JP6418239B2 - 電力供給装置および電力供給方法 - Google Patents

Description

本開示は、外部電力系統と電池モジュールの出力電力とを利用することが可能な電力供給装置および電力供給方法に関する。

外部電力系統（商用電源、グリッド等と称される）の電力供給量が事故等によって減少したり、電力需要量が季節的に増加したりすると、電力供給量に対して電力需要量が大きくなり、突発的な停電のおそれが生じることがある。それ以外にも、集中豪雨、落雷などの災害により停電になることが想定される。

従来では、コンピュータや周辺機器に対して停電等の電力障害が発生した時に、電力を供給する無停電電源装置(Uninterruptable Power Supply:以下、ＵＰＳと適宜称する）を用いることが知られている。しかしながら、従来のＵＰＳは、短時間の停電に対して有効であり、コンピュータ、周辺機器に対して一時的に電力を供給する程度のものであった。したがって、大規模で、且つ長時間の停電の発生時に家庭内の電力を供給するのには不十分であった。さらに、ＵＰＳは、停電時に動作するもので、例えば家庭における外部電力系統の使用量を低減する用途には使用できない問題があった。

最近では、より大きな容量の家庭用の蓄電装置が実用化されている。家庭用の蓄電装置を活用することによって、停電時の電力供給を確保し、外部電力系統の電力需要量、電力使用量を削減することが可能である。例えば外部電力系統からの交流電力の供給を減少させ、不足する電力を蓄電装置によって補うことが考えられる（下記の特許文献１参照）。さらに、家庭内の電力需要が増加し、電力供給事業者との間の契約している契約電力を超え、ブレーカーが作動して電力が遮断されるおそれが生じる。そのような場合に、蓄電装置の出力電力を供給することによって、契約電力を超えるような事態を回避することができる。

電池モジュールの直流出力を交流電源に変換するために、通常、ＤＣ−ＡＣインバータが使用される。ＵＰＳの場合、ＵＰＳに接続することができる負荷（機器）の最大値が定格容量として規定されている。さらに、ＵＰＳが備える電池モジュールの容量（Ｖ／Ａｈ）が規定されている。例えばＤＣ１２Ｖ／７．２Ａｈの表記は、ＤＣ１２Ｖ／７．２Ａを１時間流し続けることを表している。

過負荷に対しては、保護が働くようになされる。過負荷は、負荷率が１００％を超えることである。負荷率とは、ＵＰＳの定格出力容量に対する負荷容量の比率のことである。通常の動作は、負荷率が１００％以下の範囲の動作である。停電時のバックアップ時間は、負荷率が低いほど長いものとできる。一般的に、予想される負荷を考慮してＵＰＳの定格容量が設定されている。しかしながら、最近の家庭においては、電磁調理器等の大消費電力機器の使用の可能性が増加しており、過負荷が発生する可能性が増えている。

過負荷に対する保護動作の一例としてバイパス回路を使用するものがある。バイパス回路は、ＵＰＳ系統の代わりに系統交流電力を負荷に直送するために設けられている。過負荷に対する保護に加えて、バイパス回路は、メンテナンス時にも使用される。

ＵＰＳに備えられている電池モジュールには、過大な放電電流によってバッテリがダメージを受けることを防止するために、放電電流を遮断するための半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor)が接続されている。さらに、過大な放電電流が流れる場合には、ヒューズが溶断するような構成とされている。

特開２０１３−２３３０７０号公報

従来のＵＰＳ等では、ＤＣ−ＡＣインバータの過負荷耐量、瞬時過負荷耐量を考慮して過負荷保護対策を行うようにしている。しかしながら、電池モジュールの過電流保護についての考慮がされていないことに起因して、瞬停が発生してしまう問題があった。

したがって、本開示の目的は、電池モジュールの過電流保護を考慮して過負荷保護を行うことによって、瞬停の生じるおそれを低くすることができる電力供給装置および電力供給方法を提供することにある。

本開示は、負荷電流が所定値より大きい過負荷状態で短時間、出力を発生した後に負荷との接続が切り離される過電流保護機能を有する蓄電モジュールと、
短時間所定の負荷電流を供給可能な瞬時過負荷耐量が設定され、蓄電モジュールの出力を交流電力へ変換するＤＣ−ＡＣインバータと、
交流電力を直送するバイパス回路と、
負荷電力とモード切り換えのしきい値の比較によって、ＤＣ−ＡＣインバータの出力を負荷に供給する放電モードとバイパス回路の出力を負荷に供給するバイパスモードとを切り換えるコントローラとを備え、
モード切り換えのしきい値は、蓄電モジュールが過負荷状態で、且つＤＣ−ＡＣインバータの瞬時過負荷耐量以下の条件でモード切り換えが行われるように設定された電力供給装置である。

本開示は、負荷電流が所定値より大きい過負荷状態で短時間、出力を発生した後に負荷との接続が切り離される過電流保護機能を有する蓄電モジュールと、短時間所定の負荷電流を供給可能な瞬時過負荷耐量が設定され、蓄電モジュールの出力を交流電力へ変換するＤＣ−ＡＣインバータと、交流電力を直送するバイパス回路と、負荷電力とモード切り換えのしきい値の比較によって、ＤＣ−ＡＣインバータの出力を負荷に供給する放電モードとバイパス回路の出力を負荷に供給するバイパスモードとを切り換えるコントローラとを備える電力供給装置による電力供給方法において、
モード切り換えのしきい値は、蓄電モジュールが過負荷状態で、且つＤＣ−ＡＣインバータの瞬時過負荷耐量以下の条件でモード切り換えが行われるように設定される電力供給方法である。

少なくとも一つの実施形態によれば、蓄電モジュールの出力が可能な状態でバイパスモードへの切り換えがなされるので、切り換え時に電力供給が断たれることによる瞬停を防止することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であっても良い。

本開示による電力供給装置の一実施の形態のブロック図である。 本開示の一実施の形態の第１の動作モードの説明に使用するブロック図である。 本開示の一実施の形態の第２の動作モードの説明に使用するブロック図である。 本開示の一実施の形態の第３の動作モードの説明に使用するブロック図である。 本開示の一実施の形態の第４の動作モードの説明に使用するブロック図である。 本開示の一実施の形態の第５の動作モードの説明に使用するブロック図である。 本開示の一実施の形態の動作説明に使用するフローチャートである。 本開示の一実施の形態の過負荷保護動作の説明に使用するグラフである。 本開示の一実施の形態の過負荷保護動作の説明に使用するグラフである。 本開示の電力供給装置の応用例のブロック図である。

以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
本開示の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
＜１．一実施の形態＞
＜２．応用例＞
＜３．変形例＞

＜１．一実施の形態＞
「電力供給装置の構成」
図１を参照して本開示による電力供給装置（電源システム）について説明する。電力供給者の発電所にて発電した電力が図示しない送電網、配電網を介して家庭の電力量計に供給され、電力量計から図１における外部電力系統（商用電力）入力端子１に交流電力が供給される。なお、家庭における電力制御について説明するが、家庭に限らず、複数の家（コミュニティー）、ビル、工場等の電力供給の面で区画されたエリアであれば、本開示を適用することができる。

一般的に、屋外の配電線から引き込み線を通じて建物内に電力線が導入され、電力線が電力メータに接続される。電力メータの出力側に分電盤が接続される。分電盤からの屋内配線に対して電気機器が接続される。例えば本開示による電力供給装置は、電力メータと分電盤との間に設けられる。一般的な住宅の場合、単相３線式であり、中央の中性線と２本の電圧線の３本の電線を使用する。中性線と一方の電圧線を利用して１００Ｖの電圧を利用でき、２つの電圧線を利用して２００Ｖの電圧を利用できる。なお、本開示は、２線式に対しても適用できる。

商用電力がスイッチＳＷ１およびＳＷ２を介して交流電力供給端子２に供給される。スイッチＳＷ１が分電盤のブレーカの場合もある。交流電力供給端子２に対して屋内電力網が接続される。例えば図示しないが、交流電力が配電盤（分電盤を含む）に供給され、配電盤から導出された電力線およびコンセントを通じて電子機器群の各電子機器に対して電力が供給される。通常、一つのコンセントに接続される電子機器の最大電力が１５００Ｗと規定されている。電子機器群の例は、空調装置、冷蔵庫、照明器具、洗濯機、テレビジョン受信機等である。

商用電力がスイッチＳＷ１を介してＡＣ−ＤＣコンバータ３に供給される。ＡＣ−ＤＣコンバータ３は、商用電力から直流電力を形成する。ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力直流電力がＤＣ−ＡＣインバータ４に供給される。ＤＣ−ＡＣインバータ４は、商用電力と同様のレベル、位相および周波数の交流電力を形成する。ＤＣ−ＡＣインバータ４の出力交流電力がスイッチＳＷ３を介して交流電力供給端子２に取り出される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、コントロール信号によってオン／オフが制御されるものである。

ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力側とＤＣ−ＡＣインバータ４の入力側との間に充電回路５を介して蓄電装置例えば電池モジュール６が接続される。電池モジュール６として、例えば８本の円筒状リチウムイオン二次電池を並列接続して電池ブロックを構成し、１６個の電池ブロックを直列接続して共通のケース内に収納した構成を使用することができる。電池モジュール６に限らず、電気二重層、大容量キャパシタ等からなる蓄電装置を使用しても良い。ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力直流電力が充電回路５を通じて電池モジュール６を充電する。なお、電池モジュール６として、定置型に限らず、電動車両で使用されるものでも良い。

電池モジュール６の出力直流電力が放電回路としての昇圧回路７を介してＤＣ−ＡＣインバータ４に供給される。昇圧回路７は、電池モジュール６の出力直流電圧を昇圧するものである。昇圧回路７によって、より高い電圧をＤＣ−ＡＣインバータ４に入力することができ、ＤＣ−ＡＣ変換の効率を向上させることができる。昇圧回路７としては、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを使用することができる。なお、昇圧回路７を設けることは、必須ではなく、電池モジュール６の放電路を設ければ良い。

電源システムを制御するためのコントローラ８が設けられている。コントローラ８は、主として電池モジュール６の充放電を制御するためのＢＭＵ（バッテリマネージメントユニット）９と、負荷側の情報を受け取り、動作モード切り換えのためのコントロール信号を生成するＥＭＵ（エネルギーマネージメントユニット）１０とを有する。ＢＭＵ９とＥＭＵ１０のそれぞれには、マイクロコントロールユニットが含まれ、ＢＭＵ９とＥＭＵ１０の間で通信がなされる。

ＢＭＵ９は、電池モジュール６の状態（残容量、電池電圧、電池温度等）を監視し、適切な充放電動作が行われるように、充電回路５および昇圧回路７を制御する。ＢＭＵ９が取得した電池モジュール６の残容量の情報は、ＥＭＵ１０に伝送され、ＥＭＵ１０の動作モードの切り換えに使用される。ＥＭＵ１０がスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を制御し、ＡＣ−ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータ４を制御する。なお、これらの回路に対する制御は、例えば回路の動作電源のオン／オフによってなされる。

ＥＭＵ１０に対しては、ピークシフト指令が供給される。ピークシフト指令は、屋内における消費電力の合計電力（負荷電力）が比較的高くなる時間帯において自動的に発生する。ユーザの設定した時間帯においてピークシフト指令が発生するようにしても良い。さらに、屋内電力を監視するモニタリング部を設け、屋内電力が所定電力を超えそうとなるとピークシフト指令を発生するようにしても良い。一例として、事業者と契約している契約電力を屋内電力が超えるおそれが発生すると、ピークシフト指令が発生する。さらに、電力事業会社が発生する電力制限指令に応じてピークシフト指令を発生することも可能である。なお、本例では、ＢＭＵ９およびＥＭＵ１０が別々の構成として記載されているが、これらを一つのマイクロコンピュータ等で実現し、一体化しても良い。

「動作モード」
本開示においては、コントローラ８の制御によって、下記の動作モード（運転モード）が可能とされている。
第１の動作モード：図２に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータ４を通って形成される商用電力ＡＣ１のみが負荷に供給されると共に、ＡＣ−ＤＣコンバータ３が出力する直流電源ＤＣ１によって電池モジュール６が充電される。スイッチＳＷ１およびＳＷ３がオンとされ、スイッチＳＷ２がオフとされる。なお、スイッチＳＷ２を含む経路は、バイパス回路（バイパス系統）である。定格の範囲内の動作時には、スイッチＳＷ２がオフのままである。さらに、充電回路５がオンとされ、昇圧回路７がオフとされる。このような第１の動作モードのことを充電優先モードと呼ぶ。

第２の動作モード：図３に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータ４を通って形成される商用電力ＡＣ１と、電池モジュール６の出力を昇圧し、ＤＣ−ＡＣインバータ４によって形成する交流電力ＡＣ２とを混合する。混合は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力側において、直流信号によってなされる。スイッチＳＷ１およびＳＷ３がオンとされ、スイッチＳＷ２がオフとされる。さらに、充電回路５がオフとされ、昇圧回路７がオンとされる。このような第２の動作モードのことを放電優先混合モードと呼ぶ。

第３の動作モード：図４に示すように、電池モジュール６の出力のみを使用する。電池モジュール６の出力を昇圧し、ＤＣ−ＡＣインバータ４によって形成する交流電力ＡＣ２を交流電源出力とする。ＵＰＳと同様の動作を行うもので、停電時等に有効な動作モードである。停電時に限らず、夜間電力のような比較的安価な電力によって電池モジュール６を充電する場合にも、放電指令に応じて第３の動作モードの運転がなされる場合がある。スイッチＳＷ１およびＳＷ３がオンとされ、スイッチＳＷ２がオフとされる。さらに、ＡＣ−ＤＣコンバータ３および充電回路５がオフとされ、ＤＣ−ＡＣインバータ４および昇圧回路７がオンとされる。このような第３の動作モードを放電優先モードと呼ぶ。

第４の動作モード：図５に示すように、充電優先モードと、放電優先混合モードとが負荷電力に応じて両方存在する動作モードである。すなわち、予めしきい値電力が設定される。負荷電力がしきい値電力より少ない場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータ４を通って形成される商用電力ＡＣ１のみが負荷に供給されると共に、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の直流電源ＤＣ１によって電池モジュール６が充電される。負荷電力がしきい値電力以上の場合には、商用電力ＡＣ１と、電池モジュール６の出力を昇圧し、ＤＣ−ＡＣインバータ４によって形成する交流電力ＡＣ２とを混合する。混合は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の出力側において、直流信号によってなされる。スイッチＳＷ１およびＳＷ３がオンとされ、スイッチＳＷ２がオフとされる。さらに、充電優先モードでは、充電回路５がオンとされ、昇圧回路７がオフとされる。放電優先混合モードでは、充電回路５がオフとされ、昇圧回路７がオンとされる。このような第４の動作モードをピークシフトモードと呼ぶ。

第５の動作モード：図６に示すように、入力商用電力ＡＣ０をそのまま交流電力供給端子２に取り出す動作モードである。スイッチＳＷ１およびＳＷ２がオンとされ、スイッチＳＷ３がオフとされる。各回路の動作状態は、オンとされている。このような第５の動作モードをバイパスモードと呼ぶ。何らかの異常が検出されると、自動的にバイパスモードに切り替わる。そして、異常が解消されると、元の動作モードに自動的に復帰する。

バイパスモードの変形として、電池モジュールの交換、ファンの点検等の保守のための保守バイパスモードが可能とされている。保守バイパスモードは、ＡＣ−ＤＣコンバータ３、ＤＣ−ＡＣインバータ４、充電回路５、昇圧回路７等の各部の電源をオフとして、入力商用電力ＡＣ０をそのまま交流電力供給端子２に取り出す動作モードである。

「コントローラの制御」
上述の動作モードは、電池モジュール６の残量に応じてコントローラ８によって選択される。一例として上述した放電優先モードからバイパスモードに切り換える場合の処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳＴ１：負荷電力値が判定される。負荷電力値Ｐ＝０であれば、休止状態（ステップＳＴ２）となる。
ステップＳＴ３：電池残量が適正範囲かどうかが調べられる。電池電圧Ｖが設定された最小値Ｖmin と最大値Ｖmax の間の値の場合は、適正と判定される。残量は、ＳＯＣ(State Of Charge)によって判定しても良い。
ステップＳＴ４：ステップＳＴ３において、Ｖ＞Ｖmax の場合には、適正範囲か否かを検出回路の検出結果を参照して確認し、電池残量が適正範囲外にあればステップＳＴ５
（充放電停止）に移行する。適正範囲の場合には、処理がステップＳＴ１に戻る。
ステップＳＴ５：ステップＳＴ４において、電池残量が適正範囲でないと判定されると、電池モジュール６の充放電が停止される。

ステップＳＴ６：ＡＣ−ＤＣコンバータ３およびＤＣ−ＡＣインバータ４が起動される。
ステップＳＴ７：電池モジュール６から電力を供給するか否かが判定される。電力供給を行わない場合、処理がステップＳＴ５（充放電の停止）に移る。
ステップＳＴ８：電池モジュール６から電力を供給すると判定されると、電池モジュール６から負荷に対して電力が供給される。

ステップＳＴ９：負荷電力値がしきい値ＴＨ１より大か否かが判定される。すなわち、過負荷か否かが判定される。負荷電力値がしきい値ＴＨ１以下の場合には、ステップＳＴ７（電池モジュール６から電力を供給するか否かの判定）に処理が戻り、電力供給が継続する。
ステップＳＴ１０：ステップＳＴ９において、負荷電力値がしきい値ＴＨ１より大と判定されると、バイパス回路（バイパスモード）へ切り換えられる。
ステップＳＴ１１：バイパス回路（スイッチＳＷ２）を通じて商用電力が負荷に対して供給される。

ステップＳＴ１２：負荷電力値がしきい値ＴＨ２以下か否かが判定される。すなわち、過負荷でない定格動作の範囲内か否かが判定される。負荷電力値がしきい値ＴＨ２より大の場合には、ステップＳＴ１１（商用電力を供給）に処理が戻る。
ステップＳＴ１３：ステップＳＴ１２において、負荷電力値がしきい値ＴＨ２以下と判定されると、電池モジュール６の残量が適正範囲か否かが判定される。残量が適正範囲内の場合、ステップＳＴ１５において元の動作モード（運転モード）に切り換えた後にステップＳＴ８（負荷電力の供給）に処理が戻る。
ステップＳＴ１４：ステップＳＴ１３において、電池モジュール６の残量が適正範囲でないと判定されると、休止する。

上述したしきい値ＴＨ１は、放電優先モードからバイパスモードへの切り換えを行う場合の判定のしきい値であり、しきい値ＴＨ２は、バイパスモードから放電優先モードへ復帰する場合の判定のしきい値である。通常、しきい値ＴＨ１＞ＴＨ２とされている。

図８を参照して電池モジュール６の出力特性の一例について説明する。図８の縦軸が時間（秒）であり、横軸が負荷電流（放電電流）である。負荷電流の単位は、Ｃである。１Ｃとは、公称容量値のセルを定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値のことである。例えば２Ａｈの公称容量値のセルの場合、１Ｃ＝２Ａである。

一般的なリチウムイオン二次電池をセルとして使用する電池モジュール６の場合、２Ｃ程度までの負荷電流は、通常出力の領域である。２Ｃ〜３Ｃの範囲は、大電力出力の領域である。３Ｃを超える負荷電流は、過負荷領域である。過負荷領域において、電池モジュール６が数秒（例えば２〜３秒）間、負荷電流を出力できる。さらに、４Ｃを超えてほぼ５Ｃまでの領域は、瞬間値最大出力の領域であり、出力できる時間が１秒以下となる。そして、負荷電流が５Ｃとなると、過電流保護が働き、保護用のＦＥＴがオフして負荷との接続が切り離される。この過電流保護によって、電池の過負荷による異常加熱を防止することができる。さらに、大きな負荷電流が流れるような異常状態では、ヒューズが遮断する。したがって、図８に示す特性の電池モジュール６を使用した場合、５Ｃより低い負荷電流であれば、短時間の出力が可能である。

図９を参照して過負荷時の保護について説明する。図９の縦軸が時間（秒）であり、横軸が負荷率である。上述したように、負荷率とは、定格出力容量に対する負荷容量の比率のことである。定格範囲内の動作は、負荷率が１００％以下の範囲の動作である。例えば定格出力が３．５ｋＷのＤＣ−ＡＣインバータ４が使用されている。ＤＣ−ＡＣインバータ４の瞬時過負荷耐量が例えば６ｋＷ（負荷率＝１７０％）とされている。

電池モジュール６は、負荷電流が３Ｃ以上で過負荷領域となり、過負荷領域ではコントローラ８（ＢＭＵ９）の過電流保護が働いて例えば２秒間で接続が遮断される。さらに、負荷電流が４Ｃ以上で瞬間値最大出力の領域となり、保護用のＦＥＴによって遮断されるまで、１秒以下例えば０．５秒程度出力を供給することが可能とされている。すなわち、瞬間値最大出力の領域においても、０．５秒程度の間は、電池モジュール６が出力可能である。

電池モジュール６の過電流保護を考慮しないで、ＤＣ−ＡＣインバータ４の過負荷保護を考えれば、電池モジュール６が出力する放電優先モードからバイパスモードへの切替のしきい値を６ｋＷに設定すれば良い。電池モジュール６の過負荷保護（ＦＥＴ遮断）を考慮した場合には、図９で破線で示すように、例えば負荷率が１４２％（＝５ｋＷ）にモード切り換えのしきい値が設定される。このしきい値は、過負荷となっても、電池モジュール６の出力が例えば２秒間遮断されないと共に、ＤＣ−ＡＣインバータ４の瞬時過負荷耐量より小さいので、瞬停を生じないでモード切り換えができる値である。

ここで、例えば家庭内で定格負荷から過負荷へ変化する状況について考えると、２００Ｖ電子機器の場合では、インバータを有する機器が多いので、負荷の上昇が比較的緩やかである。一方、１００Ｖ電子機器の場合には、コンセントに接続されて電源スイッチがオンとされると、急激に負荷が高くなる。コンセントの容量が一般的に１．５ｋＷとされているので、上述したように、負荷率＝１４０％にしきい値を設定した場合には、負荷が急に増えた場合に対する余裕がなく、バイパスモードへ切り替わった場合に瞬停が発生するおそれがある。

したがって、本開示の一実施の形態では、（負荷率＝１２８％＝４．５ｋＷ＝６ｋＷ−１．５ｋＷ）にモード切り換えのしきい値ＴＨ１を設定する。しきい値ＴＨ１を超える場合には、電池モジュール６によって短時間過渡的に給電を行いながらバイパスモードに移行するので、過負荷状態でＦＥＴによって出力を遮断する前まで一時的に電流供給を可能とすることできるので、急激な負荷変動を許容できる。従来では、一旦電池モジュール６の出力が過電流保護によって遮断された後に交流電力を再度出力していたのと異なり、電池モジュール６の出力の遮断が発生せず、電力供給の瞬断が生じない。このようなしきい値ＴＨ１の設定によって、急激な負荷変動が発生しても、確実に瞬停を防止することができる。

＜２．応用例＞
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１０を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３は、二次電池またはキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。蓄電装置１０３および制御装置１１０からなる電力供給装置に対して本開示を適用できる。

各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

＜３．変形例＞
以上、本開示の一実施の形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。例えば上述した一実施の形態では、通常の運転モードからバイパスモードへ切り換わるひとつのしきい値ＴＨ１が設定されている。しかしながら、ＤＣ−ＡＣインバータ４を構成する部品の過負荷耐量が低い場合には、しきい値としてより低い値を設定可能としても良い。例えば電池モジュール６が大電力出力可能な範囲のしきい値（図９における１２０％の値）も設定可能としても良い。さらに、複数のしきい値を設定可能とすると、より実用的な構成とできる。

１・・・外部交流電力（商用電力）入力端子
２・・・交流電源供給端子
３・・・ＡＣ−ＤＣコンバータ
４・・・ＤＣ−ＡＣインバータ
５・・・充電回路
６・・・電池モジュール
８・・・コントローラ
９・・・ＢＭＵ
１０・・・ＥＭＵ

Claims (4)

1. 負荷電流が所定値より大きい過負荷状態で短時間、出力を発生した後に負荷との接続が切り離される過電流保護機能を有する蓄電モジュールと、
   短時間所定の負荷電流を供給可能な瞬時過負荷耐量が設定され、前記蓄電モジュールの出力を交流電力へ変換するＤＣ−ＡＣインバータと、
   前記交流電力を直送するバイパス回路と、
   負荷電力とモード切り換えのしきい値の比較によって、前記ＤＣ−ＡＣインバータの出力を負荷に供給する放電モードと前記バイパス回路の出力を負荷に供給するバイパスモードとを切り換えるコントローラとを備え、
   前記モード切り換えのしきい値は、前記蓄電モジュールが前記過負荷状態で、且つ前記ＤＣ−ＡＣインバータの前記瞬時過負荷耐量以下の条件でモード切り換えが行われるように設定された電力供給装置。
2. 前記モード切り換えは、前記瞬時過負荷耐量に対して負荷が接続されるコンセントの許容される最大の電力を減じた条件でモード切り換えが行われるように設定された請求項１に記載の電力供給装置。
3. 負荷電流が所定値より大きい過負荷状態で短時間、出力を発生した後に負荷との接続が切り離される過電流保護機能を有する蓄電モジュールと、短時間所定の負荷電流を供給可能な瞬時過負荷耐量が設定され、前記蓄電モジュールの出力を交流電力へ変換するＤＣ−ＡＣインバータと、前記交流電力を直送するバイパス回路と、負荷電力とモード切り換えのしきい値の比較によって、前記ＤＣ−ＡＣインバータの出力を負荷に供給する放電モードと前記バイパス回路の出力を負荷に供給するバイパスモードとを切り換えるコントローラとを備える電力供給装置による電力供給方法において、
   前記モード切り換えのしきい値は、前記蓄電モジュールが前記過負荷状態で、且つ前記ＤＣ−ＡＣインバータの前記瞬時過負荷耐量以下の条件でモード切り換えが行われるように設定される電力供給方法。
4. 前記モード切り換えは、前記瞬時過負荷耐量に対して負荷が接続されるコンセントの許容される最大の電力を減じた条件でモード切り換えが行われるように設定される請求項３に記載の電力供給方法。

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