JP6076381B2

JP6076381B2 - 電力供給システム

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Publication number: JP6076381B2
Application number: JP2015001890A
Authority: JP
Inventors: 郁朗菅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2035-01-07
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Description

本発明は、バックアップ用二次電池を備え、商用電源と蓄電システムとの間で双方向の電力授受を行う電力供給システムに関する。

バックアップ用二次電池を備えた電力供給システムとして、例えば下記特許文献１に示される電力供給システムは、商用電力系統が停電した際に、電力供給システムでの電力変換機能を担う電力変換部の動作を制御する制御ユニットに対して、充放電装置に具備されるバックアップ用二次電池であるバッテリユニットから、電力を供給するように構成されている。

特開２０１３−２４７８４１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、バックアップ用二次電池であるバッテリユニットに対する充電を、商用電力系統に接続される整流回路を介して行っている。すなわち、特許文献１では、時間帯に関係なく、定常的に商用電力系統からバッテリユニットへの充電が行われており、経済的な充電とは言い難く、電力変換効率を低下させる要因の一つになっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経済的な充電を行いつつ、電力変換効率の低下を抑制することができる、電力供給システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、商用電源と蓄電システムとの間で双方向の電力授受を行う電力変換部を備えると共に、太陽光発電を行う太陽光発電ユニットからの電力を受け入れ可能に構成される。また、本発明に係る電力供給システムは、前記電力変換部の動作を制御する制御部と、非停電時には前記商用電源の出力を整流して前記制御部に電力を供給する整流回路と、停電時には前記整流回路に代わって前記制御部に電力を供給するバックアップ用二次電池と、前記バックアップ用二次電池に対する充放電を行う補助電源と、を備え、前記補助電源は、前記バックアップ用二次電池への充電を、深夜電力時間帯において優先的に行い、前記深夜電力時間帯以外の時間帯では、前記太陽光発電ユニットが発電を開始した場合には、発電を開始した前記太陽光発電ユニットからの電力を前記バックアップ用二次電池への充電に優先的に使用する。

本発明によれば、経済的な充電を行いつつ、電力変換効率の低下を抑制することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る電力供給システムを含む電力系統図実施の形態１に係る配電盤の内部構成を示す回路図実施の形態１に係る充放電装置の構成を示す回路図図１に示す電気自動車の制御系を示すブロック図実施の形態２の電力供給システムにおけるバッテリチャージャの構成を示す回路図バックアップ用バッテリユニットのバッテリセルとして鉛蓄電池を用いた場合の端子開路電圧と容量比率との関係を示す図実施の形態４に係る電力供給システムを含む電力系統図実施の形態４に係る配電盤の内部構成を示す回路図実施の形態６に係る電力供給システムを含む電力系統図実施の形態７に係る電力供給システムを含む電力系統図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力供給システムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムを含む電力系統図である。図１に示すように、電力供給システム５００は、住宅１０に構成される。住宅１０には、交流電源である電力会社の電力系統（以下「商用電源」と称し、必要に応じて「商用電力系統」と言い換える）５が引き込まれている。商用電源５には、電力量計２０を介して、配電盤３０が接続されている。住宅１０に設置される電気設備は、配電盤３０を介して、商用電源５に接続されている。

住宅１０には、電気設備として、負荷４０および蓄電システム４１が設置されている。実施の形態１の蓄電システム４１は、電気自動車８０で構成される。充放電装置５０は、充放電装置５０側に設けられるコネクタ９０と、電気自動車８０側に設けられるコネクタ９２とを介して電気的に接続される。なお、蓄電システム４１は、電気自動車８０に限定されるものではなく、例えば専用のバッテリを備えた蓄電手段であってもよい。

充放電装置５０は、補助電源である補助電源ユニット７０および、バックアップ用二次電池であるバックアップ用バッテリユニット７２を備えている。補助電源ユニット７０には、バッテリチャージャ７４が構成される。商用電源５と配電盤３０との間には、電力量計２０が設けられる。負荷４０は、住宅１０で使用される電気機器であり、空調機、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、テレビ、パーソナルコンピュータ等の家電である。

以上のように、実施の形態１では、電力量計２０と、電力量計２０の二次側に接続される電気設備によって家庭内電力系統が構成される。

図２は、配電盤３０の内部構成を示す回路図である。図２に示すように、配電盤３０は、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３および、複数の分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎ＋１を備えている。

主幹ブレーカ３１は、商用電源５と、住宅１０の家庭内電力系統とを分離する遮断器である。主幹ブレーカ３１は、商用電源５から家庭内電力系統へ過電流が流れた場合に、商用電源５と連系する家庭内電力系統を、商用電源５から解列する。なお、主幹ブレーカ３１は、電力会社によっては設置されない場合もある。

漏電ブレーカ３２は、主幹ブレーカ３１の負荷側（「二次側」ともいう）に設けられている。漏電ブレーカ３２は、漏電ブレーカ３２の二次側で漏電が発生した場合にオフとなる。漏電ブレーカ３２がオフになることで、漏電ブレーカ３２の二次側にある負荷４０が商用電源５から切り離される。

コンタクタ３３は、漏電ブレーカ３２の二次側に設けられている。コンタクタ３３は、充放電装置５０からの開閉指令によって動作し、商用電源５と家庭内電力系統とを連系し、また解列する。

分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎは、コンタクタ３３の二次側に相互に並列になった状態で設けられている。分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎのそれぞれは、負荷４０（４０_１〜４０_Ｎ）ごとに設けられ、分岐ブレーカ３４_Ｎ＋１は蓄電システム４１に対応して設けられている。分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎ＋１を開閉させることで、商用電源５から負荷４０（４０_１〜４０_Ｎ）および蓄電システム４１をそれぞれ切り離すことができる。

漏電ブレーカ３２の二次側、すなわち漏電ブレーカ３２とコンタクタ３３の間には、電圧検出変圧器ＶＴ１および変流器ＣＴ１が設けられている。電圧検出変圧器ＶＴ１は、商用電源５の電圧に比例した電圧の電圧信号Ｖ１を出力する。変流器ＣＴ１は、漏電ブレーカ３２とコンタクタ３３の間を流れる電流に比例した値の電流信号Ｉ１を出力する。なお、図２では、コンタクタ３３が１台である場合が示されているが、２台のコンタクタ３３が直列に接続されていてもよい。２台を有する場合、何れかのコンタクタ３３の接点に溶着が発生したとしても、確実に負荷４０および蓄電システム４１を、商用電源５から切り離すことができる。

上述した、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３および、分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎ＋１は、金属製または樹脂製の筐体に収容されている。なお、配電盤３０の一部の機能を電力供給システム５０内に設けてもよい。

図３は、充放電装置５０の構成を示す回路図である。図３に示すように、充放電装置５０は、コンタクタ５１、相互に直列に接続された３つの交直変換器５３，５４，５５、交直変換器５３，５４，５５をそれぞれ駆動する駆動ユニット６１，６２，６３、上記各部を統括的に制御する制御ユニット６６、制御ユニット６６に電力を供給する補助電源ユニット７０および、停電時の始動電力が蓄えられたバックアップ用バッテリユニット７２を有している。

コンタクタ５１は、配電盤３０に収容された分岐ブレーカ３４_Ｎ＋１の二次側に配置されている。このコンタクタ５１は、制御ユニット６６からの指示に基づいて動作する。コンタクタ５１がオフの場合には、充放電装置５０が負荷４０から切り離され、コンタクタ５１がオンの場合には、充放電装置５０が負荷４０に接続される。

交直変換器５３は、トランジスタ等のスイッチング素子と、トランジスタに並列に接続されたダイオードを有する。交直変換器５３は、コンタクタ５１の二次側に、リアクトル５２Ａ，５２Ｂを介して接続されている。交直変換器５３は、商用電源５側（「一次側」ともいう）から供給される交流電力を直流電力に変換する。または、二次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。

交直変換器５４は、交直変換器５３と同様に、トランジスタ等のスイッチング素子とダイオードを有している。交直変換器５４は、交直変換器５３の二次側に接続されている。そして、交直変換器５４は、一次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。または、二次側から供給される交流電力を直流電力に変換する。交直変換器５３と交直変換器５４の間には、各交直変換器５３，５４の端子間電圧を安定させるためのコンデンサ５７が接続されている。

交直変換器５５は、上記交直変換器５３，５４と同様に、トランジスタ等のスイッチング素子とダイオードを有している。交直変換器５５は、絶縁トランス５８を介して、交直変換器５４の二次側に接続されている。そして、交直変換器５５は、一次側から供給される交流電力を直流電力に変換する。または、二次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。交直変換器５５の二次側には、交直変換器５５の端子間電圧を安定させるためのコンデンサ５９が接続されている。

絶縁トランス５８は、商用電源５と蓄電システム４１を絶縁する目的で設置されている。絶縁トランス５８が配置されることで、交直変換器５４，５５を用いて、交直変換器５４の二次側の交流電圧と、交直変換器５５の一次側の交流電圧との出力位相を調整して、コンデンサ５７の両端電圧よりコンデンサ５９の両端電圧を高くしたり、あるいは低くしたりすることができる。逆に、蓄電システム４１から電力が供給される場合に、コンデンサ５９の両端電圧よりコンデンサ５７の両端電圧を高くしたり、あるいは低くしたりすることができる。

充放電装置５０では、交直変換器５３〜５５、コンデンサ５７，５９および絶縁トランス５８によって、電力変換部３００が構成される。電力変換部３００では、交直変換器５３〜５５が協働することで、商用電源５からの交流電力が直流電力に変換され、電気自動車８０に供給される。また、電気自動車８０からの直流電力が交流電力に変換され、配電盤３０を介して負荷４０に供給される。

駆動ユニット６１，６２，６３および制御ユニット６６によって制御部４００が構成される。制御部４００において、駆動ユニット６１，６２，６３は、制御ユニット６６の指示に基づいて、それぞれ交直変換器５３，５４，５５を構成するスイッチング素子を動作させる。駆動ユニット６１〜６３の制御に用いられる電力は、制御ユニット６６から供給される。

ここで、説明の便宜上、充放電装置５０の一次側から二次側に電力が供給されるときの交直変換器５３〜５５の動作を充電動作とし、充放電装置５０の二次側から一次側に電力が供給されるときの交直変換器５３〜５５の動作を放電動作とする。

補助電源ユニット７０は、制御ユニット６６へ電力を供給するためのユニットである。補助電源ユニット７０には、商用電源５が整流回路６０を介して接続されている。そのため、補助電源ユニット７０に、整流回路６０によって交流電圧から変換された直流電圧が印加された状態になる。この状態のときには、補助電源ユニット７０は、整流回路６０を介して供給される電力を制御ユニット６６へ供給する。

バックアップ用バッテリユニット７２は、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリを有している。バックアップ用バッテリユニット７２には、商用電源５が停電した場合に、交直変換器５３〜５５の始動に用いられる電力が充電される。補助電源ユニット７０には、バッテリチャージャ７４が設けられ、制御ユニット６６には、計時装置７６が設けられている。バッテリチャージャ７４は、計時装置７６による時間情報に従い、整流回路６０を介して供給される電力を使用して、バックアップ用バッテリユニット７２を充電する。なお、バッテリチャージャ７４による充電動作の詳細については、後述する。

商用電源５の停電により、交直変換器５３〜５５の動作が一次的に停止した場合、または、交直変換器５３〜５５の動作が停電発生前から停止していた場合、補助電源ユニット７０にはバックアップ用バッテリユニット７２の直流電圧が印加された状態になる。この状態のときには、補助電源ユニット７０は、バックアップ用バッテリユニット７２から供給される電力を制御ユニット６６へ供給する。

制御ユニット６６は、ＣＰＵ、主記憶部、補助記憶部、インタフェースを有するマイクロプロセッサであるマイコン７８を備えている。制御ユニット６６は、電圧検出変圧器ＶＴ１からの電圧信号Ｖ１と、変流器ＣＴ１からの電流信号Ｉ１を監視して、補助電源ユニット７０、配電盤３０のコンタクタ３３、充放電装置５０のコンタクタ５１を制御する。また、駆動ユニット６１〜６３を介して交直変換器５３〜５５を制御する。なお、実施の形態１に係る制御ユニット６６の動作については後述する。

図４は、電気自動車８０の制御系を示すブロック図である。電気自動車８０は、コネクタ９２を介して、充放電装置５０のコネクタ９０に着脱自在に接続される。図４に示すように、電気自動車８０は、開閉スイッチ８１、メインバッテリユニット８２、充電ユニット８３、補機用バッテリ８４、駆動ユニット８５および車両制御ユニット８６を有している。

開閉スイッチ８１は、駆動ユニット８５によって駆動されるコンタクタである。この開閉スイッチ８１は、充放電装置５０と電気自動車８０を連系し、また解列する。

メインバッテリユニット８２は、開閉スイッチ８１の二次側に接続されている。このメインバッテリユニット８２は、電気自動車８０の走行に使用される電力を蓄えるためのユニットである。なお、メインバッテリユニット８２がリチウムイオン電池であれば、例えば３Ｖ〜４Ｖのリチウムイオン電池セルが直列に接続されることで、端子間電圧２００Ｖ〜４００Ｖ程度のバッテリが構成される。

メインバッテリユニット８２は、コネクタ９２とコネクタ９０とが接続されることで、充放電装置５０に電気的に接続される。そして、電気自動車８０の開閉スイッチ８１がオンのときに充放電装置５０に連系され、電力の充電および放電が可能な状態になる。

補機用バッテリ８４は、車両制御ユニット８６の制御に用いられる電力を蓄えるためのバッテリである。補機用バッテリ８４は、端子間電圧が１２Ｖもしくは２４Ｖ程度で、電解液が充填された複数のセルから構成されている。

充電ユニット８３は、メインバッテリユニット８２と補機用バッテリ８４の間に設けられている。充電ユニット８３は、メインバッテリユニット８２の電圧を降圧して、補機用バッテリ８４と、車両制御ユニット８６に印加する。これにより、補機用バッテリ８４の充電と、車両制御ユニット８６への電力の供給が実現する。

駆動ユニット８５は、車両制御ユニット８６の指示に基づいて、開閉スイッチ８１を駆動する。

車両制御ユニット８６は、ＣＰＵ、主記憶部、補助記憶部、インタフェースを有するマイコン８８を備えている。車両制御ユニット８６は、コネクタ９２を介して充放電装置５０の制御ユニット６６と接続されている。そして、制御ユニット６６からの指示に基づいて、駆動ユニット８５を動作させる。また、車両制御ユニット８６は、メインバッテリユニット８２に蓄電された電力量などの情報を取得し、必要に応じて、制御ユニット６６に当該情報を提供する。

つぎに、上述した充放電装置５０の実施の形態１に係る要部動作を説明する。まず、上述のように、制御ユニット６６は、計時装置７６を備えている。制御ユニット６６のマイコン７８は、計時装置７６による計時情報を使用し、予め設定されている商用電源５の電気料金が安価な深夜の時間帯（以下「深夜電力時間帯」という）に優先的にバッテリチャージャ７４がバックアップ用バッテリユニット７２を充電するように制御する。深夜電力時間帯の一例は、２３：００から翌日７：００までの時間帯である。なお、充電時間は理想的には深夜電力時間帯内が望ましいが、深夜電力時間帯の前後に充電時間がずれてもよいことは言うまでもない。

従来は、商用電源５から整流回路６０を介して交流を直流に変換し、補助電源ユニット７０内のバッテリチャージャ７４により、時間や時間帯別電気料金に関係なく、定常的にバックアップ用バッテリユニット７２が満充電になるようにトリクル充電を行っていた。

一方、実施の形態１では、制御ユニット６６内に計時装置７６を備え、商用電源５の電気料金が安価な深夜電力時間帯に優先的にバッテリチャージャ７４がバックアップ用バッテリユニット７２を充電するように制御したので、経済的な充電を行うことが可能となる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電力供給システムによれば、停電時には整流回路に代わって制御部に電力を供給するバックアップ用二次電池に対する充放電を行う補助電源は、バックアップ用二次電池への充電を、深夜電力時間帯に優先的に行うこととしたので、経済的な充電を行うことができ、また、電力変換効率の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、バックアップ用バッテリユニット７２に対する充電を電気料金が安価な深夜電力時間帯に優先的に行うことを開示したが、実施の形態２では、さらにバックアップ用バッテリユニット７２の充電状態を考慮に入れた充電を行うものである。以下、実施の形態２の構成および動作について、図５および図６を参照して説明する。

図５は、実施の形態２の電力供給システムにおけるバッテリチャージャ７４の構成を示す回路図である。図５において、整流回路６０には商用電源５からの交流電圧が印加され、整流回路６０によって変換された直流電圧がリアクトル１１０を介してバッテリチャージャ７４に印加される構成である。バッテリチャージャ７４は、絶縁トランス、スイッチング素子、ダイオード、コンデンサおよびリアクトルを組み合わせた降圧回路の構成であり、駆動回路１１２によるスイッチング制御によって、バックアップ用バッテリユニット７２への印加電圧が調整され、バックアップ用バッテリユニット７２が充電される。

バッテリチャージャ７４とバックアップ用バッテリユニット７２との間には、電圧検出回路１１４および電流検出回路１１６が設けられており、電圧検出回路１１４および電流検出回路１１６の検出出力は、マイコンまたはディジタルシグナルプロセッサを具備する制御回路１１８に入力される。制御回路１１８は、電圧検出回路１１４および電流検出回路１１６の検出出力により、バックアップ用バッテリユニット７２への印加電圧および出力電流をモニタし、駆動回路１１２への指令信号を生成する。なお、図５では、制御回路１１８を補助電源ユニット７０内に設けているが、制御ユニット６６に設けてもよい。

つぎに、実施の形態２に係る充電制御の一例について説明する。図６は、バックアップ用バッテリユニット７２のバッテリセルとして鉛蓄電池を用いた場合の、２５℃における端子開路電圧と容量比率との関係を示す図である。図６では、容量比率が１００％のときに端子開路電圧が１３Ｖである鉛蓄電池の場合を例示している。図示のように、端子開路電圧と容量比率との間には正比例の関係がある。また、容量比率が９０％のときの端子開路電圧は約１２．８７Ｖである。

実施の形態２では、深夜電力時間帯以外の時間帯では、バッテリ電圧がある特定の電圧（以下「電圧判定値」と称する）以下になった場合にのみ充電を行う。なお、ここでは、図に示す特性の電圧を２直列で使用するものとし、また、容量比率が９０％のときの端子開路電圧を使用するものとする。この場合、電圧判定値は、１２．８７×２＝２５．７４Ｖになる。

制御回路１１８は、深夜電力時間帯以外の時間帯では、電圧検出回路１１４の検出電圧が２５．７４Ｖ以下になった場合に、補備的な充電（以下「補充電」と称する）を開始する。なお、バッテリ温度が低温の場合ではバッテリ電圧が低くなるため、バッテリ温度により温度補正をした補充電を行うことが望ましい。

また、トリクル充電を行う場合、図６に示す特性の電池では、２５℃において、バッテリ電圧１３．６〜１３．８Ｖが推奨されており、２直列では、２７．２〜２７．６Ｖとなる。よって、例えば１２Ａｈの電池の場合、バッテリ電圧が２５．７４Ｖ以下に低下したならば、まず、０．１５Ｃの１．８Ａの定電流で補充電を開始し、バッテリ電圧が２７．３Ｖになったなら定電圧充電に切り替え、その後、充電電流が例えば０．２Ａ以下になったなら、補充電を停止するように充電制御を行う。

実施の形態２の手法では、深夜電力時間帯以外の時間帯では、真に必要なときのみ充電を行うようにしているので、定常的に充電している従来技術と比較して、バックアップ用バッテリユニットを充電する際の損失を低減し、無駄な消費電力を削減し、バックアップ用バッテリユニットおよびバッテリチャージャの不要な発熱を抑制することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態２では、深夜電力時間帯以外の時間帯において、バッテリ電圧が設定電圧以下になった場合にのみ充電を行う形態を示したが、実施の形態３では、バックアップ用バッテリユニット７２における充放電積算量を算出し、算出した充放電積算量に基づいた充電を行うものである。

実施の形態３では、図５に示したバッテリチャージャ７４を用いることができる。マイコンまたはディジタルシグナルプロセッサを具備する制御回路１１８には、電圧検出回路１１４および電流検出回路１１６の検出出力が入力される。制御回路１１８は、電圧検出回路１１４が検出したバックアップ用バッテリユニット７２の電圧と、バックアップ用バッテリユニット７２に流出入する電流とを積算して、バックアップ用バッテリユニット７２における充放電積算量を算出すると共に、算出した充放電積算量により、バックアップ用バッテリユニット７２の残容量を推定する。制御回路１１８は、深夜電力時間帯以外の時間帯では、バッテリ容量がある特定の値（以下「容量閾値」と称する）以下になった場合にのみ充電を行う。

実施の形態３の手法では、実施の形態２と同様に、深夜電力時間帯以外の時間帯では、真に必要なときのみ充電を行うようにしているので、定常的に充電している従来技術と比較して、バックアップ用バッテリユニットを充電する際の損失を低減し、無駄な消費電力を削減し、バックアップ用バッテリユニットおよびバッテリチャージャの不要な発熱を抑制することが可能となる。

実施の形態４．
つぎに、実施の形態４に係る電力供給システムについて説明する。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部については、同一の符号を付すと共に、重複する説明は省略する。図７は、実施の形態４に係る電力供給システムを含む電力系統図であり、図８は、実施の形態４に係る配電盤の内部構成を示す回路図である。

図７に示すように、実施の形態４に係る構成では、家庭内電力系統に太陽光発電ユニット１２０が接続されている点が、実施の形態１との相違点である。図７に示すように、太陽光発電ユニット１２０は、住宅１０の屋根に配置される太陽電池パネル１２４と、太陽電池パネル１２４の電圧を交直変換するインバータ１２２と、を有している。

また、図８に示すように、実施の形態４に係る配電盤３０では、太陽光発電ユニット１２０は、コンタクタ３３と、分岐ブレーカ３４_Ｎ＋１との間から分岐した配線に、分岐ブレーカ３５を介して接続されている。

一般に、太陽光発電ユニット１２０が設置される場合には、当該太陽光発電ユニット１２０によって発電された電力が商用電源５に逆潮流することは認められるが、蓄電システム４１等の蓄電手段に蓄えられた電力が商用電源５に逆潮流することは認められていない。そこで、太陽光発電ユニット１２０については、停電時に、住宅１０の負荷４０（４０_１〜４０_Ｎ）に電力を供給できるように、コンタクタ３３の二次側で、かつ、変流器ＣＴ２の一次側に接続される。

実施の形態４では、制御ユニット６６によって、コンタクタ３３を通過する電流が変流器ＣＴ１を用いて計測される。また、それぞれの分岐ブレーカ３４を流れる電流の合計が変流器ＣＴ２を用いて計測される。さらに、太陽光発電ユニット１２０の分岐ブレーカ３５を通過する電流が変流器ＣＴ３を用いて計測される。

電圧検出変圧器ＶＴ１からの電圧信号Ｖ１、変流器ＣＴ１からの電流信号Ｉ１、変流器ＣＴ２からの電流信号Ｉ２および、変流器ＣＴ３からの電流信号Ｉ３は、充放電装置５０の制御ユニット６６に入力される。制御ユニット６６は、電流信号Ｉ１を基に、商用電力系統と家庭内電力系統との間でやりとりされる電力Ｐ１を算出し、電流信号Ｉ２を基に、商用電力系統へ逆潮流した電力Ｐ２を算出し、電流信号Ｉ３を基に、太陽光発電ユニット１２０で発電された電力Ｐ３を算出する。

制御ユニット６６は、電力Ｐ２を監視することで、蓄電システム４１からの逆潮流を検出し、速やかに逆潮流を防止するための制御として、交直変換器５３〜５５の動作を停止したり、蓄電システム４１の放電量を低下させたりする制御を行う。

この際、制御ユニット６６は、実施の形態４に係る制御として、太陽光発電ユニット１２０からの発電電力が、負荷４０の消費電力を上回る余剰電力がある場合にバックアップ用バッテリユニット７２への充電を優先的に行う。一方、太陽光発電ユニット１２０からの発電電力が少なく、余剰電力が無い場合には、バッテリ電圧が電圧判定値以下、または、バッテリ容量が容量閾値以下の場合にのみ、商用電源５または電気自動車８０のバッテリからの放電で充電する。

実施の形態４では、バックアップ用バッテリユニット７２への充電を、優先的に太陽光発電ユニット１２０の電力で行うようにしているので、商用電源５の電力で定常的に充電している従来技術と比較して、経済的な充電が可能となる。また、太陽光発電ユニット１２０の電力を優先的に使用するので、ＣＯ２の削減ができ、環境に優しい電力供給システムとすることができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、バックアップ用バッテリユニット７２への充電を、優先的に太陽光発電ユニット１２０の電力で行う形態を示したが、実施の形態５では、太陽光発電ユニット１２０の発電の開始を把握し、バックアップ用バッテリユニット７２への充電を、早期かつ最優先で行うものである。

実施の形態５において、制御ユニット６６は、変流器ＣＴ３からの電流信号Ｉ３を常時監視しておく。変流器ＣＴ３に電流が流れていれば、太陽光発電ユニット１２０が発電を開始したことを認識することができる。太陽光発電ユニット１２０が発電を開始したとき、バックアップ用バッテリユニット７２のバッテリ電圧が電圧判定値以下、または、バッテリ容量が容量閾値以下の場合には、太陽光発電ユニット１２０の電力によって、バックアップ用バッテリユニット７２への充電を優先的に行う。

上記の制御により、実施の形態４の効果に加え、バックアップ用バッテリユニット７２が満充電に近い状態である時間帯を長く確保することができ、また、より早期に満充電状態である状態にしておくことが可能となる。また、停電時において、より長時間のバックアップに対応することが可能となる。

実施の形態６．
図９は、実施の形態６に係る電力供給システムを含む電力系統図である。実施の形態４では、家庭内電力系統に太陽光発電ユニット１２０が接続されている構成であったが、実施の形態６は、図９に示すように、家庭内電力系統に、燃料電池１３４と、燃料電池１３４の電圧を交直変換するインバータ１３２と、を有する燃料電池ユニット１３０が接続される構成である。なお、実施の形態４と同一または同等の構成部については、同一の符号を付すと共に、重複する説明は省略する。

実施の形態６では、太陽光発電ユニット１２０の余剰電力が無く、かつ、バックアップ用バッテリユニット７２のバッテリ電圧が電圧判定値以下、または、バッテリ容量が容量閾値以下の場合には、燃料電池ユニット１３０の電力によって、バックアップ用バッテリユニット７２への充電を優先的に行う。

上記の制御によれば、燃料電池ユニット１３０および太陽光発電ユニット１２０の電力が優先的に使用されるので、実施の形態４，５の効果に加え、商用電源５からの電力使用が抑制されるという効果が得られる。また、電気自動車８０のバッテリからの電力消費も抑制されるので、電気自動車８０の走行可能距離を、より長く保持できるという効果も得られる。

実施の形態７．
図１０は、実施の形態７に係る電力供給システムを含む電力系統図である。実施の形態７では、図１に示す実施の形態１の構成において、充放電装置５０に対して充電制御に係る情報を送信するためのリモコン１４０を備えている点が、実施の形態１との相違点である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部については、同一の符号を付すと共に、重複する説明は省略する。

リモコン１４０は、有線または無線による通信機能を備えており、リモコン、ホームエネルギーマネージメントシステム(Home Energy Management System：ＨＥＭＳ）用のコントローラである。なお、リモコン１４０に代えて、充放電装置５０の本体にある操作ボタンなどを使用してもよい。

ユーザは、リモコン１４０を使用して、例えば深夜電力時間帯の時間変更を行う。使用する時間帯が深夜電力時間帯であるか否かは、電力供給者である電力会社と電力使用者であるユーザとの間の契約条件に基づいて決定される。今後、電力の自由化が進めば、深夜電力時間帯である時間帯も、曜日、季節、天候等に応じて柔軟に設定されることが想定されるため、ユーザ側で自由に変更できる構成が望ましい形態である。そこで、実施の形態７では、リモコン１４０に設定変更の機能を持たせるようにしたものであり、将来に向けて、より柔軟性のあるシステムとすることが可能となる。

なお、実施の形態７では、リモコン機能を付加する構成を実施の形態１の構成に適用する場合を一例として示したが、実施の形態２から６の構成に適用してもよく、各実施の形態の効果に加えて、実施の形態７による効果を付加することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

５商用電源、１０住宅、２０電力量計、３０配電盤、３１主幹ブレーカ、３２漏電ブレーカ、３３コンタクタ、３４（３４_１〜３４_Ｎ＋１），３５分岐ブレーカ、４０（４０_１〜４０_Ｎ）負荷、４１蓄電システム、５０充放電装置、５１コンタクタ、５２Ａ，５２Ｂリアクトル、５３，５４，５５交直変換器、５７コンデンサ、５８絶縁トランス、５９コンデンサ、６０整流回路、６１，６２，６３駆動ユニット、６６制御ユニット、７０補助電源ユニット、７２バックアップ用バッテリユニット、７４バッテリチャージャ、７６計時装置、７８マイコン、８０電気自動車、８１開閉スイッチ、８２メインバッテリユニット、８３充電ユニット、８４補機用バッテリ、８５駆動ユニット、８６車両制御ユニット、８８マイコン、９０，９２コネクタ、１１０リアクトル、１１２駆動回路、１１４電圧検出回路、１１６電流検出回路、１１８制御回路、１２０太陽光発電ユニット、１２２インバータ、１２４太陽電池パネル、１３０燃料電池ユニット、１３２インバータ、１３４燃料電池、１４０リモコン、３００電力変換部、４００制御部、５００電力供給システム、ＶＴ１電圧検出変圧器、ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３変流器。

Claims

商用電源と蓄電システムとの間で双方向の電力授受を行う電力変換部を備えると共に、太陽光発電を行う太陽光発電ユニットからの電力を受け入れ可能に構成される電力供給システムであって、
前記電力変換部の動作を制御する制御部と、
非停電時には前記商用電源の出力を整流して前記制御部に電力を供給する整流回路と、
停電時には前記整流回路に代わって前記制御部に電力を供給するバックアップ用二次電池と、
前記バックアップ用二次電池に対する充放電を行う補助電源と、
を備え、
前記補助電源は、
前記バックアップ用二次電池への充電を、深夜電力時間帯において優先的に行い、
前記深夜電力時間帯以外の時間帯では、前記太陽光発電ユニットが発電を開始した場合には、発電を開始した前記太陽光発電ユニットからの電力を前記バックアップ用二次電池への充電に優先的に使用する
電力供給システム。
前記バックアップ用二次電池の電圧を検出する電圧検出回路を有し、
前記補助電源は、前記深夜電力時間帯以外の時間帯は、前記電圧検出回路の検出電圧が電圧判定値以下になった場合に、前記バックアップ用二次電池への充電を行う請求項１に記載の電力供給システム。
前記バックアップ用二次電池の充放電電流を検出する電流検出回路を有し、
前記補助電源は、前記深夜電力時間帯以外の時間帯は、前記電圧検出回路の検出電圧および前記電流検出回路の検出電流を用いて算出した充放電積算量に基づいて前記バックアップ用二次電池の残容量を推定し、推定した前記残容量が容量閾値以下になった場合に、前記バックアップ用二次電池への充電を行う請求項２に記載の電力供給システム。
燃料電池を具備する燃料電池ユニットからの電力を受け入れ可能に構成され、
前記太陽光発電ユニットの余剰電力が無い場合には、前記燃料電池ユニットの電力で前記バックアップ用二次電池への充電を行う
請求項１から３の何れか１項に記載の電力供給システム。
有線または無線による通信機能を具備するコントローラによって、前記深夜電力時間帯の変更が可能となるように構成されている請求項１から４の何れか１項に記載の電力供給システム。