JP6385207B2 - 蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明は蓄電池システムに関し、特に複数の発電システムと蓄電池を配線し、直流電力を家電製品などの負荷へ給電する蓄電池システムに関するものである。

太陽光発電、風力発電、燃料電池発電等の小規模発電と蓄電池とを組み合わせた蓄電池システムが普及過程にある。再生可能なエネルギーの普及および災害時等に備えた自家発電による電力供給をする提案がなされている。小規模発電システムとして、太陽光発電（直流電力）、風力発電（直流/交流電力）、燃料電池発電（直流電力）などがある。

第１の背景例として、再生可能なエネルギーの普及において、小規模発電で発電された電力を高価格で電力会社が買い取る制度（以後売電あるいは逆潮流と称す）がある。その一方で、夜間の低価格な電力を蓄電池に充電し、蓄えられた電力を日中に放電して電力をまかなう方法がある。この場合、蓄電池で充電された電力は、商用電力である系統へ売電することはできない（蓄電池の逆潮流の防止）。

また、複数発電システムの発電設備を持っている場合、太陽光発電以外の発電電力を家電製品や情報機器へ電力供給することが可能な状態において、太陽光発電システムの発電電力を逆潮流することをダブル発電と呼ぶ。ダブル発電を行うと、太陽光発電以外の発電電力が、太陽光発電システムの逆潮流の電力量を押し上げる。

蓄電池を有するパワーコンディショナについても、同様の動作が見込めることから、蓄電池が放電している時に、太陽光発電の電力を逆潮流する場合、ダブル発電と見なされる。ダブル発電を行う場合、太陽光発電の電力の買い取り価格が下がるのが一般的である。太陽光発電システムの売電が主流となっている現状を踏まえて、ダブル発電を防止する蓄電池システムが主流となっている。

以上の社会背景において、蓄電池システムでは、蓄電池の逆潮流およびダブル発電を防止するために、たとえば逆潮流防止のためのセンサを系統電圧に取り付けるなどの対応をしている。

第２の背景例として、例えば、特許文献１または２の様に、家電製品や情報機器への電力供給を交流電力に変わって直流電力で給電するシステムがある。大多数の家電製品や情報機器は、商用電力である交流電力を直流電力へ変換して使用されている。そのため、小規模発電の直流電力では、直流−交流変換、交流−直流変換が必要であり、この時に電力変換損失が生じる。そのため、直流電力のまま家電製品や情報機器で使用する直流給電システムが提案されている。

例えば、特許文献１では、複数の電源ユニットを備えた直流給電の技術が開示されている。特許文献１に開示されている構成では、複数の分散電源ユニットが直流電力（以後ＤＣ電力と称す）で接続され、自立的に協調運転し、装置容量に依存せずに簡単にユニットを追加することを可能にしている。

また、特許文献２では、直流バス接続した電路に蓄電池を直結することで、負荷変更に対する直流バス電圧を安定させる技術が開示されている。

しかし、特許文献１の、直流バス、蓄電池、負荷を直結する構成は、負荷変更に対する安定性に優れる構成であるが、家電製品や情報機器の入力に適した直流電圧と必ずしも合致しない。

特開２００５−２２４００９号公報 特開２０１２−５０１６７号公報

従来の蓄電池システムでは、蓄電池で充電した電力を商用電力である系統へ売る売電防止（逆潮流防止）や充電された蓄電池の電力で家電製品や情報機器の様な負荷へ電力供給しつつ、たとえば太陽光システムの様な小規模発電システムで発電した電力を商用電力へ売電（ダブル発電）すること（ダブル発電防止）は禁じられている。その為、蓄電池システムにおいては系統側に防止センサをつけて防止している。

特許文献２の構成において、直流バスと蓄電池を直結させ、直流負荷を接続する場合、蓄電池の適切な電圧範囲と直流負荷の直流電圧設定値が必ずしも合致しない。例えば、蓄電池システムでよく使用するリチウム蓄電池では、蓄電容量にも依るが、約１００ＶＤＣ〜４５０ＶＤＣなど、電池１ユニット（１セルと呼ぶ）当たりの電圧と、シリーズ（直列）接続されるセル数で蓄電容量と電圧が決まる。

例えば、太陽光発電システムで使われる太陽電池アレイは、０．５ＶＤＣ／セルから１．０ＶＤＣ/セル程度であり、これらをシリーズ接続して５０ＶＤＣから４５０ＶＤＣの範囲で使用する。燃料電池発電システムでは、出力電圧は直流電圧で、太陽電池アレイの出力と同様に、セルをシリーズ接続した状態で出力され、１５ＶＤＣから３０ＶＤＣ以上となっている。このように、蓄電池電圧および小規模発電システムの出力電圧は様々である。

一方、家電製品や情報機器の直流電力入力では、ＤＣ５０Ｖ以下で使用することが多い。例えば、市販の小型テレビでは、ＤＣ１２Ｖアダプタを使用する。ノート型パソコンでは、ＤＣ５Ｖアダプタを使用する場合もある。

また、太陽光発電システムや風力発電の様な小規模発電システムは出力電力が不安定なものもある。また、燃料電池発電システムは出力電力がある程度安定であるものの、出力電力調整の迅速な調整に劣るものがある為、蓄電池の充放電電圧と電力負荷の供給電力の直流電圧が必ずしも合致するのは稀である。また、蓄電池の電圧は、充放電の度合によりその電池電圧は変化する。つまり、蓄電率が少なる程、蓄電池の直流電圧が減少し、蓄電率が多くなる程、直流電圧は増加するのが一般的である。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、蓄電池の電力の逆潮流およびダブル発電を確実に防止する蓄電池システムの提供を目的とする。

本発明における蓄電池システムは、商用電力系統に接続される交流入力端子と、発電系統に接続される直流入力端子と、直流負荷に接続される直流出力端子と、蓄電池と、蓄電池と直流出力端子との間に設けられた第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、交流入力端子と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられたＡＣ−ＤＣコンバータと、直流入力端子と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられた第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、交流入力端子とＡＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられた交流加算器と、直流入力端子６と交流加算器との間に設けられたＤＣ−ＡＣインバータと、交流入力端子と交流加算器との間に介挿された第１のスイッチと、直流入力端子とＤＣ−ＡＣインバータの間に介挿された第２のスイッチと、直流入力端子と第２のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に介挿された第３のスイッチと、蓄電池と第１のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に介挿された第４のスイッチと、ＤＣ−ＡＣインバータと交流加算器との間に介挿された第５のスイッチと、ＡＣ−ＤＣコンバータと第１のＤＣ−ＤＣコンバータの間に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータの方向に電流を流すように介挿された第１の整流素子と、第２のＤＣ−ＤＣコンバータと第１のＤＣ−ＤＣコンバータの間に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータの方向に電流を流すように介挿された第２の整流素子と、第１から第５のスイッチのオン、オフを制御するコントロール部と、を備え、コントロール部は、発電系統の電力を商用電力系統に逆潮流させる場合は、第１、第２および第５のスイッチをオンし、かつ第３、第４のスイッチをオフする。

本発明に係る蓄電池システムは、第１から第５のスイッチのオン、オフを制御することにより、太陽光発電システムが商用電力系統へ逆潮流している時は、蓄電池の放電ができないように制御を行うことが可能である。これにより、ダブル発電の防止を確実に実施可能となる。

実施の形態１に係る蓄電池システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る蓄電池システムの第１から第５のスイッチのオン、オフの組み合わせを示す図である。 実施の形態１に係る蓄電池システムの売電時の構成を示す図である。 実施の形態１に係る蓄電池システムの買電時の構成を示す図である。 実施の形態１に係る蓄電池システムの自立運転時の構成を示す図である。 実施の形態２に係る蓄電池システムの直流負荷の構成を示す図である。 実施の形態３に係る蓄電池システムの直流負荷の構成を示す図である。 実施の形態３に係る蓄電池システムの動作を示す図である。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本実施の形態１の蓄電池システムの構成を示す図である。図１に示すように、蓄電池システムは、商用電力系統１と、太陽光発電システム２と、パワーコンディショナ２０と、直流負荷１０とを備える。

パワーコンディショナ２０の構成について説明する。パワーコンディショナ２０は、交流入力端子５と、直流入力端子６と、直流出力端子９と、蓄電池４０とを備える。交流入力端子５は、商用電力系統１に接続される。直流入力端子６は、発電系統（即ち太陽光発電システム２）に接続される。直流出力端子９は、外部の複数のＤＣ駆動機器（即ち、第１から第ｎのＤＣ駆動機器１１，１２，１３）に接続される。

パワーコンディショナ２０はさらに、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６と、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂと、交流加算器２８と、ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａとを備える。

第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、蓄電池４０と直流出力端子９との間に設けられる。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の入力に蓄電池４０が、出力に直流出力端子９がそれぞれ接続される。ＡＣ−ＤＣコンバータ２６は、交流入力端子５と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に設けられる。ＡＣ−ＤＣコンバータ２６の入力に交流入力端子５が、出力に第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０がそれぞれ接続される。第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂは、直流入力端子６と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に設けられる。第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂの入力に直流入力端子６が、出力に第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０がそれぞれ接続される。交流加算器２８は、交流入力端子５とＡＣ−ＤＣコンバータ２６との間に配置される。ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａは、直流入力端子６と交流加算器２８との間に設けられる。ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａの入力に直流入力端子６が、出力に交流加算器２８がそれぞれ接続される。

パワーコンディショナ２０はさらに、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５を備える。第１のスイッチ２１は、交流入力端子５と交流加算器２８との間に介挿される。第２のスイッチ２２は、直流入力端子６とＤＣ−ＡＣインバータ２４ａとの間に介挿される。第３のスイッチ２３は、直流入力端子６と第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂとの間に介挿される。第４のスイッチ３０は、蓄電池４０と第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に介挿される。第５のスイッチ２５は、ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａと交流加算器２８との間に配置される。

パワーコンディショナ２０はさらに、第１、第２の整流素子２７ａ，２７ｂを備える。第１の整流素子２７ａは、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６と第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に介挿される。ここで、第１の整流素子２７ａは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の方向に電流を流すように介挿される。第２の整流素子２７ｂは、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂと第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に介挿される。ここで、第２の整流素子２７ｂは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の方向に電流を流すように介挿される。

パワーコンディショナ２０はさらに、コントロール部２９を備える。コントロール部２９は、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５のオン、オフを制御する。また、コントロール部２９は、ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａと第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂとを備える電力変換部２４を制御する。

パワーコンディショナ２０はさらに、電流電圧検出部３１を備える。電流電圧検出部３１は、蓄電池４０の電流値、電圧値を検出してコントロール部２９へ伝達する。

パワーコンディショナ２０はさらに、出力電圧制御部５１を備える。出力電圧制御部５１は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０に接続され、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧に応じて第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧を制御する。

＜動作＞
図１に示すように、商用電力系統１は、パワーコンディショナ２０の直流電力出力を得るために、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６で電力変換され、整流素子２７ａを介して直流系統３２に直流電力給電される。直流系統３２で設定される電圧は、蓄電池４０を充電するための設定電圧である。コントロール部２９は、電流電圧検出部３１で得られた電流値、電圧値に基づいて、蓄電池４０の充放電電圧および電流を制御する。

太陽光発電システム２から直流入力端子６に供給された直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａで交流電力へ変換され、商用電力系統１へ売電される電力として、交流加算器２８へ供電される。

第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂは、蓄電池４０の充放電電圧に見合った電圧を出力するようにコントロール部２９でコントロールされる。第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂの出力電力は、整流素子２７ｂを介して直流系統３２へ給電される。

２４ａのＤＣ−ＡＣインバータ２４ａおよび第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂは、第２、第３のスイッチ２２，２３および第５のスイッチ２５で切り替えられる。

直流系統３２は、２６のＡＣ−ＤＣコンバータ２６および第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂで変換された直流電圧が合成された直流電力である。直流系統３２へ給電された直流電力は、蓄電池４０の入出力電圧に設定された直流電力である。この直流電力は、第４のスイッチ３０を介して蓄電池４０を充電すると同時に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０および出力電圧制御部５１の動作により直流負荷１０に適した直流電圧へ変換される。

本実施の形態１におけるパワーコンディショナ２０は、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５のオン、オフを制御することによって、蓄電池４０の逆潮流およびダブル発電を確実に防止する。

図２は、売電時、買電時、自立運転時のそれぞれの場合における、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５のオン、オフの組み合わせを示す図である。図２において、スイッチＡ（即ち第３、第４のスイッチ２３，３０）がオンの時は、スイッチＢ（即ち第２、第５のスイッチ２２，２５）はオフであり、その逆も成り立つ。また、スイッチＣ（即ち第１のスイッチ２１）がオフの時は、スイッチＡ（即ち第３、第４のスイッチ２３，３０）が自動的にオンになる。

図３は、本実施の形態１におえる蓄電池システムの売電時の構成を示す図である。売電時とは、太陽光発電システム２で発電された電力を商用電力系統１に逆潮流する場合を指す。売電時において、コントロール部２９は、第１、第２、第５のスイッチ２１，２２，２５をオンし、かつ第３、第４のスイッチ２３，３０をオフする。これにより、蓄電池４０が直流系統３２から切り離される。

図３の状態において、太陽光発電システム２の直流発電電圧は、第２のスイッチ２２を介して、ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａで交流電力に変換される。そして、交流加算器２８を介して商用電力系統１へ逆潮流（売電）される。

同時に、交流加算器２８に給電された電力は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６で直流電力へ変換され、整流素子２７ａを介して直流系統３２へ給電される。そして、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０を経由して直流負荷１０に電力供給される。すると、直流負荷１０は、ｎ個の駆動機器（即ち、第１のＤＣ駆動機器１１、第２のＤＣ駆動機器１２、第ｎのＤＣ駆動機器１３）の供給電力を取り込み、動作可能となる。

図３の状態において、第４のスイッチ３０がオフであるため、蓄電池４０の電力は、直流負荷１０と商用電力系統１へ給不可能である。従って、ダブル発電の動作とならない。

図４は、本実施の形態１における蓄電池システムの買電時の構成を示す図である。買電時とは、太陽光発電システム２で発電された電力を逆潮流しない場合でかつ、商用電力系統１の電力を直流負荷１０の駆動に利用する場合を指す。この場合は、コントロール部２９は、第１、第３、第４のスイッチ２１，２３，３０をオンし、かつ第２、第５のスイッチ２２，２５をオフする。

図４の状態において、商用電力系統１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６で直流電力へ変換され、整流素子２７ａを介して直流系統３２へ給電される。そして、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０を経由して直流負荷１０に電力供給される。

また、太陽光発電システム２の直流発電電圧は、第３のスイッチ２３を介して、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂを経由して、直流系統３２に給電される。また、同時に蓄電池４０の充放電が行われる。

図５は、本実施の形態１におえる蓄電池システムの自立運転時の構成を示す図である。自立運転時とは、太陽光発電システム２で発電された電力および蓄電池４０に充電された電力で直流負荷１０の駆動を行う場合を指す。この場合は、コントロール部２９は、第３、第４のスイッチ２３，３０をオンし、かつ第１、第２、第５のスイッチ２１，２２，２５をオフする。

図５の状態において、太陽光発電システム２の直流発電電圧は、第３のスイッチ２３を介して、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂを経由して、直流系統３２に給電される。また、同時に蓄電池４０の充放電が行われる。

以上で述べたように、本実施の形態１におけるパワーコンディショナ２０は、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５のオン、オフを制御することにより、太陽光発電システム２の発電電力が商用電力系統１へ逆潮流している時は、蓄電池４０が放電を行わないように制御を行うことが可能である。これにより、ダブル発電の防止を確実に実施可能となる。

また、直流系統３２は、蓄電池４０の充放電電圧に適した条件（電流・電圧制御）を保つことが可能である。また、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧を出力電圧制御部５１で制御することにより、直流負荷１０に適した直流電圧で直流電力を給電可能となる。

なお、本実施の形態１では、発電システムとして、太陽光発電システム２を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、太陽光発電システム２を、風力発電システム、タービンエンジンを用いた発電システムの様な交流発電システムに置き換えてもよい。発電システムを総称して小規模発電システムと称す。

なお、本実施の形態１では、図１において、第１、第２の整流素子２７ａ，２７ｂをダイオードとして記載しているが、例えば、トランジスタやＦＥＴなど、一方向へ電力が流れる電子部品および機械的部品に置き換えてもよい。

なお、本実施の形態１では、蓄電池４０を用いているが、これを、例えばスーパーキャパシタなどの大容量のキャパシタを持つ機器に置き換えても動作上同等の効果が得られる。

＜効果＞
本実施の形態１における蓄電池システムは、商用電力系統１に接続される交流入力端子５と、発電系統（即ち太陽光発電システム２）に接続される直流入力端子６と、直流負荷１０に接続される直流出力端子９と、蓄電池４０と、蓄電池４０と直流出力端子９との間に設けられた第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０と、交流入力端子５と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に設けられたＡＣ−ＤＣ２６コンバータと、直流入力端子６と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に設けられた第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂと、交流入力端子５とＡＣ−ＤＣコンバータ２６との間に設けられた交流加算器２８と、直流入力端子６と交流加算器２８との間に設けられたＤＣ−ＡＣインバータ２４ａと、交流入力端子５と交流加算器２８との間に介挿された第１のスイッチ２１と、直流入力端子６とＤＣ−ＡＣインバータ２４ａの間に介挿された第２のスイッチ２２と、直流入力端子６と第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂとの間に介挿された第３のスイッチ２３と、蓄電池４０と第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０との間に介挿された第４のスイッチ３０と、ＤＣ−ＡＣインバータ２４ａと交流加算器２８との間に介挿された第５のスイッチ２５と、ＡＣ−ＤＣコンバータ２６と第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の間に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の方向に電流を流すように介挿された第１の整流素子２７ａと、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ２４ｂと第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の間に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の方向に電流を流すように介挿された第２の整流素子２７ｂと、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５のオン、オフを制御するコントロール部２９と、を備える。

従って、本実施の形態１における蓄電池システムは、第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５のオン、オフを制御することにより、太陽光発電システム２が商用電力系統１へ逆潮流している時は、蓄電池４０の放電ができないように制御を行うことが可能である。これにより、ダブル発電の防止を確実に実施可能となる。

また、本実施の形態１における蓄電池システムにおいて、コントロール部２９は、発電系統（太陽光発電システム２）の電力を商用電力系統１に逆潮流させる場合は、第１、第２および第５のスイッチ２１，２２，２５をオンし、かつ第３、第４のスイッチ２３，３０をオフする。

従って、発電系統（太陽光発電システム２）の電力を商用電力系統１に逆潮流させる際に、第３、第４のスイッチ２３，３０をオフすることで、ダブル発電を確実に防止することが可能となる。

また、本実施の形態１における蓄電池システムは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０に接続され、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧に応じて第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧を制御する出力電圧制御部５１をさらに備える。

従って、直流系統３２の電力が不安定になった場合であっても、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧を出力電圧制御部５１で制御することにより、直流負荷１０に適した直流電圧で直流電力を給電可能となる。

＜実施の形態２＞
図６は、本実施の形態２における蓄電池システムの直流負荷１０Ａの構成を示す図である。本実施の形態２におけるパワーコンディショナ２０は、図１における第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０および出力電圧制御部５１を備えず、直流系統３２が直流出力端子９に接続されている構成とする。

本実施の形態２では、パワーコンディショナ２０に第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０および出力電圧制御部５１を設ける代わりに、図６に示すように、直流負荷１０Ａにおいて、各ＤＣ駆動機器（第１から第ｎのＤＣ駆動機器１１，１２，１３）の前段にＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを設ける。また、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに出力電圧制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを接続する。

＜効果＞
本実施の形態２における蓄電池システムにおいて、蓄電池４０と直流出力端子９との間に第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０を設ける代わりに、直流出力端子９よりも直流負荷１０Ａ側に複数の第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（即ちＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）を設ける。

従って、本実施の形態２では、各ＤＣ駆動機器（第１、第２、第ｎのＤＣ駆動機器１１，１２，１３）の前段に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを設け、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに出力電圧制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを接続した。これにより、直流系統３２が多少不安定になったとしても、各ＤＣ駆動機器の負荷変動に対して直流電圧が安定可能となる。また、各ＤＣ駆動機器の入力電圧（直流）を異なる直流供給電圧に設定することが可能となる。これにより、各ＤＣ駆動機器ごとに異なった適切なＤＣ電圧を設定可能となる。

＜実施の形態３＞
図７は、本実施の形態３における蓄電池システムの直流負荷１０Ｂの構成を示す図である。本実施の形態３における直流負荷１０Ｂは、図６直流負荷１０Ａにおける出力電圧制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの代わりに、ＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを備える。その他の構成は実施の形態２と同じため、説明を省略する。

本実施の形態３では、パワーコンディショナ２０が自立運転を行う場合、即ち図５のように第１から第５のスイッチ２１，２２，２３，３０，２５が切り替わっている場合を考える。自立運転時において、太陽光発電システム２が発電する発電量と、蓄電池４０が放電する時に生じる電力には限りがある。そこで、本実施の形態３では、直流出力端子９の出力電圧に応じて、直流負荷１０Ｂが消費する電力を段階的に減らす。これにより、各ＤＣ駆動機器が長時間動作可能となる。

本実施の形態３において、第１から第ｎのＤＣ駆動機器１１，１２，１３は、段階的な低消費電力モードを備える。例えば、低消費電力モードは３段階であり、必要最小限の動作を行う第１モード、省エネルギー動作を行う第２モード、通常動作を行う第３モードである。各ＤＣ駆動機器において、これらのモードは直流入力電圧に応じて自動的に切り替わるとする。

実施の形態１（図１）において、直流負荷１０に給電される電力をＷｏ、直流系統３２から蓄電池４０に充電される電力をＷｉｎとする。このとき、Ｗｉｎ＜Ｗｏ（ただし蓄電池の満充電状態を除く）の場合は、蓄電池４０の特性から蓄電池４０の出力電圧が低下する。すると、直流出力端子９の出力直流電圧の低下が生じる。各ＤＣ駆動機器は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ５０および出力電圧制御部５１の制御範囲内であれば問題なく動作可能であるが、直流出力端子９からの総給電電力量が直流負荷１０の総消費電力量を下回った場合には、ＤＣ駆動機器の中で動作不能になるものが出るか、あるいはパワーコンディショナ２０の出力停止があり得る。この場合は、蓄電池４０の過放電保護のため、蓄電池４０を直流系統３２から切り離すために、第４のスイッチ３０をオフする場合がある。

本実施の形態３では、自立運転を行う場合、直流出力端子９から給電可能な電力に限りがあるため、直流負荷１０Ｂの総消費電力量を減らす必要がある。図８に、本実施の形態３における蓄電池システムの動作の一例を示す。ＤＣ駆動機器のＤＣ入力電圧（Ｖ）は、パワーコンディショナ２０の直流出力端子９の電圧を示す。また、ＤＣ駆動機器のＤＣ消費電力（Ｗ）は、第１から第ｎのＤＣ駆動機器１１，１２，１３の各々の消費電力（Ｗ）を示す。

図８中の動作領域Ａ１は、各ＤＣ駆動機器（家電製品や情報機器）が第１モードで動作するために必要な電力を示す。図８中の動作領域Ａ２は、各ＤＣ駆動機器が第２モードで動作するために必要な電力を示す。図８中の動作領域Ａ３は、各ＤＣ駆動機器が第３モードで動作するために必要な電力を示す。

本実施の形態３（図５）において、直流負荷１０Ｂに給電される電力をＷｏ（直流出力端子９の出力電力）、直流系統３２から蓄電池４０に充電される電力をＷｉｎとする。Ｗｉｎ＞ＷｏあるいはＷｉｎ＝Ｗｏの場合、直流負荷１０Ｂへ十分な電力Ｗｏが直流系統３２から供給されるため、直流負荷１０Ｂに含まれるすべてのＤＣ駆動機器が第３モードで動作可能である。この状態は図８中の動作領域Ａ３に相当する。

Ｗｉｎ＜Ｗｏ（ただし蓄電池４０の満充電状態を除く）の場合は、蓄電池４０の特性から、蓄電池４０の出力電圧が低下する。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのそれぞれで変換される電圧と供給電力が、直流負荷１０Ｂの第１から第ｎのＤＣ駆動機器１１，１２，１３の消費電力に対して十分な場合、各ＤＣ駆動機器は、図８の動作領域Ａ３で第３モードで動作を行う。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃからの供給電力が減少する場合は、直流負荷１０Ｂの動作を保持する為に、各ＤＣ駆動機器の消費電力を下げる、即ち、各ＤＣ駆動機器の動作モードを切り替える必要が生じる。この場合、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、各ＤＣ電圧検出部１７ａ、１７ｂ、１７ｃで検出された電圧を参照して、各々のＤＣ駆動機器が、第３モードから第２モード（図８の動作領域Ａ２）あるいは第１モード（図８の動作領域Ａ１）へ移行して動作可能なＤＣ電圧を保持する様に動作する。

図８の点ａ〜ｆは、図７のＤＣ電圧検出部１７ａ、１７ｂ、１７ｃで検出される電圧を示すものとする。ＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ、１７ｃで検出される電圧を０Ｖから徐々に上げた場合、図８中の点ｂにおいて、各ＤＣ駆動機器は、第１モードで動作を始める（図８中の動作領域Ａ１）。また、各ＤＣ駆動機器が第１モードで動作を行っている状態において、ＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ、１７ｃで検出される電圧が徐々に減少した場合、点ａにおいて、各ＤＣ駆動機器は動作を停止する。図８において、ＤＣ駆動機器の動作電圧（点ｂ）と停止電圧（点ａ）とが異なるのは、動作と停止を繰り返すチャタリングと呼ばれる動作を防止する為である。

同様に、図７のＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ、１７ｃで検出される電圧を点ｂの電圧から徐々に上げた場合、図８中の点ｄにおいて、各ＤＣ駆動機器は、第１モードから第２モードに切り替わる。また、各ＤＣ駆動機器が第２モードで動作を行っている状態において、図７のＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ、１７ｃで検出される電圧を徐々に下げた場合、図８中の点ｃにおいて、各ＤＣ駆動機器は第１モードに切り替わる。

同様に、図７のＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ、１７ｃで検出される電圧を点ｄの電圧から徐々に上げた場合、図８中の点ｆにおいて、各ＤＣ駆動機器は、第２モードから第３モードに切り替わる。また、各ＤＣ駆動機器が第３モードで動作を行っている状態において、図７のＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ、１７ｃで検出される電圧を徐々に下げた場合、図８中の点ｅにおいて、各ＤＣ駆動機器は第２モードに切り替わる。

以上で述べたように、より低い消費電力のモードからより高い消費電力のモードに移行する場合と、より高い消費電力のモードからより低い消費電力のモードに移行する場合とで、異なる経路をたどるようにヒステリシスを設ける。

＜効果＞
本実施の形態３における蓄電池システムは、複数の第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）のそれぞれに接続され、第１のＤＣ−ＤＣコンバータへの入力電圧を検出して前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する複数のＤＣ電圧検出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃをさらに備え、第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じて直流負荷１０Ｂの消費電力が段階的に切り替わる。

本実施の形態３の蓄電池システムによれば、蓄電池システムが自立運転を行っている状態において、直流出力端子９の電圧に応じて、ＤＣ駆動機器（家電製品や情報機器）の動作モードを切り替えることにより、ＤＣ駆動機器を従来よりも長時間動作させることが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 商用電力系統、２ 太陽光発電システム、５ 交流入力端子、６ 直流入力端子、９ 直流出力端子、１０，１０Ａ，１０Ｂ 直流負荷、１１ 第１のＤＣ駆動機器、１２ 第２のＤＣ駆動機器、１３ 第ｎのＤＣ駆動機器、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 出力電圧制御部、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ ＤＣ電圧検出部、２０ パワーコンディショナ、２１ 第１のスイッチ、２２ 第２のスイッチ、２３ 第３のスイッチ、２４ 電力変換部、２４ａ ＤＣ−ＡＣインバータ、２４ｂ 第２のＤＣ−ＤＣコンバータ、２５ 第５のスイッチ、２６ ＡＣ−ＤＣコンバータ、２７ａ 第１の整流素子、２７ｂ 第２の整流素子、２８ 交流加算器、２９ コントロール部、３０ 第４のスイッチ、３１ 電流電圧検出部、３２ 直流系統、４０ 蓄電池、５０ 第１のＤＣ−ＤＣコンバータ、５１ 出力電圧制御部。

Claims (4)

1. 商用電力系統に接続される交流入力端子と、
   発電系統に接続される直流入力端子と、
   直流負荷に接続される直流出力端子と、
   蓄電池と、
   前記蓄電池と前記直流出力端子との間に設けられた第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記交流入力端子と、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられたＡＣ−ＤＣコンバータと、
   前記直流入力端子と、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられた第２のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記交流入力端子と前記ＡＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられた交流加算器と、
   前記直流入力端子と前記交流加算器との間に設けられたＤＣ−ＡＣインバータと、
   前記交流入力端子と前記交流加算器との間に介挿された第１のスイッチと、
   前記直流入力端子と前記ＤＣ−ＡＣインバータの間に介挿された第２のスイッチと、
   前記直流入力端子と前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に介挿された第３のスイッチと、
   前記蓄電池と前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータとの間に介挿された第４のスイッチと、
   前記ＤＣ−ＡＣインバータと前記交流加算器との間に介挿された第５のスイッチと、
   前記ＡＣ−ＤＣコンバータと前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの間に、当該第１のＤＣ−ＤＣコンバータの方向に電流を流すように介挿された第１の整流素子と、
   前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータと前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの間に、当該第１のＤＣ−ＤＣコンバータの方向に電流を流すように介挿された第２の整流素子と、
   前記第１から第５のスイッチのオン、オフを制御するコントロール部と、
   を備え、
   前記コントロール部は、前記発電系統の電力を前記商用電力系統に逆潮流させる場合は、前記第１、第２および第５のスイッチをオンし、かつ前記第３、第４のスイッチをオフする、
   蓄電池システム。
2. 前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、当該第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じて当該第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する出力電圧制御部をさらに備える、
   請求項１に記載の蓄電池システム。
3. 前記蓄電池と前記直流出力端子との間に第１のＤＣ−ＤＣコンバータを設ける代わりに、前記直流出力端子よりも前記直流負荷側に複数の前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータを設ける、
   請求項１または請求項２に記載の蓄電池システム。
4. 複数の前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータのそれぞれに接続され、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータへの入力電圧を検出して前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する複数のＤＣ電圧検出部をさらに備え、
   前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じて前記直流負荷の消費電力が段階的に切り替わる、
   請求項３に記載の蓄電池システム。

Images