによって、騒音が発生する。中速充電モードで蓄電池１０の充電を行い、放熱板２３の温度が所定温度に到達するとファン２５は第２の風量で動作する。

中速充電モードは上述したように単位時間あたりに蓄電池１０に入出力される電力量が高速充電モードよりも少ないので、ファン２５を第１の風量よりも少ない第２の風量で動作させても第１の変換回路２１及び第２の変換回路２２の温度は最高動作保証温度を上回らない。また、上述したように第２の風量で動作したときのファン２５の駆動音は騒音にならない程度のものである。

なお、静音動作モードは、高速充電モードと中速充電モードを組み合わせるモードであってもよい。すなわち、放熱板２３の温度が所定温度に到達するまでは高速充電モードとし、放熱板２３の温度が所定温度に到達した後は中速充電モードとしつつファン２５を低速駆動モードで駆動する。これによって放熱板２３の温度が所定温度に到達してもファン２５の駆動による騒音は発生しない。加えて、高速充電モードで充電される期間を有するので充電時間が短縮化され、より短時間で充電が可能になる。

さらに、中速充電モードに切り替えた後に、放熱板２３の温度が第３の運転切替温度（第３の運転切替温度＜所定温度）に到達した後に、高速充電モードに切り替えることとしてもよい。これにより高速充電モードと中速充電モードを交互に行うので、高速充電モードで充電される期間が増加するので充電時間が短縮化され、より短時間で充電が可能になる。

蓄電池１０の充電に関して上述したが蓄電池１０の放電についても同様である。ファン２５の駆動による騒音を発生させないように、蓄電池１０に入出力される電力量、ファン２５の風量を制御する。

静音動作モードの設定は、予め定められた時間帯（例えば、夜間時間帯）に自動的に行われることとしてもよいし、ユーザがリモコン６を操作して任意の時間帯を設定して設定した時間が到来することによって行われることとしてもよい。リモコン６は時刻情報を有し、静音動作モードでの蓄電池１０の充放電の開始指示又は静音動作モードでの蓄電池１０の充放電の終了指示（通常動作モードでの蓄電池１０の充放電の開始指示）を行う。ＤＳＰ２０２はリモコン６から出力される蓄電池１０の充放電の開始指示又は終了指示に基づいて指示されたモードで蓄電池１０の充放電の制御を行う。

本実施形態によれば、ファン２５の風量を制限して送風手段による騒音の発生を抑制しても、第１の変換回路２１、第２の変換回路２２、放熱板２３の温度が第１の変換回路２１及び第２の変換回路２２の最高動作保証温度を上回らないように蓄電池１０に入出力される電力量を制御する。つまり、ファン２５の駆動（高速駆動モードでの駆動）による騒音の発生を防ぎつつ。第１の変換回路２１、第２の変換回路２２が高温になることを防ぐことができる

また、予め定められたタイミング又はユーザによって指定されたタイミングで通常動作モードと静音動作モードが切り替わる。従って目的に応じて静音動作モードで蓄電池１０の充放電を行うことができる。

また、リモコンにより運転モードの設定が可能なので、容易に設定を変更することができる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。

本発明の第２実施形態に係る蓄電システムは、本発明の第１実施形態に係る蓄電システムの加えて、自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電（例えば太陽光発電、風力発電）システムを有する。すなわち、図２は太陽光発電システムを備える蓄電システムを示す。

太陽光発電システムは太陽光モジュールＭＪと、太陽光パワーコンディショナ（太陽光ＰＣＳ）１００を備える。太陽光モジュールＭＪによって発電された電力は、太陽光ＰＣＳ１００が備える太陽光発電用ＤＣ／ＤＣ変換回路及びＤＣ／ＡＣ変換回路（いずれも不図示）により交流電圧に変換される。太陽光発電システムによって発電された電力は、売電、負荷への供給、蓄電池１０への充電のいずれかに使用される。

蓄電池１０の放電時に、発電電力を負荷に供給することとすれば、蓄電池１０から負荷に供給される電力量が減少するので第１の変換回路２１、第２の変換回路２２の発熱量が減少する。また、蓄電池１０の充電時に、発電電力を蓄電池１０に供給することとすれば、ＰＣＳ２の第１の変換回路２１、第２の変換回路２２によって充電電力に変換されて蓄電池１０に充電されるので買電電力量が減少する。

ファン２５の駆動による騒音が発生しないように蓄電池１０の充放電を行う方法については第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。加えて、蓄電池１０の放電時には、再生可能エネルギー発電システムによって発電された電力が負荷に供給される電力の一部を占めるので、蓄電池１０から負荷に供給される電力量が減少し、変換回路の発熱が抑えられる。また、蓄電池１０の充電時には、再生可能エネルギー発電システムによって発電された電力が蓄電池１０に充電されるので、買電電力量を減らすことができる。

＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。

第１実施形態に係る蓄電システムは電力系統３から買電した電力を蓄電池１０を充電することとし、第２実施形態に係る蓄電システムは電力系統３から買電した電力及び再生可能エネルギー発電システムによって発電された電力を蓄電池１０を充電することとした。これに対し第３実施形態に係る蓄電システムは再生可能エネルギー発電システムによって発電された電力を蓄電池１０を充電することとする。その他の構成は第１実施形態、第２実施形態と同様である。

なお、本実施形態では太陽光発電システムにより発電された電力を太陽光ＰＣＳ１００で交流電圧に変換し、ＰＣＳ２で直流電圧に変換して蓄電池１０に充電することとしているが、これに限られるものではない。すなわち、太陽光発電システムにより発電された電力を交流電圧に変換することなく太陽光発電用ＤＣ／ＤＣ変換回路を介して直接蓄電池１０に充電することとしてもよい。

本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電システムによって発電された電力を蓄電池１０に充電するとき及び蓄電池１０の充電電力を放電するときにファン２５の駆動による騒音が発生しない。

＜補足＞
なお、パワーコンディショナの制御方法も本願発明の一つである。すなわち本願発明のパワコンディショナの制御方法は、蓄電池の入出力端に接続される双方向変換回路の熱を放熱する放熱部材に送風する送風手段の風量を制御した場合に前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないように蓄電池に入出力される電力量を制御する。当該パワーコンディショナの制御方法によっても本願発明の課題を解決することができる。

本発明は、パワーコンディショナ及びこれを備える蓄電システムに利用できる。

１ 蓄電装置
２ 太陽電池パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
３ （商用）電力系統
４ 電流センサ（ホールセンサ）
５ 負荷（家庭内負荷）
６ リモコン
１０ 蓄電池
１１ ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）
２０ 制御部
２１ 双方向ＤＣ／ＡＣ変換回路
２２ 双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路
２３ 放熱板
２４ 温度計
２５ ファン
６１ 表示手段
６２ 操作手段
２０１ マイコン
２０２ ＤＳＰ

Claims (4)

1. 蓄電池の入出力端に接続される双方向変換回路と、
   前記双方向変換回路の熱を放熱する放熱部材と、
   前記放熱部材に送風する送風手段と、
   蓄電池の充放電及び前記送風手段の風量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記送風手段の風量を第１の風量で駆動する通常動作モードと、前記送風手段の風量を第１の風量よりも少ない第２の風量に制御する静音動作モードと、を有し、
   前記静音動作モードの設定は、予め設定された時間帯、又は外部機器で設定された時間帯に自動的に行われ、
   前記制御部は、静音動作モードが設定されている場合に前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないように蓄電池に入出力される電力量を制御するパワーコンディショナ。
2. 前記制御部は前記放熱部材の温度が所定温度以上とならないように、前記送風手段の風量を第２の風量に制御するとともに蓄電池に入出力される電力量を制御することで、前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないようにする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記制御部は前記放熱部材の温度が所定温度以上となった場合に、前記送風手段の風量を第２の風量に制御するとともに蓄電池に入出力される電力量を制御することで、前記双方向変換回路の温度が最高動作保証温度を上回らないようにする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
4. 蓄電池と、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパワーコンディショナと、前記制御部に対して前記パワーコンディショナの運転モードを設定可能なリモコンと、を備える蓄電システム。

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