以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図1は、実施形態に係る制御装置が設けられる、直流電源システムの概略構成を示す図である。直流電源システム10は、商用電源6からの電力(外部電力)を利用可能に構成されている。外部電力の電力料金は、昼間時間帯(たとえば7:00〜23:00)と、昼間時間帯以外の夜間時間帯(たとえば23:00〜翌日の7:00)とによって異なる料金に設定されている。夜間時間帯の電力料金は、昼間時間帯の電力料金よりも安く設定され得る。直流電源システム10は、通信装置20と、太陽光発電装置30と、蓄電池40と、整流器50とを含む。本実施形態に係る制御装置は、後述の整流器50に含まれる制御装置52として実現される。
通信装置20は、電力を受けて動作する負荷であって、無線基地局を含んで構成される。この負荷は、一般家庭またはオフィスのような負荷と比較して、とくに、直流電力を消費する点、および消費電力の変動が小さくほぼ一定とみなせる点、において相違する。
太陽光発電装置30は、太陽光を受けてその日射量に応じた大きさの直流電力を発生する発電装置であって、ソーラーパネルなどを含んで構成される。直流電源システム10において、太陽光発電装置30は、通信装置20に供給するための電力を発生する。太陽光発電装置30は、日射量に応じた大きさの直流電力を発生する。太陽光発電装置の出力電圧(太陽光発電装置出力電圧Vpv)は、一定電圧(たとえば55V)に設定されている。
蓄電池40は、直流電源システム10において、太陽光発電装置30が発生した電力のうち通信装置20で消費されない電力(余剰電力)を充電する。また、蓄電池40は、放電によって通信装置20に電力を供給する。蓄電池40の例は、リチウムイオン電池(Lithium Battery)である。
電力線PLは、通信装置20と、太陽光発電装置30と、蓄電池40と、整流器50とを電気的に接続するバスラインである。バス電圧は、通信装置20の定格電圧(たとえば57V)を超えない電圧(たとえば48V)となるように制御される。電力線PLは、電力線PL1と、電力線PL2とを含む。電力線PL1は、通信装置20および太陽光発電装置30と、後述の整流器50の端子T2とを接続する部分である。電力線PL2は、蓄電池40と、後述の整流器50の端子T3とを接続する部分である。なお、端子T2、通信装置20および太陽光発電装置30の接続点が、ノードN1として図示される。
整流器50は、交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置である。直流電源システム10において、整流器50は、通信装置20および蓄電池40に電気的に接続され、商用電源6(外部電源)からの交流電力を直流電力に変換し、通信装置20および蓄電池40に向かって出力する。整流器50は、端子T1〜T3と、整流部51と、制御装置52と、電流センサ56a,56bと、電圧センサ57aと、電圧検出部57と、リレーRLとを含む。
端子T1は、交流電力が入力される入力端子であり、商用電源6に接続される。端子T2は、直流電力が入力されまたは直流電力を出力する入出力端子であり、通信装置20および太陽光発電装置30に接続される。端子T3も、端子T2と同様に、入出力端子であり、蓄電池40に接続される。これにより、通信装置20と、太陽光発電装置30と、蓄電池40とは、電力線PL、端子T2,T3およびリレーRLを介して電気的に接続される。なお、リレーRLは、蓄電池40の過充電を防止する等のために開状態とされるものであって、通常は閉状態(導通状態)とされる。
整流部51は、端子T1に入力された交流電力を直流電力に変換する。整流部51は、たとえば、整流回路および電圧変換回路(昇圧回路または降圧回路)などを組み合わせて構成される。整流部51から出力される直流電力の電圧は、整流器50の出力電圧(整流器出力電圧Vrc)であり、整流部51を構成する回路を制御することによって調節可能である。
制御装置52は、整流器50に含まれる要素、とくに整流部51を制御することによって直流電源システム10を制御する。制御装置52による整流部51の制御は、たとえば制御信号を用いて行なわれる。
制御装置52は、制御部53と、記憶部55と、電流検出部56と、電圧検出部57とを含む。
制御部53は、制御装置52の全体制御を行うことによって直流電源システム10を制御する部分(制御手段)である。とくに、制御部53は、蓄電池40の充電および放電を制御する。蓄電池40の充電および放電は、整流部51を制御して整流器出力電圧Vrcを調節することによって行われる。整流器出力電圧Vrcを調節することによって、制御部53は、蓄電池40を強制的に充電し、あるいは、強制的に放電させることができる。また、制御部53は、整流器出力電圧Vrcを調節することによって、蓄電池40の充電電流値および放電電流値を制御することもできる。充電電流値および放電電流値がゼロとなるように制御することで、制御部53は、蓄電池40の充電および放電を停止することもできる。なお、蓄電池40の充電および放電を強制的に停止するために、前述のリレーRLを開状態(非導通状態)とする制御が行われてもよい。
記憶部55は、制御装置52によって実行される処理に必要な種々の情報(たとえば後述の下限SOC、回帰SOCなど)を記憶する。
電流検出部56は、たとえば、電流センサ56aを用いて、整流部51とノードN2との間を流れる電流を検出する。ノードN2は、整流部51、端子T2およびリレーRL(リレーRLが閉状態のときは端子T3)の接続ノードである。また、電流検出部56は、電流センサ56bを用いて、ノードN2と端子T2との間を流れる電流を検出する。たとえば、電流センサ56aと電流センサ56bとを流れる電流の差分に基づいて、蓄電池40が充電状態であるか放電状態であるかの判断、および蓄電池40の充放電電流の測定などが行われてもよい。
電圧検出部57は、整流部51と端子T2との間の電圧を、電圧センサ57aを用いて検出する。この電圧は、たとえば電力線PLの電圧であり、バス電圧でもある。たとえば、バス電圧に基づいて、蓄電池40のSOCが検出されてもよく、さらに電流検出部56による蓄電池40の充放電電流の測定値を考慮して蓄電池40のSOCが検出されてもよい。あるいは、蓄電池40の充放電履歴に基づいて蓄電池40のSOCが検出されてもよい。
本実施形態では、制御部53は、蓄電池40の充電および放電を制御するための複数のモードを実行する。
本実施形態において、制御部53が実行可能な複数のモードは、PV(Photo Voltaic)充電モードおよび回帰モードの2つのモードを含む。
PV充電モードは、予め設定された第1の時間帯において実行されるモード(第1のモード)である。第1の時間帯は、上述の昼間時間帯に設定される。PV充電モードでは、太陽光発電装置30の発電電力が通信装置20の消費電力を上回ることによって当該消費電力に対する余剰電力が発生するときに、発生した余剰電力が蓄電池40に充電される。また、PV充電モードでは、太陽光発電装置30の発電電力が通信装置20の消費電力を下回ることによって当該消費電力に対する不足電力が発生するときには、発生した不足電力を補うように蓄電池40が放電する。すなわち、PV充電モードは、余剰電力によって蓄電池40を充電し、不足電力を蓄電池40の放電で賄う充放電モードであるとも言える。さらに、PV充電モードにおいては、蓄電池40は、SOCが後述の下限SOCを下回らない範囲で放電する。
回帰モードは、予め設定された第2の時間帯において実行されるモード(第2のモード)である。第2の時間帯は、上述の夜間時間帯に設定される。回帰モードでは、蓄電池40は、回帰SOCとなるように、商用電源6からの電力によって充電される。回帰SOCは、上述の下限レベルよりも高い所定の設定レベルである。
前述の下限SOCは、直流電源システム10における蓄電池40に対して設定される値(下限レベル)である。下限SOCは、たとえば、所定期間以上、蓄電池40からの電力(あるいは蓄電池40および太陽光発電装置30からの電力)によって通信装置20の消費電力を賄うことが可能な蓄電池40のSOCに設定される。下限SOCは、記憶部55に記憶されている。
また、前述の回帰SOCは、下限SOCと同様に、直流電源システム10における蓄電池40に対して設定される値(設定レベル)である。回帰SOCは、下限SOCよりも高く設定される。回帰SOCは、1日において発生し得る最大余剰電力量を蓄電池40に充電することが可能な蓄電池40のSOCに設定される。回帰SOCも、下限SOCと同様に、記憶部55に記憶されている。
下限SOCおよび回帰SOCは、通信装置20、太陽光発電装置30および蓄電池40の設計データに基づいて予め定められてもよいし、シミュレーション結果または実験データに基づいて予め定められてもよい。
さらに、制御部53が実行可能な複数のモードとして、停電放電モードが含まれてもよい。停電放電モードは、商用電源6からの電力が利用できない状態となった場合、つまり停電が発生した場合に実行されるモード(第3のモード)である。停電放電モードでは、不足電力が発生したときには、発生した不足電力を補うように蓄電池40が放電する。また、余剰電力が発生するときには、発生した余剰電力が蓄電池40に充電される。
ここで、図2を参照して、制御部53のハードウェア構成について説明する。図2に示されるように、制御部53は、物理的には、1または複数のCPU(Central Processing unit)61、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)62およびROM(Read Only Memory)63、データ送受信デバイスである通信モジュール66、半導体メモリなどの補助記憶装置67、操作盤(操作ボタンを含む)やタッチパネルなどのユーザの入力を受け付ける入力装置68、ディスプレイなどの出力装置69などのハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。制御部53の機能は、たとえば、CPU61、RAM62などのハードウェア上に1または複数の所定のコンピュータソフトウェア(プログラム)を読み込ませることにより、CPU61の制御のもとで通信モジュール66、入力装置68、出力装置69、を動作させるとともに、RAM62および補助記憶装置67におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現することができる。
次に、制御装置52によって実行される制御について、図3を参照して説明する。図3は制御装置52によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。とくに説明がない場合は、その処理は、制御部53によって実行され得る。
前提条件として、制御部53によって各モード(PV充電モード、回帰モード)のタイミングが予め設定されているものとする。たとえば、制御装置52はタイマ機能を有しており、7:00〜23:00(開始時刻=7:00、終了時刻=23:00)の時間帯にPV充電モードが実行されるようにタイマが設定される。23:00〜翌日の7:00(開始時刻=23:00、終了時刻=翌日の7:00)の時間帯に回帰モードが実行されるようにタイマが設定される。なお、以下の説明において、蓄電池40の充放電に関する状態を「LBPM状態」(Lithium Battery Power Management状態)と言う場合もある。
ステップS1の処理は、図3に示されるフローチャートの各処理を周期的に実行するための処理である。たとえば、上述のタイマ機能が用いられることによって、各処理が周期的に実行される。具体的に、制御装置52は、周期タイマが満了したか否か(その周期において所定時間が経過したか否か)を判断する(ステップS1)。周期タイマが満了した場合(ステップS1:YES)、制御装置52は、ステップS2に処理を進める。そうでない場合(ステップS1:NO)、制御装置52は、たとえば所定のWait時間処理を待機した後、ステップS1に再び処理を戻す。
ステップS2の処理は、商用電源6からの電力が利用できない停電中であって蓄電池40が放電中である場合(LBPM状態が停電放電中である場合)に、停電時の処理を優先的に実行するための処理である。具体的に、制御装置52は、LBPM状態が停電放電中であると判断すると(ステップS2:YES)、図3に示されるフローチャートでは、ステップS1に再び処理を戻す。LBPM状態が停電放電中の場合(ステップS2:YES)、制御装置52は、先に説明した停電放電モードを実行する。LBPM状態が停電放電中でない場合(ステップS2:NO)、制御装置52は、ステップS3に処理を進める。なお、停電状態の判断は、停電信号(たとえば商用電源6から整流部51への電力がなくなったことに応じて発生し得る)の受信によって行われてもよいし、電圧検出部57によってバス電圧(電力線PLの電圧)の降下が検出されることによって行われてもよい。
ステップS3〜S7の処理は、蓄電池40のSOCが低くなりすぎた場合にそのSOCを回復させるための処理である。蓄電池40のSOCが低くなりすぎた場合としては、たとえば停電放電モードによって蓄電池40のSOCが低下した後の、商用電源6からの電力が利用可能となった復電時などが想定される。その場合の対処として、バックアップ電源の確保のために強制充電SOCを設定して、強制充電SOCを下回るときに充電を行うことで、下限SOCを維持することを実現する。
まず、制御装置52は、蓄電池40が下限SOC充電中且つLBPM状態が充電中であるか否かを判断する(ステップS3)。下限SOC充電中とは、蓄電池40のSOCが下限SOCを下回る場合に、蓄電池40が充電されている状態である。下限SOC充電中且つLBMP状態が充電中の場合(ステップS3:YES)、制御装置52は、蓄電池40のSOCが下限SOC以上であれば(ステップS4:YES)、蓄電池40の充電を強制的に停止するための強制停止(待機)設定を行い(ステップS5)、ステップS1に再び処理を戻す。なお、蓄電池40のSOCが下限SOC未満の(ステップS4:NO)には、制御装置52は、ステップS5の処理をスキップして(つまり強制停止設定を行うことなく)、ステップS1に再び処理を戻す。
一方、先のステップS3において下限SOC充電中且つLBPM状態が充電中でない場合(ステップS3:NO)、制御装置52は、蓄電池40のSOCが強制充電SOC以下であるか否かを判断する(ステップS6)。強制充電SOCは、下限SOCおよび回帰SOCと同様に、直流電源システム10における蓄電池40に対して設定される値である。強制充電SOCは、たとえば下限SOCと同じであってもよいし下限SOCよりも低くてもよい。蓄電池40のSOCが強制充電SOC以下の場合(ステップS6:YES)、制御装置52は、充電電流値を充電電流固定値に設定し、強制充電をONに設定する(ステップS7)。充電電流固定値は、停電放電復旧時(つまり復電時)に蓄電池40を充電する際の充電電流値である。強制充電をONに設定すると、充電電流固定値を充電電流値として、蓄電池40を強制的に充電するための強制充電処理が実行される。ステップS7の処理が完了した後、制御装置52は、ステップS1に再び処理を戻す。
一方、先のステップS6において蓄電池40のSOCが強制充電SOCよりも大きい場合(ステップS6:NO)、制御装置52は、時刻判定を行う(ステップS8)。現在の時刻と、先に説明した前提条件において設定されたタイミングとに基づいて、PV充電処理および回帰処理のいずれの処理を実行すべきかが判断される。現在の時刻は、前述のタイマ機能を用いて取得され得る。たとえば、現在の時刻がPV充電処理を実行すべき時間帯(たとえばPV充電開始時刻〜回帰開始時刻)に含まれる場合、制御装置52は、PV充電処理を実行する(ステップS10)。現在の時刻が回帰処理を実行すべき時間帯(たとえば回帰開始時刻〜PV充電開始時刻)に含まれる場合、制御装置52は、回帰処理を実行する(ステップS60)。
PV充電処理(ステップS10)は、余剰電力が発生し得る時間帯(たとえば7:00〜15:00)を含む時間帯(たとえば7:00〜23:00)において実行される。余剰電力の発生の有無は、電圧検出部57がバス電圧(電力線PLの電圧)の変化を検出することによって、行うことができる。余剰電力が蓄電池40に充電されるよう、太陽光発電装置30の発電電力を優先して通信装置20に供給するためには、太陽光発電装置30の出力電圧(太陽光発電装置出力電圧Vpv)を整流器50の出力電圧(整流器出力電圧Vrc)より高く設定すればよい。すなわち、整流器出力電圧Vrcを、太陽光発電装置出力電圧Vpvよりも低く設定すればよい。このとき、余剰電力の発生時、すなわち太陽光発電装置30の発電電力のみで通信装置20の消費電力の全てを賄っているときには、整流器50の出力電力はゼロとなるため、バス電圧は整流器出力電圧Vrcでなく、太陽光発電装置出力電圧Vpvに影響される。電圧検出部57によりバス電圧を検出し、バス電圧が、整流器出力電圧Vrcから太陽光発電装置出力電圧Vpvに遷移したとみなせる閾値を超えている場合は、LBPM状態が充電状態であると判断し、所定の増加電流値分、蓄電池40の充電電流値を増加させる。この増加電流値については、増加電流値を可変にすることも可能である。一方、充電電流値を増加させる処理が繰り返されると、理想的な環境ではやがて蓄電池40の充電電力と通信装置20の消費電力との合計電力が、太陽光発電装置30の発電電力を上回り、その分、整流器50からの電力、つまり商用電源6からの電力を利用しなければならない。この商用電源6からの電力の利用を抑制するために、整流器50からの電力が発生すると再びバス電圧が太陽光発電装置出力電圧Vpvから整流器出力電圧Vrcに遷移することを検出し、所定の減少電流値分、充電電流値を減少させる。この減少電流値についても、可変とすることが可能である。この充電電流の減少を繰り返し、充電電流値が最小値となったときには、LBPM状態を強制放電状態に移行する。このような処理を行うことにより、雲の通過などによる一時的な発電量低下にも対応しながら余剰電力を有効に活用することが可能となり、蓄電池40の強制放電により商用電源6からの電力(外部電力)の利用を抑制することも可能となる。以上の点も含め、PV充電処理の詳細については、後に図5〜図7を参照して説明する。
回帰処理(ステップS60)は、夜間電力時間帯(たとえば23:00〜翌日の7:00)において実行される。回帰処理の開始時において、蓄電池40のSOCと回帰SOCの大小が比較される。蓄電池40のSOCが回帰SOCより小さい場合は蓄電池40を充電し、蓄電池40のSOCが回帰SOCに達するまで充電を行い(回帰充電を行い)、その後は回帰処理終了時刻まで待機状態とする。蓄電池40のSOCが回帰SOCより大きい場合は蓄電池40を強制放電させ、蓄電池40のSOCが回帰SOCに達するまで放電を行い(回帰放電を行ない)、その後は回帰処理終了時刻まで待機状態とする。蓄電池40のSOCが回帰SOCと等しい場合は、回帰処理終了時刻まで待機状態とする。回帰処理の詳細については、後に図8を参照して説明する。
次に、PV充電処理および回帰処理による、蓄電池40の充放電制御(SOCの変化)について、図4を参照して説明する。図4は直流電源システム10の動作を概念的に示すタイミングチャートである。図4において「SOC」は蓄電池40のSOCを示す。「Vpv」は、太陽光発電装置30の太陽光発電装置出力電圧Vpvを示す。「Vrc」は、整流器50の整流器出力電圧Vrcを示す。「Vbat」は蓄電池40の蓄電池電圧Vbatを示す。「Pload」は、通信装置20の消費電力を示す。「Ppv」は、太陽光発電装置30の発電電力を示す。なお、図4における太陽光発電装置30の発電電力Ppvは、たとえば雲による日射の遮断の影響等も考慮されている。
条件の例を説明すると、太陽光発電装置30の発電電力Ppvの最大値(最大出力)が100Wであり、通信装置20の消費電力Ploadが70Wである。回帰SOCは60%であり、当初(時刻t1において)、蓄電池40のSOCは回帰SOCとなっている。蓄電池40のSOCが回帰SOCのときの蓄電池電圧Vbat(回帰電圧V0)は49Vとする。蓄電池40のSOCが下限SOCのときの蓄電池電圧Vbat(下限電圧V1)は回帰電圧VOよりも低い電圧である。下限電圧V1は、たとえば、下限SOCの値と、蓄電池40の設計データあるいは実験データなどとに基づき求められる(推定される)。整流器50の整流器出力電圧Vrcは、回帰電圧V0に設定される。太陽光発電装置出力電圧Vpvは55Vに設定されている。
図4において、PV充電処理は、時刻t2〜t9において実行される。回帰処理は、時刻t9〜翌日の時刻t2において実行される。以下、時刻t1〜t9,および翌日の時刻t1の順に充放電制御の処理を説明する。
時刻t1は、回帰処理による蓄電池40の充電が完了した時刻である。時刻t1は、たとえば7:00よりも前の時刻である。このとき、通信装置20の消費電力Ploadは、整流器50(つまり商用電源6からの電力)によって賄われる。これは、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatと、整流器50の整流器出力電圧Vrcとが等しく、蓄電池40が浮動充電状態となっているためである。浮動充電状態では、蓄電池40のSOCがそのレベル(つまり回帰SOC)に維持される。
時刻t2は、昼間時間帯の開始時刻(すなわち夜間時間帯の終了時刻)であり、たとえば7:00頃である。時刻t2においてPV充電モードの実行が開始される。本実施形態では、時刻t2において、整流器50の整流器出力電圧Vrcが、回帰電圧V0よりも低い下限電圧V1に設定される。
たとえばこの時刻t2において、太陽光発電装置30が発電を開始し、発電電力Ppvが増加し始める。ここでの発電電力Ppvは通信装置20の消費電力Ploadよりも小さいので、発電電力Ppvは全て通信装置20で消費される。太陽光発電装置30の発電電力Ppvだけでは通信装置20の消費電力Ploadに対して不足するので、その分の電力(不足電力)が、蓄電池40からの放電電力によって賄われる。これは、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatが、整流器50の整流器出力電圧Vrcよりも大きいためである。
時刻t3において、太陽光発電装置30の発電電力Ppvが通信装置20の消費電力Ploadを上回る。時刻t3は、たとえば8:00頃である。太陽光発電装置30の発電電力Ppvのうち、通信装置20の消費電力Ploadを上回る分の電力が、余剰電力となる。余剰電力が発生することによって、蓄電池40の充電が開始され、蓄電池40のSOCが上昇し始める。それとともに、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatも上昇し始める。
時刻t3〜時刻t4の間には、太陽光発電装置30の発電電力Ppvがピークを迎える。仮に晴天であるなどの理由で太陽光発電装置30の発電電力Ppvが最大になるとすると、そのときには、発電電力Ppvが100Wであるのに対し、通信装置20の消費電力Ploadが70Wであるので、その差分である30Wの電力が、余剰電力として蓄電池40に充電され得る。ただし、図4の例は、雲による日射の遮断の影響等によって、太陽光発電装置30の発電電力Ppvが最大出力に至らない場合が示される。
時刻t4において、たとえば雲による日射の遮断の影響等が比較的大きくなり、太陽光発電装置30の発電電力Ppvが、一時的に通信装置20の消費電力Ploadを下回る。このとき、通信装置20の消費電力Ploadのうち、太陽光発電装置30の発電電力Ppvを上回る分の電力が、不足電力となる。不足電力が発生することによって、蓄電池40の放電が開始される。これは、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatが整流器50の整流器出力電圧Vrcよりも大きいためである。蓄電池40の放電が開始されることによって、蓄電池40のSOCが低下し始める。それとともに、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatも低下し始める。
時刻t5において、たとえば雲による日射の遮断の影響等が比較的小さくなり、太陽光発電装置30の発電電力Ppvが、再び通信装置20の消費電力Ploadを上回る。これにより、再び余剰電力が発生し、蓄電池40の充電が開始され、蓄電池40のSOCが上昇し始める。また、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatも上昇し始める。
時刻t6において、太陽光発電装置30の発電電力Ppvが通信装置20の消費電力Ploadを下回る。時刻t6は、たとえば15:00頃である。これにより不足電力が発生し、蓄電池40の放電が開始される。蓄電池40の放電が開始されることによって、蓄電池40のSOCが低下し始める。また、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatも低下し始める。
時刻t7において、太陽光発電装置30の発電が終了し、発電電力Ppvがゼロとなる。時刻t7は、たとえば17:00〜19:00頃である。ここでは、依然として蓄電池40の蓄電池電圧Vbatが整流器50の整流器出力電圧Vrcよりも大きいので、蓄電池40の放電およびSOCの低下が継続する。
時刻t8において、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatが整流器50の整流器出力電圧Vrcまで低下する。これにより、蓄電池40のSOCは下限SOCとなる。また、蓄電池40は浮動充電状態となる。通信装置20の消費電力は、整流器50からの電力によって賄われる。
時刻t9は、夜間時間帯の開始時刻(すなわち昼間時間帯の終了時刻)であり、たとえば23:00頃である。時刻t8において整流器50の整流器出力電圧Vrcは、下限電圧V1よりも高い回帰電圧V0に設定される。整流器50の整流器出力電圧Vrcは、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatを上回る。このため、蓄電池40の充電が開始され、蓄電池40のSOCが上昇し始める。それとともに、蓄電池40の蓄電池電圧Vbatも上昇し始める。
この時刻t9において蓄電池40の充電が開始された後、時刻t1(ここでは翌日の時刻t1を意味する)において、蓄電池40のSOCは、回帰SOCとなる。これにより、蓄電池40は、浮動充電状態となる。時刻t1は、たとえば6:00頃である。
以上説明したように、制御装置52によれば、昼間時間帯(時刻t2〜t9)にはPV充電モード(充放電モード)が実行されることによって、太陽光発電装置30の余剰電力が蓄電池40に充電され(時刻t3〜t4,t5〜t6)、また、不足電力が蓄電池40の放電によって賄われる(時刻t2〜t3,t4〜t5,t6〜t8)。これにより、太陽光発電装置30の余剰電力を有効活用することができる。また、PV充電モードでは、整流器50の整流器出力電圧Vrcが、蓄電池40のSOCが下限SOCのときの蓄電池電圧Vbat(下限電圧V1)に設定される。これにより、蓄電池40のSOCが下限SOCを下回らない範囲において、不足電力が、蓄電池40の放電によって賄われるようになる。このため、たとえば、バックアップ用として最小限の電力量を蓄電池に残しつつも、蓄電池40の放電電力の分、昼間時間帯の商用電源6からの電力(外部電力)の利用を抑制することができる。さらに、夜間時間帯(時刻t9〜翌日の時刻t2)には回帰モードが実行されることによって、夜間時間帯の商用電源6からの電力を用いて蓄電池40が充電される(時刻t9〜翌日の時刻t1)。これにより、夜間電力を有効活用することができる。以上により、太陽光発電装置30の余剰電力の活用、昼間の外部電力の利用の抑制、および夜間電力の有効活用のいずれをも成立させることができる。
下限SOC(下限レベル)は、所定期間以上、蓄電池40からの電力(太陽光発電装置30および蓄電池40からの電力)によって通信装置20の消費電力を賄うことが可能な蓄電池40のSOCである。このように下限SOCを定めることによって、バックアップ用の電力を、蓄電池40に確保させておくことができる。
回帰SOC(設定レベル)は、1日において発生し得る最大余剰電力量を蓄電池に充電することが可能な蓄電池40のSOCである。これにより、太陽光発電装置30の余剰電力を全て蓄電池40に充電することができるので、余剰電力を確実に有効活用することができる。
制御装置52は、さらに、商用電源6からの電力が利用できない状態となった場合には、停電放電モードを実行してもよい。停電放電モードでは、不足電力が発生するときには、発生した不足電力を賄うように蓄電池40が放電し、太陽光発電装置30の余剰電力が発生するときには、発生した余剰電力が蓄電池40に充電される。これにより、蓄電池40をバックアップ用電源として用いることができる。
以上説明した制御装置52による蓄電池40の充放電制御は、たとえば、制御部53が整流器50の出力電圧(整流器出力電圧Vrc)を制御することによって実現される。この場合、蓄電池40の充放電を制御するための充放電制御装置を別途設ける必要がないので、たとえば、直流電源システム10の構成を簡素化し、コストを低減することができる。
直流電源システム10において、天気情報を利用できるようにし、天候に応じて蓄電池40の充放電制御を行うことも考えらえるが、その場合には、たとえば天気情報を取得するための装置(受信装置または日射計など)が必要になる。天気情報をネットワーク経由で受信する場合には、ネットワークコストも必要になる。これに対し、制御装置52では、下限SOCと回帰SOCの2つの値を制御パラメータとして用い、天候に依らない制御を実現している。すなわち、蓄電池40の充放電制御を、環境や天候に依らず一意に定めることで、蓄電池40の充放電制御のための外部情報(天気情報など)を取得するための、受信装置や日射計といった新たなハードウェアの追加を必要とせず、コストを低く抑えることができる。
次に、先に図3を参照して説明したPV充電処理(ステップS10)および回帰処理(ステップS60)について改めて説明する。
まず、PV充電処理について説明すると、PV充電処理が実行される時間帯(図4の時刻t2〜t9)においては、太陽光発電装置30の発電電力が刻一刻と変化し得る(とくに時刻t2〜t7)。このため、PV充電処理においては、蓄電池40の充電電流を細かく変化させる制御を行うことによって、太陽光発電電力の変化(増減)に蓄電池40の充放電を追従させる。これにより、太陽光発電装置30の発電電力を取りこぼすこと(整流器50から無駄な電力を引くこと)を回避できる。そのようなPV充電処理について、図5〜図7を用いて説明する。
図5は、PV充電処理において実行される処理の一例を示すフローチャートである。各フローチャートにおいて、とくに説明がない場合は、その処理は、制御部53によって実行され得る。
まず、制御装置52は、前回充電電流値として充電電流値を設定する(ステップS11)。具体的に、図5に示されるフローチャートにおける前回のループが終了した時点での蓄電池40の充電電流値が、前回充電電流値として設定される。
次に、制御装置52は、バス電圧を読み込み(ステップS12)、バス電圧が閾値よりも大きいか否かを判断する(ステップS13)。バス電圧は、たとえば電圧検出部57によって検出される。閾値は、たとえば52V程度であってよい。バス電圧が閾値よりも大きく(ステップS13:YES)、LBPM状態が充電中の場合(ステップS30:YES)、制御装置52は、充電電流増加処理を実行する(ステップS31)。一方、バス電圧が閾値以下であり(ステップS13:NO)、LBPM状態が充電中の場合(ステップS14:YES)、制御装置52は、充電電流減少処理を実行する(ステップS17)。
先のステップS14においてLBPM状態が充電中でない場合(ステップS14:NO)、制御装置52は、LBPM状態が放電中であれば(ステップS15:YES)、強制放電設定を行い(ステップS16)、PV充電処理を終了する。なお、LBPM状態が放電中でない場合には(ステップS15:NO)、制御装置52は、ステップS16の処理はスキップして(つまり強制放電設定を行うことなく)、PV充電処理を終了する。
先のステップS30においてLBPM状態が充電中でない場合(ステップS30:NO)、制御装置52は、充電電流値を充電電流初期値に設定し、強制充電をONに設定する(ステップS41)。充電電流初期値は、たとえば1A程度であってよい。ステップS41の処理が完了した後、制御装置52は、PV充電処理を終了する。
図6は、充電電流減少処理(ステップS17)において実行される処理の一例を示すフローチャートである。この充電電流減少処理は、充電電流値を、前回の充電電流値よりも減少させるための処理である。充電電流値の減少幅は、係数Aを用いて定められる。係数Aはたとえば初期値は1であるが、他の2つの係数B,Cとの組み合わせによって初期値とは異なるさまざまな値とされ、それによって充電電流値の減少幅が調整される。
まず、制御装置52は、前回充電電流が減少したか否かを判断する(ステップS18)。たとえば、図5に示されるフローチャートの前回のループにおいて充電電流減少処理(ステップS17)が実行された場合に、前回充電電流が減少したと判断される。前回充電電流が減少した場合(ステップS18:YES)、制御装置52は、係数Aを、(係数A+係数B)×係数Cに設定し(ステップS19)、充電電流値を、前回充電電流値-(減少電流値×係数A)として算出する(ステップS20)。減少電流値は、たとえば50mA程度であってよい。一方、前回充電電流が減少していない場合(ステップS18:NO)、制御装置52は、係数Aを1に設定し(ステップS21)、充電電流値を、前回充電電流値-(初期減少電流値×係数A)、つまり前回充電電流値-初期減少電流値(係数A=1のため)として算出する(ステップS22)。初期減少電流値は、たとえば50mA程度であってよい。
ステップS20またはステップS22の処理が完了した後、制御装置52は、充電電流値が最小値未満であるか判断する(ステップS23)。最小値は、上述の充電電流初期値であってよい。充電電流値が最小値未満の場合(ステップS23:YES)、制御装置52は、充電電流値を最小値とし(ステップS24)、ステップS25に処理を進める。なお、充電電流値が最小値以上の場合には(ステップS23:NO)、制御装置52は、ステップS24の処理をスキップして、ステップS25に処理を進める。
そして、制御装置52は、前回充電電流値が最小値でないか否かを判断する(ステップS25)。前回充電電流値が最小値でない場合(ステップS25:YES)、制御装置52は、充電電流値を、先のステップS20またはステップS23で算出された充電電流値に設定し(ステップS26)、ステップS27に処理を進める。そうでない場合(ステップS25:NO)、制御装置52は、ステップS26の処理をスキップして、ステップS27に処理を進める。
次に、制御装置52は、充電電流値が最小値を継続しているか否かを判断する(ステップS27)。たとえば、前回実行された充電電流減少処理においてもステップS24にて充電電流値が最小値とされた場合、充電電流値が最小値を継続していると判断される。充電電流値が最小値を継続している場合(ステップS27:YES)、制御装置52は、LBM状態が待機中(つまり充放電が強制停止中)であるとき(ステップS28:YES)には充電電流減少処理を終了し、そうでないとき(ステップS28:NO)には強制停止設定を行ったうえで(ステップS29)、充電電流減少処理を終了する。なお、先のステップS27において充電電流値が最小値を継続していない場合(ステップS27:NO)、制御装置52は、充電電流減少処理を終了する。
図7は、充電電流増加処理(ステップS37)において実行される処理の一例を示すフローチャートである。この充電電流増加処理は、充電電流値を、前回の充電電流値よりも増加させるための処理である。充電電流値の増加幅は、係数Aを用いて定められる。係数Aはたとえば初期値は1であるが、他の2つの係数B,Cを組み合わせることによって初期値とは異なる値とされ、それによって充電電流値の増加幅が調整される。
まず、制御装置52は、前回充電電流が増加したか否かを判断する(ステップS32)。具体的に、図5に示されるフローチャートの前回のループにおいて充電電流増加処理(ステップS31)が実行された場合に、前回充電電流が増加したと判断される。前回充電電流が増加した場合(ステップS32:YES)、制御装置52は、係数Aを、(係数A+係数B)×係数Cに設定し(ステップS33)、充電電流値を、前回充電電流値+(増加電流値×係数A)として算出する(ステップS34)。増加電流値は、たとえば50mA程度であってよい。一方、前回充電電流が増加していない場合(ステップS32:NO)、制御装置52は、係数Aを1に設定し(ステップS35)、充電電流値を、前回充電電流値+(初期増加電流値×係数A)、つまり前回充電電流値+初期増加電流値(A=1のため)として算出する(ステップS36)。初期増加電流値は、たとえば50mA程度であってよい。
ステップS34またはステップS36の処理が完了した後、制御装置52は、充電電流値が最大値より大きいか否かを判断する(ステップS37)。最大値は、たとえば30A程度であってよい。充電電流値が最大値より大きい場合(ステップS37:YES)、制御装置52は、充電電流値を最大値とし(ステップS38)、ステップS39に処理を進める。なお、充電電流値が最大値以下の場合には(ステップS37:NO)、制御装置52は、ステップS38の処理をスキップし、ステップS39に処理を進める。
そして、制御装置52は、前回充電電流値が最大値でないか否かを判断する(ステップS39)。前回充電電流値が最大値でない場合(ステップS39:YES)、制御装置52は、充電電流値を、先のステップS34またはステップS36で算出された充電電流値に設定し(ステップS40)、充電電流増加処理を終了する。そうでない場合(ステップS39:NO)、制御装置52は、ステップS40の処理をスキップして、充電電流増加処理を終了する。
次に、回帰処理について図8を用いて説明する。図8は、回帰処理において実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において「動作状態」は、回帰処理における直流電源システム10の状態を示す。動作状態は、フラグであってよい。一例として、回帰処理における動作状態は、1,2または5の3通りの動作状態が用いられる。動作状態=1は、回帰処理において蓄電池40が充電中(回帰充電中)であることを示す。動作状態=2は、回帰処理において蓄電池40が放電中(回帰放電中)であることを示す。動作状態=5は、回帰処理において蓄電池40のSOCが回帰SOCとなり、回帰処理が完了している状態を示す。
まず、制御装置52は、動作状態およびLBPM状態を確認する(ステップS61)。動作状態=1であって且つLBPM状態が充電中の場合、制御装置52は、ステップS71に処理を進める。動作状態=2であって且つLBPM状態が放電中の場合、制御装置52は、ステップS74に処理を進める。その他の場合、制御装置52は、ステップS62に処理を進める。動作状態=5であって且つLBPMが待機中の場合、制御装置52は、回帰処理を終了する。
ステップS62において、制御装置52は、蓄電池40のSOCが回帰SOC未満であるか否かを判断する。蓄電池40のSOCが回帰SOC未満の場合(ステップS62:YES)、制御装置52は、充電電流値を充電電流固定値(回帰時)に設定し、強制充電をONに設定し(ステップS69)、動作状態=1に設定し(ステップS70)、回帰処理を終了する。そうでない場合(ステップS62:NO)、制御装置52は、蓄電池40のSOCが回帰SOCより大きいか否かを判断する(ステップS63)。充電電流固定値(回帰時)は、たとえば20A程度であってよい。
蓄電池40のSOCが回帰SOCより大きい場合(ステップS63:YES)、制御装置52は、強制放電をONに設定し(ステップS67)、動作状態=2に設定し(ステップS68)、回帰処理を終了する。そうでない場合(ステップS63:NO)、制御装置52は、LBPM状態が待機中であるか否かを判断する(ステップS64)。
LBPM状態が待機中である場合(ステップS64:YES)、制御装置52は、動作状態=5に設定し(ステップS65)、回帰処理を終了する。そうでない場合には(ステップS64:NO)、制御装置52は、強制停止をONに設定したうえで(ステップS66)、動作状態=5に設定し(ステップS65)、回帰処理を終了する。
一方、ステップS71において、制御装置52は、蓄電池40のSOCが回帰SOC以上であるか否かを判断する。蓄電池40のSOCが回帰SOC以上の場合(ステップS71:YES)、制御装置52は、強制停止をONに設定し(ステップS72)、動作状態=5に設定し(ステップS73)、回帰処理を終了する。そうでない場合(ステップS71:NO)、制御装置52は、ステップS72,S73の処理をスキップし、回帰処理を終了する。
一方、ステップS74において、制御装置52は、蓄電池40のSOCが回帰SOC以下であるか否かを判断する。蓄電池40のSOCが回帰SOC以下の場合(ステップS74:YES)、制御装置52は、強制停止をONに設定し(ステップS75)、動作状態=5に設定し(ステップS76)、回帰処理を終了する。そうでない場合(ステップS74:NO)、制御装置52は、ステップS75,S76の処理をスキップし、回帰処理を終了する。
以上、たとえば図5〜図8を参照して説明したようにして、先に説明したPV充電処理(ステップS10)および回帰処理(ステップS60)が実行され得る。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
たとえば、上記実施形態では、整流器50内に電流センサ56a,56bおよび電圧センサ57aが設けられているが、これらのセンサは、整流器50の外部に設けられてもよい。
また、上記実施形態では、直流電源システム10が電力を供給する負荷は、無線基地局などの通信装置20であったが、負荷はこれに限定されるものではない。
また、上記実施形態では、天候に依らず回帰SOCと下限SOCを定めるものであったが、天気情報や日射量情報を取得できる場合には、下限SOCおよび回帰SOCを可変にしてもよい。たとえば雨の日に備えて、事前に、回帰SOCを高く設定しておくことで、その分夜間時間帯における外部電力を多く蓄電池40に充電することができるので、より積極的な夜間電力の活用が可能となる。
また、上記実施形態では、バス電圧(電力線PLの電圧)の監視により余剰電力発生の有無を検出するものであったが、太陽光発電装置30の出力電流、あるいは整流器50の出力電流を監視することにより、余剰電力発生の有無を検出してもよい。たとえば、理想的な環境(たとえば直流電源システム10内における電力ロスが無い場合)では、太陽光発電装置30の出力電流が、蓄電池40の充電電流および負荷の消費電流の合計電流と等しく、また、整流器50の出力電流がゼロの場合は、余剰電力が発生していると判断できる。
また、上記実施形態では、回帰SOCは、所定期間のうちの1日において発生し得る最大余剰電力量を蓄電池40に充電することが可能な蓄電池40のSOCとしていたが、より具体的に、回帰SOCはできるだけ高く設定されてよく、たとえば、所定期間のうちの1日において発生し得る最大余剰電力量を蓄電池に充電することが可能な蓄電池のSOCの上限値であってもよい。余剰電力量は、1日において発生した余剰電力を積算した値である。所定期間は、2日以上の期間であり、たとえば数週間〜数か月、あるいは数年の期間であってもよい。
最大余剰電力量は、所定期間のうちの1日において、太陽光発電装置30が発生し得る最大発電電力量から、通信装置20が消費し得る最小消費電力量を差し引いた電力量として定められてよい。太陽光発電装置30が発生し得る最大発電電力量は、太陽光発電装置30の設置地点における過去の気象情報に基づいて算出された電力量であってよい。気象情報は、たとえば日射データおよび気温データを含む。過去の気象情報と、太陽光発電装置30の設計データ(あるいは実験データ)とに基づけば、設置地点における太陽光発電装置30の発電電力が予測できるので、太陽光発電装置30が発生し得る最大発電電力量を算出することができる。通信装置20が消費し得る最小消費電力量は、たとえば、通信装置20の設計データ、あるいは実験データに基づいて算出される。前述したように、通信装置20の消費電力はほぼ一定であるので、その一定の消費電力に時間を積算すするだけで通信装置20の消費電力量(=最小消費電力量)を算出できる。このように最大余剰電力量を定め、また、最大発電電力量を算出することによって、回帰SOCをより適切なレベルに設定することができる。
なお、以上説明した直流電源システム10は、次のような動作も含むものであると言える。
すなわち、直流電源システム10は、太陽光発電装置30の発電量が通信装置20の消費電力を上回るときに、蓄電池40に余剰電力を充電しながら通信装置20に電力を供給し、昼間時間帯に太陽光発電装置30の発電量が通信装置20の消費電力を下回るときに、蓄電池40のSOCを一定以上に維持する範囲で通信装置20の消費電力を補うよう放電を行い、夜間に翌日の太陽光発電装置30の余剰電力を蓄える程度まで充電を行うことで、太陽光発電装置30の発電電力を活用し、日中に商用電源6からの電力を極力必要としないように蓄電池40を充放電する。
直流電源システム10は、バス電圧を監視することで太陽光発電装置30の余剰電力を充電できるように蓄電池40のSOCを調整する。
直流電源システム10は、蓄電池40の状態およびSOCを監視することで、蓄電池40のSOCを一定以上に維持する。
直流電源システム10は、時間帯に応じて蓄電池40の充放電制御を変更する。
直流電源システム10は、停電時には太陽光発電装置30および蓄電池40から通信装置20に電力を供給し、余剰電力は蓄電池40に充電する。
直流電源システム10は、整流器50の電圧(整流器出力電圧Vrc)を変更することで、太陽光発電装置30の発電量が通信装置20の消費電力を上回るときに、蓄電池40に余剰電力を充電しながら通信装置20に電力を供給し、昼間時間帯に太陽光発電装置30の発電量が通信装置20の消費電力を下回るときに、蓄電池40のSOCを一定以上に維持する範囲で通信装置20の消費電力を補うよう放電を行い、夜間に翌日の太陽光発電装置30の余剰電力を蓄える程度まで充電を行う。
直流電源システム10は、蓄電池40のSOCから蓄電池40の電圧(蓄電池電圧Vbat)を推定し、整流器50の電圧を、推定した蓄電池40の電圧に設定する。
直流電源システム10は、時間帯に応じて整流器50の電圧(整流器出力電圧Vrc)を変更する。
直流電源システム10は、蓄電池40の状態(LBPM状態)を待機状態とするように整流器50の電圧(整流器出力電圧Vrc)を調節する。
直流電源システム10は、停電時には太陽光発電装置30および蓄電池40から通信装置20に電力を供給し、余剰電力は蓄電池40に充電する。