JP6423483B2 - 再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、再生可能エネルギー利用発電システム（power generation system using renewable energy）に関し、特に再生可能エネルギー利用発電システムにおける出力補償用フローバッテリのバッテリ制御回路に関する。

バッテリは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する機構であって、電流が同一方向に流れるように２つ以上の電池を連結して構成することもある。

バッテリは、放電後に再充電が不可能なバッテリと、放電後に再充電が可能なバッテリに分けられる。

近年、バッテリの大容量アプリケーションの発達につれて、スマートグリッド、風力発電、太陽光発電、潮力発電、地熱発電などの再生可能エネルギーを用いた発電システムにおいて、出力補償用ＥＳＳ（Energy Storage System）の用途に開発された亜鉛−臭素フローバッテリ（Zinc-Bromine Flow Battery）が安定性及び価格競争力を有するようになった。ここで、亜鉛−臭素フローバッテリは放電後に再充電が可能なバッテリである。

亜鉛−臭素フローバッテリは、約６〜１０回の充電及び放電が行われると完全放電（ストリップ動作）を行わなければならない。これは、蓄積される亜鉛の均衡分配のためのものである。

亜鉛−臭素フローバッテリを完全放電する際に、亜鉛−臭素フローバッテリの電圧が所定レベル未満に減少すると、亜鉛−臭素フローバッテリの充電及び放電を制御するコンバータ内のスイッチング素子のスイッチング動作だけでは亜鉛−臭素フローバッテリの完全放電を行うことができなかった。

よって、従来技術によるバッテリ制御回路においては、完全放電のために、バッテリに抵抗を接続していた。

しかし、従来技術によるバッテリ制御回路においては、抵抗を接続したバッテリを放電する際に抵抗から発熱が生じ、また、その放熱を迅速かつ効果的に行うために放熱板を設けた場合はバッテリ及びバッテリ制御回路の容積が増大するという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、再生可能エネルギー利用発電システムにおいて、フローバッテリの完全放電時に生じていた発熱を防止し、バッテリ及びバッテリ制御回路の容積の増大を防止し、バッテリの完全放電を安定して行うことのできる再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、直流電気エネルギーを充電し、又は充電された直流電気エネルギーを放電するフローバッテリと、正極及び負極を有し、前記フローバッテリに直流電気エネルギーを供給する直流電源供給部と、前記直流電源供給部と前記フローバッテリ間に接続され、前記直流電源供給部からの直流電気エネルギーを前記フローバッテリに供給する第１方向と前記フローバッテリに充電された直流電気エネルギーを接地に放電する第２方向の双方向の通電経路を形成するスイッチング素子を有する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記フローバッテリに直列に接続される第１コンデンサであって、前記フローバッテリを完全放電する際に、前記第１コンデンサの両端電圧と前記フローバッテリの両端電圧の合計電圧が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高くなるようにすることにより前記フローバッテリを完全放電する前記第１コンデンサと、前記直流電源供給部と前記第１コンデンサ間に接続され、前記第１コンデンサが充電されるように前記直流電源供給部からの直流電気エネルギーを前記第１コンデンサに供給する位置にスイッチング可能なスイッチング素子を有する第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、前記フローバッテリの充電及び放電の回数が予め設定された回数に達すると前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子が前記第２方向の通電経路を形成するように制御する制御器とを含む、本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路を提供することにより達成することができる。

本発明の好ましい一態様によれば、前記フローバッテリを完全放電する際に、前記第１コンデンサの充電電圧の方が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い。

本発明の好ましい他の態様によれば、本発明によるバッテリ制御回路は、前記第１コンデンサに並列に接続され、前記フローバッテリを充電又は放電する際に前記制御器により閉路位置（closing position）に制御されるバイパススイッチをさらに含む。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、本発明によるバッテリ制御回路は、前記バイパススイッチに並列に接続され、前記第１コンデンサに充電された直流電気エネルギーを放電する際に前記制御器により閉路位置に制御される放電スイッチをさらに含む。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記フローバッテリを完全放電する間に前記フローバッテリの両端電圧が予め設定された値になると、前記制御器は、前記第１コンデンサを充電するために前記バイパススイッチを開放位置に制御する。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記フローバッテリの完全放電のために、前記第１コンデンサの両端電圧と前記フローバッテリの両端電圧の合計電圧が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い状態を維持するように、前記制御器は、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子が前記第２方向の通電経路を形成するように制御し、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子がターンオンするように制御する。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記フローバッテリが完全放電されると、前記第１コンデンサを放電するために、前記制御器は、前記バイパススイッチがターンオフするように制御し、前記放電スイッチがターンオンするように制御する。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記第１コンデンサが放電されると、前記フローバッテリを再び充電及び放電するために、前記制御器は、前記バイパススイッチがターンオンするように制御し、前記放電スイッチがターンオフするように制御し、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子がターンオフするように制御する。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記直流電源供給部の正極側に接続され、前記フローバッテリの充電経路を形成する第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に直列に接続され、前記フローバッテリの放電経路を形成する第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続点に接続される一端及び前記フローバッテリに接続される他端を有し、直流成分を通過させ、交流成分を遮断するインダクタとを含む。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作により前記フローバッテリを充電又は放電するように構成され、前記制御器は、前記フローバッテリを充電する際には、前記第１スイッチング素子がターンオンするように制御すると共に前記第２スイッチング素子がターンオフするように制御し、前記フローバッテリを放電する際には、前記第２スイッチング素子がターンオンするように制御すると共に前記第１スイッチング素子がターンオフするように制御する。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記直流電源供給部は、直流電圧を印加する電圧源と、前記電圧源に並列に接続されて前記電圧源からの直流電圧を一定の電圧に平滑して供給する第２コンデンサとを含む。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路においては、バッテリに第１コンデンサを直列に接続し、前記第１コンデンサの両端電圧と前記バッテリの両端電圧の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い状態を維持できるので、前記バッテリの完全放電（ストリップ動作）が容易であるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路においては、前記バッテリを完全放電する間、前記第１コンデンサの充電電圧が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い状態を維持するように制御できるので、前記バッテリの完全放電が容易であるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路は、前記第１コンデンサに並列に接続され、前記バッテリを充電又は放電する際に前記制御器により閉路位置に制御されるバイパススイッチをさらに含むので、前記バッテリの充放電動作が迅速に行われるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路は、放電スイッチをさらに含むので、前記制御器により前記放電スイッチを閉路位置に制御して前記第１コンデンサに充電された電気エネルギーを放電できるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路においては、前記バッテリの両端電圧が予め設定された値になると前記制御器が前記バイパススイッチを開放位置に制御するように構成されるので、直流電源供給部からの直流電流を前記バイパススイッチ側に奪われることなく前記第１コンデンサに供給して充電できるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、前記制御器は、前記バッテリを放電する間、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子が第２方向（放電方向）の通電経路を形成するように制御し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子がターンオンするように制御することにより、前記第１コンデンサを充電するように構成されるので、前記第１コンデンサの両端電圧と前記バッテリの両端電圧の合計電圧が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い状態を維持でき、前記バッテリに充電された電気エネルギーの完全放電が可能になるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、前記制御器は、前記バッテリが完全放電されると、前記バイパススイッチがターンオフするように制御し、前記放電スイッチがターンオンするように制御するので、前記第１コンデンサを放電する際に前記バイパススイッチに大きな電流が流れて前記バイパススイッチが損傷することを防止できるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、前記制御器は、前記第１コンデンサが放電されると、前記バイパススイッチがターンオンするように制御し、前記放電スイッチがターンオフするように制御し、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子がターンオフするように制御するので、前記バッテリを再び充電及び放電するための準備を行えるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記直流電源供給部の正極側に接続され、前記バッテリの充電経路を形成する第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に直列に接続され、前記バッテリの放電経路を形成する第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続点に接続される一端及び前記バッテリに接続される他端を有し、直流成分を通過させ、交流成分を遮断するインダクタとを含むので、前記第１スイッチング素子により前記バッテリを充電し、前記第２スイッチング素子により前記バッテリを放電し、前記インダクタにより交流成分が除去された純直流成分を前記バッテリに供給することができるという効果がある。

本発明による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、前記直流電源供給部は、直流電圧を印加する電圧源と、第２コンデンサとを含むので、前記電圧源からの直流電圧を一定の電圧に平滑して供給できるという効果がある。

本発明の好ましい一実施形態による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路の制御回路部の回路構成を示す回路図である。 本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路の回路構成（第１ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を詳細に示す）を示す回路図である。 本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路における制御器によるバッテリの完全放電制御動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路について詳細に説明する。

本発明の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は添付の図面と共に後述する実施形態を参照することにより明らかになるであろう。しかし、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態で実現することができる。後述する実施形態は、本発明を開示し、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に本発明を理解させるためのものにすぎず、本発明は、特許請求の範囲により定義されるものである。本明細書全体にわたって同一の構成要素には同一の符号を付す。

図１は本発明の好ましい一実施形態による再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、バッテリ制御回路１は、制御回路部１００と、制御器８０とを含んでもよい。

制御回路部１００は、直流電源供給部１０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、フローバッテリ（以下、バッテリという）４０、第１コンデンサ５０、バイパススイッチ６０及び放電スイッチ７０を含む。

制御器８０は、制御回路部１００の全般的な動作を制御し、予め格納された処理プログラムに従って動作可能なマイクロプロセッサやマイクロコンピュータなどのコンピュータ装置で構成されてもよい。

より詳細には、制御器８０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、バイパススイッチ６０及び放電スイッチ７０のスイッチング動作を制御する。また、制御器８０は、制御回路部１００に含まれる構成部分の動作状態を検知し、当該動作状態を制御動作に反映するようにしてもよい。

直流電源供給部１０は、制御回路部１００に直流電源を供給する。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチングにより直流電源供給部１０からの直流電気エネルギーを変換する。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーをＤＣ−ＤＣ変換し、変換された直流電気エネルギーをバッテリ４０に供給することが好ましい。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、バックブーストコンバータ（Buck-Boost Converter）で構成されてもよい。前記バックブーストコンバータは、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーの電圧を昇圧又は降圧することができる。

前記バックブーストコンバータは、双方向コンバータであってもよい。すなわち、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、直流電源供給部１０からの直流電気エネルギーをバッテリ４０に供給する第１方向とバッテリ４０に充電された直流電気エネルギーを接地に放電する第２方向の双方向の通電経路を形成するスイッチング素子を有するようにしてもよい。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源供給部１０の供給電圧を昇圧又は降圧して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力端から出力するようにしてもよい。

例えば、バッテリ４０の電圧が５０Ｖであり、直流電源供給部１０の供給電圧が５０Ｖである場合、制御器８０が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０をスイッチングして第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が５２Ｖになるように制御されると、バッテリ４０には２Ｖの電気エネルギーが充電され、それに対し、制御器８０が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０をスイッチングして第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が４７Ｖになるように制御されると、バッテリ４０には３Ｖの放電が起こる。

バッテリ４０は、再生可能エネルギー発電システムに含まれ、発電機の出力補償用ＥＳＳとして動作する。

バッテリ４０は、制御器８０の制御により、直流電源供給部１０から入力される電圧を充電又は放電する。

バッテリ４０は、亜鉛−臭素フローバッテリで構成されてもよい。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチングにより直流電源供給部１０からの直流電気エネルギーを変換する。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーをＤＣ−ＤＣ変換し、変換された直流電気エネルギーを第１コンデンサ５０に供給することが好ましい。

従って、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子のスイッチング制御により、第１コンデンサ５０の充電電圧を制御することができる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーの電圧を昇圧又は降圧することができる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、第１コンデンサ５０の充電方向に直流電気エネルギーを供給する単方向コンバータで構成されてもよい。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源供給部１０の供給電圧を昇圧又は降圧して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力端から出力するようにしてもよい。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子は、制御器８０からの制御信号によりターンオン又はターンオフされる半導体スイッチであってもよく、電力素子であってもよく、例えばトランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成されてもよい。

第１コンデンサ５０は、バッテリ４０に直列に接続され、第１コンデンサ５０の両端電圧とバッテリ４０の両端電圧の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高くなるようにすることによりバッテリ４０を完全放電する役割を果たす。

従来は、バッテリの完全放電のために抵抗を用いていたが、本発明においては、バッテリ４０の完全放電のために第１コンデンサ５０を用いる。

本発明においては、バッテリ４０の完全放電のために抵抗を用いないことにより、発熱が生じないという作用効果が得られる。

制御器８０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０によりバッテリ４０の充電及び放電を制御し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０により第１コンデンサ５０の充電電圧を制御し、それにより第１コンデンサ５０の充電電圧とバッテリ４０の充電電圧の合計電圧を制御する。従って、バッテリ４０の完全放電を容易に達成することができる。

バイパススイッチ６０は、制御器８０の制御により、ターンオン又はターンオフされる。

バイパススイッチ６０は、第１コンデンサ５０を充電するためのスイッチとして設けられる。

ここで、バイパススイッチ６０のスイッチングによりバッテリ４０の完全放電時点を決定することができる。

放電スイッチ７０は、制御器８０の制御により、ターンオン又はターンオフされる。

放電スイッチ７０は、第１コンデンサ５０を放電するためのスイッチとして設けられる。

図２は本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路の制御回路部の回路構成を示す回路図である。

以下、図２を参照して、本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路（制御器を除く）の回路構成について説明する。

図２に示すように、本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路の制御回路部１００は、直流電源供給部１０、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０、バッテリ４０、第１コンデンサ５０、バイパススイッチ６０及び放電スイッチ７０を含む。

直流電源供給部１０は、直流電圧源１２と、第２コンデンサ１４とを含む。

直流電圧源１２は、再生可能エネルギー発電機（図示せず）から供給される直流電源で構成されてもよい。

第２コンデンサ１４は、充電及び放電により直流電圧源１２から印加される直流電圧を一定の直流電圧にして第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０及び第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に供給する。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーをＤＣ−ＤＣ変換し、変換された直流電気エネルギーをバッテリ４０に供給することにより、バッテリ４０を充電することができる。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、バッテリ４０に充電された直流電気エネルギーを接地に放電することができる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーをＤＣ−ＤＣ変換し、変換された直流電気エネルギーを第１コンデンサ５０に供給することができる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、スイッチング素子３１、ダイオード３２及びインダクタ３４を含んでもよい。

スイッチング素子３１は、単方向半導体スイッチ（single directional semiconductor switch）で構成されてもよい。前記単方向半導体スイッチは、直流電源供給部１０の正極側に接続されるエミッタと、制御器８０に接続されるベースと、ダイオード３２に逆方向に接続されてインダクタ３４に接続されるコレクタとを有するトランジスタや、直流電源供給部１０の正極側に接続されるアノードと、制御器８０に接続されるゲートと、ダイオード３２に逆方向に接続されてインダクタ３４に接続されるカソードとを有するサイリスタなどであってもよい。

スイッチング素子３１には、インダクタ３４が充電されたエネルギーを放電する際にそのエネルギーを消費するフリーホイールダイオード（還流ダイオード、フライバックダイオードともいう）が並列に接続されて備えられてもよい。
ダイオード３２は、スイッチング素子３１がオン状態のときに直流電源供給部１０からの直流電流がインダクタ３４への方向に流れるようにして接地側への流れを遮断するためのブロッキングダイオードである。

インダクタ３４は、直流成分を通過させ、交流成分を遮断し、スイッチング素子３１がオン状態のときに直流電源供給部１０からの直流電流を第１コンデンサ５０に供給する。バッテリ４０は、制御器８０の制御により、直流電源供給部１０から入力される直流電気エネルギーを充電するか、又は充電された直流電気エネルギーを放電する。

バッテリ４０は、前述したように、亜鉛−臭素フローバッテリで構成されてもよい。

図２において、符号４２は電流制限用抵抗を示す。

第１コンデンサ５０は、バッテリ４０に直列に接続され、第１コンデンサ５０の両端電圧とバッテリ４０の両端電圧の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高くなるようにすることによりバッテリ４０を完全放電する役割を果たす。バイパススイッチ６０は、第１コンデンサ５０に並列に接続される。より詳細には、バイパススイッチ６０の一端は第１コンデンサ５０の正極側に接続され、バイパススイッチ６０の他端は接地に接続される。

バイパススイッチ６０は、バッテリ４０を充電又は放電する際に制御器８０により閉路位置に制御され、インダクタ３４を介して供給される直流電流を接地にバイパスする。
放電スイッチ７０は、バイパススイッチ６０に並列に接続される。放電スイッチ７０は、第１コンデンサ５０に充電された直流電気エネルギーを放電する際に制御器８０により閉路位置に制御され、第１コンデンサ５０に充電された直流電気エネルギーを接地に放電する。このとき、バイパススイッチ６０は、制御器８０により開路位置（opening position）にスイッチングするように制御される。

図２において、バイパススイッチ６０に近い位置で放電スイッチ７０に直列に接続される抵抗７２は、第１コンデンサ５０から放電される電流を制限する電流制限用抵抗である。

以下、図２を参照して、本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路の動作について説明する。

制御器８０は、バッテリ４０の充電及び放電が使用者により予め設定された設定回数行われると、バッテリ４０が完全放電するように第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を制御する。

前記設定回数は、バッテリ４０の完全放電を開始させる、バッテリ４０の充電及び放電の繰り返し回数である。

例えば、バッテリ４０の１回の充電及び１回の放電を１サイクルとすると、設定回数は６〜１０サイクルのいずれかに設定するようにしてもよい。すなわち、制御器８０は、バッテリ４０の充電及び放電が６サイクル行われると、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を制御して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が放電動作を行うようにしてもよい。

バッテリ４０を充電する際に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子は、制御器８０の制御により、前記第１方向の通電経路を形成するように動作し、直流電源供給部１０からの直流電気エネルギーをバッテリ４０に供給する。

バッテリ４０を放電する際に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子は、制御器８０の制御により、前記第２方向の通電経路を形成するように動作し、バッテリ４０に充電された直流電気エネルギーを接地に放電する。

本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路においては、バッテリ４０に第１コンデンサ５０が直列に接続されるので、バッテリ４０の完全放電（ストリップ動作）を行う際に、第１コンデンサ５０の両端電圧（充電電圧）と放電されるバッテリ４０の両端電圧（充電電圧）の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高い間、バッテリ４０の放電を継続する。

また、バッテリ４０の完全放電のために、第１コンデンサ５０の両端電圧とバッテリ４０の両端電圧の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高い状態を維持するように、制御器８０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子が前記第２方向の通電経路を形成するように制御し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子がターンオンするように制御する。

バッテリ４０の完全放電のために、第１コンデンサ５０の両端電圧（充電電圧）とバッテリ４０の両端電圧（充電電圧）の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高い状態を維持しなければならないので、第１コンデンサ５０の両端電圧（充電電圧）を所定電圧以上に維持する必要がある。よって、制御器８０は、第１コンデンサ５０を充電するためにバイパススイッチ６０をターンオフ位置（開路位置）に制御し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子３１をターンオン位置（閉路位置）に制御する。

こうすることにより、バッテリ４０の放電が継続される間、直流電源供給部１０からの直流電流が第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子３１及びインダクタ３４を介して第１コンデンサ５０に供給され、第１コンデンサ５０に直流電気エネルギーが充電される。

一般的なバッテリの特性上、バッテリの電気エネルギーが完全充電状態の電気エネルギーの２０％に減少すると、バッテリの両端電圧（充電電圧）が低くなり、バッテリを完全放電することが困難になる。

しかし、本発明によるバッテリ制御回路においては、第１コンデンサ５０の両端電圧（充電電圧）とバッテリ４０の両端電圧（充電電圧）の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高い状態になるように、第１コンデンサ５０の両端電圧（充電電圧）を制御することができる。従って、本発明によるバッテリ制御回路においては、バッテリ４０に残留する２０％の電気エネルギーも完全放電することができる。

バッテリ４０が完全放電されると、バイパススイッチ６０をターンオン位置に動作させるときに大きな電流によりバイパススイッチ６０が損傷することがあるので、制御器８０は、第１コンデンサ５０を放電する。このとき、制御器８０は、バイパススイッチ６０をターンオフ位置に制御し、放電スイッチ７０をターンオン位置に制御すると、第１コンデンサ５０に充電された電気エネルギーが放電され、電流制限用抵抗７２により放電電流が制限されるので、放電スイッチ７０が損傷しなくなる。

バッテリ４０を再び充電及び放電するために、制御器８０は、バイパススイッチ６０をターンオン位置に制御し、放電スイッチ７０をターンオフ位置に制御し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子３１をターンオフ位置に制御する。

以下、図３を参照して、本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路の第１ＤＣ−ＤＣコンバータの詳細構成について説明する。

図３に示すバッテリ制御回路は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータの詳細構成を示していることを除いては、図２に示すバッテリ制御回路と同様である。

よって、図３においては、説明の重複を避けるために、第１ＤＣ−ＤＣコンバータの詳細構成及びその動作についてのみ説明する。

図３に示す第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、第１スイッチング素子２２、第２スイッチング素子２４及びインダクタ２６を含む。

第１スイッチング素子２２は、直流電源供給部１０、とりわけ直流電圧源１２の正極側に接続される。

第２スイッチング素子２４は、第１スイッチング素子２２に直列に接続される。インダクタ２６は、第１スイッチング素子２２と第２スイッチング素子２４の接続点に接続される一端及びバッテリ４０に接続される他端を有する。インダクタ２６は、直流成分を通過させ、交流成分を遮断する。よって、直流電源供給部１０からの直流電流をインダクタ２６を介してバッテリ４０に供給することができる。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作を説明する。

バッテリ４０を充電する際に、制御器８０の制御により、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の第１スイッチング素子２２が前記第１方向の通電経路を形成することにより、直流電源供給部１０からの直流電気エネルギーがバッテリ４０に供給される。

バッテリ４０を放電（完全放電を含む）する際に、制御器８０の制御により、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の第１スイッチング素子２２がターンオフ位置（開路位置）になり、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の第２スイッチング素子２４がターンオン位置（閉路位置）になり、前記第２方向の通電経路を形成することにより、バッテリ４０からの直流電気エネルギーが接地に放電される。

以下、図１〜図４を参照して、本発明の好ましい一実施形態によるバッテリ制御回路における制御器によるバッテリの完全放電制御動作を説明する。

制御器８０は、バッテリの充放電回数が予め設定された設定回数に達すると、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子が第２方向の通電経路を形成するように制御することにより、バッテリ４０の完全放電を開始する（Ｓ１）。

バッテリ４０の放電中に、バッテリ４０の両端電圧（充電電圧）が予め設定された電圧（例えば、完全充電電圧の２０％）になると、制御器８０は、バイパススイッチ６０がターンオフするように制御し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子３１がターンオンするように制御することにより、第１コンデンサ５０を充電する（Ｓ２）。

こうすることにより、互いに直列に接続された第１コンデンサ５０の両端電圧とバッテリ４０の両端電圧の合計電圧が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧より高い状態が維持され、バッテリ４０に充電された直流電気エネルギーが第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の第２スイッチング素子２４を介して接地に完全に放電される。

制御器８０は、バッテリ４０が完全放電されたか否かを判断することができる。制御器８０は、バッテリ４０の両端に接続された電圧検出センサ（図示せず；シャント抵抗や計器用変圧器など）の検出電圧に基づいてバッテリ４０の完全放電を判断するようにしてもよい。

バッテリ４０が完全放電されると、第１コンデンサ５０を放電するために、制御器８０は、バイパススイッチ６０がターンオフするように制御し、放電スイッチ７０がターンオンするように制御する（Ｓ３）。

放電スイッチ７０がターンオンすると、第１コンデンサ５０に充電された直流電気エネルギーが電流制限用抵抗７２により制限されて接地に放電される。

第１コンデンサ５０が放電されると、バッテリ４０の充電及び放電を再開するために、制御器８０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子３１がターンオフするように制御し、バイパススイッチ６０がターンオンするように制御し、放電スイッチ７０がターンオフするように制御する（Ｓ４）。

前述した制御器８０の制御動作は、メモリに予め格納された処理プログラムに従って行われるようにしてもよい。

１ バッテリ制御回路
１０ 直流電源供給部
２０ 第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２ 第１スイッチング素子
２４ 第２スイッチング素子
２６ インダクタ
３０ 第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１ スイッチング素子
３２ ダイオード
３４ インダクタ
４０ フローバッテリ（バッテリ）
５０ 第１コンデンサ
６０ バイパススイッチ
７０ 放電スイッチ
８０ 制御器
１００ 制御回路部

Claims (10)

1. 再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路において、
   直流電気エネルギーを充電し、又は充電された直流電気エネルギーを放電するフローバッテリと、
   正極及び負極を有し、前記フローバッテリに直流電気エネルギーを供給する直流電源供給部と、
   前記直流電源供給部と前記フローバッテリ間に接続され、前記直流電源供給部からの直流電気エネルギーを前記フローバッテリに供給する第１方向と前記フローバッテリに充電された直流電気エネルギーを接地に放電する第２方向の双方向の通電経路を形成するスイッチング素子を有する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記フローバッテリに直列に接続される第１コンデンサであって、前記フローバッテリを完全放電する際に、前記第１コンデンサの両端電圧と前記フローバッテリの両端電圧の合計電圧が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高くなるようにすることにより前記フローバッテリを完全放電する前記第１コンデンサと、
   前記直流電源供給部と前記第１コンデンサ間に接続され、前記第１コンデンサが充電されるように前記直流電源供給部からの直流電気エネルギーを前記第１コンデンサに供給する位置にスイッチング可能なスイッチング素子を有する第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、前記フローバッテリの充電及び放電の回数が予め設定された回数に達すると前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子が前記第２方向の通電経路を形成するように制御する制御器と、
   前記第１コンデンサに並列に接続され、前記フローバッテリを充電又は放電する際に前記制御器により閉路位置（closing position）に制御されるバイパススイッチと、を含む、再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
2. 前記フローバッテリを完全放電する際に、前記第１コンデンサの充電電圧の方が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い、請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
3. 前記バイパススイッチに並列に接続され、前記第１コンデンサに充電された直流電気エネルギーを放電する際に前記制御器により閉路位置に制御される放電スイッチをさらに含む、請求項１または２に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
4. 前記フローバッテリを完全放電する間に前記フローバッテリの両端電圧が予め設定された値になると、前記制御器は、前記第１コンデンサを充電するために前記バイパススイッチを開放位置に制御する、請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
5. 前記フローバッテリの完全放電のために、前記第１コンデンサの両端電圧と前記フローバッテリの両端電圧の合計電圧が前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧より高い状態を維持するように、前記制御器は、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子が前記第２方向の通電経路を形成するように制御し、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子がターンオンするように制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
6. 前記フローバッテリが完全放電されると、前記第１コンデンサを放電するために、前記制御器は、前記バイパススイッチがターンオフするように制御し、前記放電スイッチがターンオンするように制御する、請求項３に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
7. 前記第１コンデンサが放電されると、前記フローバッテリを再び充電及び放電するために、前記制御器は、前記バイパススイッチがターンオンするように制御し、前記放電スイッチがターンオフするように制御し、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子がターンオフするように制御する、請求項６に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
8. 前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記直流電源供給部の正極側に接続され、前記フローバッテリの充電経路を形成する第１スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子に直列に接続され、前記フローバッテリの放電経路を形成する第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続点に接続される一端及び前記フローバッテリに接続される他端を有し、直流成分を通過させ、交流成分を遮断するインダクタとを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
9. 前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作により前記フローバッテリを充電又は放電するように構成され、
   前記制御器は、前記フローバッテリを充電する際には、前記第１スイッチング素子がターンオンするように制御すると共に前記第２スイッチング素子がターンオフするように制御し、前記フローバッテリを放電する際には、前記第２スイッチング素子がターンオンするように制御すると共に前記第１スイッチング素子がターンオフするように制御する、請求項８に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。
10. 前記直流電源供給部は、
    直流電圧を印加する電圧源と、
    前記電圧源に並列に接続されて前記電圧源からの直流電圧を一定の電圧に平滑して供給する第２コンデンサとを含む、請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム用バッテリ制御回路。

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