JP6560286B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、電力を充放電可能に構成される蓄電池を備える蓄電システムに関する。

近年、環境対応又は災害対策の一環として、エネルギー消費量の削減を目的とする取り組みが重要視されている。このような背景から、需要地で消費される電力を貯蔵すると共に、必要に応じて電力を供給する蓄電システムが普及しつつある。例えば、停電の発生により、蓄電システムを構成する電子機器に対して商用電源からの給電が停止された場合、バックアップ用としての蓄電池から給電する技術が種々提案されている。

特許文献１には、商用電源から供給される電力を変換する第１電力変換部（ＡＣ／ＤＣ変換器）と、蓄電池から供給される電力を変換する第２電力変換部（ＤＣ／ＤＣ変換器）とが出力側で接続されており、第１電力変換部での出力電圧は、第２電力変換部での出力電圧よりも高く設定されている蓄電システムが提案されている。

国際公開第２０１３／１２８９８６号パンフレット（図１等）

ところで、蓄電システム向けの蓄電池は、一般的には数百Ｖ程度の高い定格電圧を有する。これに対して、特許文献１で提案される蓄電システムは、蓄電池全体の電源電圧がＤＣ／ＤＣ変換器に入力される接続形態を採用しているため、この電圧に耐え得る高電圧部品を搭載する必要がある。

この種の高電圧部品は、汎用的な電子部品と比べて高額であり、耐久性・耐環境性の観点から高い頻度での部品交換を必要とする。その結果、蓄電システムの製造・維持管理に関わるコストが高騰するという問題がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、そのシステムの一部を構成する電子機器に対して、商用電源からの給電が停止された後に引き続き給電可能であると共に、高電圧部品の取扱いの観点から製造・維持管理に関わるコストを抑制可能な蓄電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る「蓄電システム」は、電力を充放電可能に構成される蓄電池と、商用電源から供給される電力を変換する第１電力変換部と、前記蓄電池から供給される電力を変換する第２電力変換部と、前記第１電力変換部及び前記第２電力変換部の出力側接続点を経由して出力される電力により作動し、かつ前記蓄電池の動作に関与する電子機器を備え、前記第１電力変換部から出力される電力の電圧は、前記第２電力変換部から出力される電力の電圧よりも高く設定されており、前記蓄電池は、複数の蓄電要素が直列接続されてなり、前記第２電力変換部は、前記蓄電要素の総数よりも少ない個数の前記蓄電要素が入力側に接続された少なくとも１つの電力変換器を含んで構成される。

このように、第１電力変換部から出力される電力の電圧は、第２電力変換部から出力される電力の電圧よりも高く設定されているので、蓄電池の動作に関与する電子機器に対して商用電源からの給電が停止された場合、商用電源の代わりに蓄電池から給電されるようになる。

しかも、第２電力変換部に含まれる電力変換器には、蓄電池を構成する蓄電要素の総数よりも少ない個数の蓄電要素が入力側に接続されるので、蓄電池全体の電源電圧よりも低い電圧がこの電力変換器に入力される。耐電圧仕様の緩和により、比較的低廉な電子部品を搭載可能となると共に、部品交換の頻度が少なく済む。これにより、蓄電システムを構成する電子機器に対して、商用電源からの給電が停止された後に引き続き給電可能であると共に、高電圧部品の取扱いの観点から製造・維持管理に関わるコストを抑制できる。

また、前記第２電力変換部は、各々の入力側には前記蓄電要素が１つずつ接続され、かつ出力側が並列接続された複数の前記電力変換器を含んで構成されることが好ましい。複数の電力変換器のうち１つ以上が正常に作動すれば、第２電力変換部から電力が出力されるので、蓄電池からの給電の冗長性が高くなる。

また、前記蓄電池は、出力電圧が互いに等しい複数の前記蓄電要素が直列接続されてなることが好ましい。蓄電池から第２電力変換部側に向けて給電する際の消費電力が蓄電要素毎に略均等化されるので、各々の蓄電要素の劣化程度が略一様となり、蓄電池全体の寿命が長くなる。

また、前記電子機器は、前記蓄電池の充放電制御を行う充放電制御部として機能し、前記充放電制御部は、前記商用電源からの給電が停止されている場合、前記蓄電池の充電状態及び出力電圧に応じて前記蓄電池の放電制御を行うことが好ましい。

商用電源からの給電が停止した場合、蓄電池からの給電を常に優先してしまうと、性能の劣化を引き起こす蓄電池の状態にもかかわらず給電を継続することになる。そこで、蓄電池の充電状態のみならず出力電圧も併せて考慮することで、適切な作動範囲内において蓄電池から給電可能となり、蓄電池の性能の劣化を防止できる。

また、前記充放電制御部は、前記蓄電池のＳＯＣ値が第１閾値を上回り、かつ前記蓄電池の電圧値が第２閾値を上回る場合に前記第２電力変換部に対して給電し、それ以外の場合に前記第２電力変換部に対する給電を停止する放電制御を行うことが好ましい。蓄電池の電圧値が第２閾値を上回らない場合には、ＳＯＣ値が第１閾値を上回るにもかかわらず蓄電池からの給電を停止するので、蓄電池が過放電状態のまま給電するのを防止できる。

また、前記出力側接続点と前記電子機器の間に設けられたリレー回路を更に備え、前記蓄電池は、前記蓄電池とは別の発電設備から供給される電力を用いて充電可能に構成され、前記リレー回路は、該リレー回路の入力側及び出力側の間に配されたノーマリオープン型の第１リレーと、前記第１リレーが開状態となって前記電子機器に対する電力の出力が停止した後、停止時点からの経過時間又は指定時刻に応じて前記第１リレーを閉状態にするための第２リレーを有することが好ましい。

このように、リレー回路の入力側及び出力側の間に配されたノーマリオープン型の第１リレーと、電子機器に対する電力の出力が停止した後、停止時点からの経過時間又は時刻に応じて第１リレーを閉状態にするための第２リレーを設けたので、リレー回路の作動を通じて電子機器に対する給電を自動的かつ適時に再開できる。

ところで、蓄電池の電力残量が不十分な状態下にリレー回路の閉動作を行った場合、一旦起動した電子機器を電力不足のために再度停止しなければならない状況が起こり得る。そこで、リレー回路の作動時間を制限することで、電子機器の起動及び停止の繰り返しに起因する蓄電池の電力残量の浪費を防止できる効果もある。

また、前記充放電制御部は、前記第２リレーの作動によって前記第１リレーが閉状態である間に、前記発電設備の状態に関する判定条件を満たす場合、前記第２電力変換部に対する給電を開始する放電制御を行うことが好ましい。例えば、蓄電池の電力残量が少なくなって給電を一時的に停止した場合であっても、時間の経過によって発電設備からの給電が見込める状態であれば、蓄電池の放電制御を開始しても差し支えない。これにより、蓄電システムの運用を早期に復旧できる。

また、前記発電設備は、太陽光発電設備であり、前記第２リレーは、１日のうち昼間のいずれかの時刻から所定時間が経過するまでの間に閉状態になるよう制御されることが好ましい。昼間であれば太陽光発電設備が充電可能な状態になっている可能性が高いので、電子機器に対する給電を適時に再開できる。

また、前記第２電力変換部は、前記蓄電池の電圧を別の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電子機器への給電が停止している場合に、前記蓄電池の電圧を別の電圧に変換する動作を停止することが好ましい。これによれば、蓄電システムのシャットダウン時の、蓄電池の蓄電池容量の無駄な消費を抑えることが可能となる。

また、前記蓄電システムは、前記蓄電池と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に設けられたスイッチ回路を更に備え、スイッチ回路は、前記電子機器への給電が停止している場合に、前記蓄電池から前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ給電を遮断することが好ましい。これによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を容易に停止させることができる。

本発明に係る蓄電システムによれば、そのシステムの一部を構成する電子機器に対して、商用電源からの給電が停止された後に引き続き給電可能であると共に、高電圧部品の取扱いの観点から製造・維持管理に関わるコストを抑制できる。

第１実施形態に係る蓄電システムの電気ブロック図である。 図１に示す蓄電池及び第２電力変換部の電気回路図である。 図１に示すＥＭＳによるリレーの制御方法に関する説明図である。 第２実施形態に係る蓄電システムの電気ブロック図である。 図４に示すリレー回路の電気回路図である。 第１〜第４リレーの開閉条件を示す図である。 蓄電システムの通常起動時におけるリレー回路の動作シーケンスを示す図である。 停電後のシャットダウン時におけるリレー回路の動作シーケンスを示す図である。 蓄電システムのタイマ起動時におけるリレー回路の動作シーケンスを示す図である。 第３実施形態に係る蓄電システムの電気ブロック図である。 図１０に示すスイッチ回路の構成を示す図である。

以下、本発明に係る蓄電システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
先ず、第１実施形態に係る蓄電システム１０について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

＜蓄電システム１０の電気ブロック図＞
図１は、第１実施形態に係る蓄電システム１０の電気ブロック図である。蓄電システム１０は、蓄電池１２と、ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）１４と、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１６と、ＥＭＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１８と、第１電力変換部２０と、第２電力変換部２２を基本的に備える。

蓄電池１２は、電力を充放電可能に構成された二次電池、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池である。蓄電池１２は、単一のセル、或いは複数のセルを直列に接続して構成される蓄電モジュールである。なお、蓄電池１２の構成はこれ以外であってもよく、ナトリウム−硫黄電池、ニッケル水素電池を含む他の種類の二次電池、電気二重層タイプを含むキャパシタ、又はこれらを組み合わせた複合電池であってもよい。

ＰＣＳ１４は、交流電力（ＡＣ）及び直流電力（ＤＣ）の間で双方向に変換し、蓄電池１２と分電盤２８の間で電力の授受（蓄電池１２の充電／放電）を行う装置である。ＢＭＵ１６は、図示しない測定手段により測定された蓄電池１２の状態を示す物理量を逐次取得し、当該物理量に基づいて蓄電池１２の状態を診断する。

ＥＭＳ１８は、蓄電システム１０の各構成要素の制御を司る装置であり、例えばＰＣＳ１４を介した蓄電池１２の充放電制御、或いはリレー２４、２６に対するリレー制御を行う。ＥＭＳ１８は、ＰＣＳ１４及びＢＭＵ１６との間で相互に通信可能であると共に、リレー２４、２６に対して開閉動作を指示する信号を出力する。なお、リレー２４は、第２電力変換部２２と後述する出力側接続点Ｐの間に設けられると共に、リレー２６は、蓄電池１２とＰＣＳ１４の間に設けられている。

第１電力変換部２０は、分電盤２８を通じて商用電源３０から供給される電力を変換する。具体的には、第１電力変換部２０は、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器３２と、電力の逆流を防止するための逆流防止ダイオード３４を有する。ここでは、逆流防止ダイオード３４による電圧降下を含め、電圧がＶ１［Ｖ］（例えば、Ｖ１＝２４．５Ｖ）である電力が出力される。

第２電力変換部２２は、蓄電池１２から供給される電力を変換することで、電圧がＶ２［Ｖ］（Ｖ２＜Ｖ１；例えば、Ｖ２＝２４．０Ｖ）である電力を出力する。なお、第１電力変換部２０及び第２電力変換部２２の出力側同士は、１つの接続点（以下、出力側接続点Ｐ）にて合流接続されている。

ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６又はＥＭＳ１８は、出力側接続点Ｐを経由して出力される電力により作動し、かつ蓄電池１２の動作に関与する電子機器である。なお、出力側接続点ＰとＰＣＳ１４（或いは、ＢＭＵ１６、ＥＭＳ１８）の間には、開閉自在なスイッチ３６が設けられている。

＜蓄電システム１０の給電動作＞
続いて、蓄電システム１０の給電動作について図１を参照しながら説明する。ここで、スイッチ３６が「閉」状態である場合を想定する。

［１］通常時（非停電時）
第１電力変換部２０は、分電盤２８を通じて商用電源３０から供給される電力を変換した後、電圧がＶ１［Ｖ］である電力を出力する。また、第２電力変換部２２は、蓄電池１２から供給される電力を変換した後、電圧がＶ２［Ｖ］である電力を出力する。ここで、Ｖ１＞Ｖ２を満たすため、出力側接続点Ｐの下流側には、電圧が高い方である商用電源３０のみから電力が出力される。そうすると、ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６又はＥＭＳ１８は、出力側接続点Ｐを経由して出力される商用電源３０側の電力により作動し、蓄電池１２の動作に関与する。

［２］停電時
停電の発生により商用電源３０からの給電が停止されるので、第１電力変換部２０は電力を出力しない（実質的に０Ｖ）。一方、第２電力変換部２２は、蓄電池１２から供給される電力を変換した後、電圧がＶ２［Ｖ］である電力を出力する。これにより、出力側接続点Ｐの下流側には、電圧が高い方である蓄電池１２のみから電力が出力される。そうすると、ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６又はＥＭＳ１８は、出力側接続点Ｐを経由して出力される蓄電池１２側の電力により作動し、蓄電池１２の動作に関与する。

＜第２電力変換部２２の電気回路図＞
図２は、図１に示す蓄電池１２及び第２電力変換部２２の電気回路図である。この蓄電池１２は、出力電圧が同一の又は異なるＮ個（Ｎ≧２）の蓄電要素３８が直列接続されてなる。蓄電要素３８は、１つ又は２つ以上のセルから構成されており、本図例では、出力電圧が互いに略等しい１つのセルである。

第２電力変換部２２は、入力側には蓄電要素３８が１つずつ接続されたＮ個のＤＣ／ＤＣ変換器４０（電力変換器）と、各々のＤＣ／ＤＣ変換器４０の出力側に設けられたＮ個の逆流防止ダイオード４２を有する。各々のＤＣ／ＤＣ変換器４０の出力側が逆流防止ダイオード４２を介して並列接続されている。これにより、逆流防止ダイオード４２による電圧降下を含め、電圧がＶ２［Ｖ］である電力が出力される。

蓄電池１２全体の電源電圧（定格電圧）はＶ３［Ｖ］であり、具体的には数百Ｖ程度である。この場合、各々のＤＣ／ＤＣ変換器４０には、電圧がＶ３／Ｎ［Ｖ］に分割された電力が入力される。この回路構成によれば、Ｎ個のＤＣ／ＤＣ変換器４０のうち１つ以上が正常に作動すれば、第２電力変換部２２から電力が出力される。

つまり、故障により一部のＤＣ／ＤＣ変換器４０が作動しない場合であっても、第２電力変換部２２は、電圧がＶ２［Ｖ］である電力を正常に出力可能である。また、一部のＤＣ／ＤＣ変換器４０の作動を一時的に停止することで、第２電力変換部２２の作動に要する消費電力を低減可能である。また、蓄電池１２から第２電力変換部２２側に向けて給電する際の消費電力が蓄電要素３８毎に略均等化されるので、各々の蓄電要素３８の劣化程度が略一様となる。

＜第２電力変換部２２による効果＞
以上のように、この蓄電システム１０は、［１］商用電源３０から供給される電力を変換する第１電力変換部２０と、［２］蓄電池１２から供給される電力を変換する第２電力変換部２２と、［３］第１電力変換部２０及び第２電力変換部２２の出力側接続点Ｐを経由して出力される電力により作動し、かつ蓄電池１２の動作に関与する電子機器（ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６又はＥＭＳ１８）と、を備える。

また、［４］第１電力変換部２０から出力される電力の電圧は、第２電力変換部２２から出力される電力の電圧よりも高く設定されており、［５］蓄電池１２は、複数の蓄電要素３８が直列接続されてなり、［６］第２電力変換部２２は、蓄電要素３８の総数（Ｎ個）よりも少ない個数の蓄電要素３８が入力側に接続された１つ又は２つ以上のＤＣ／ＤＣ変換器４０（電力変換器）を含んで構成される。

このように、Ｖ１＞Ｖ２を満たすように設定することで、蓄電池１２の動作に関与する電子機器に対して商用電源３０からの給電が停止された場合、商用電源３０の代わりに蓄電池１２から給電されるようになる。

しかも、第２電力変換部２２に含まれるＤＣ／ＤＣ変換器４０には、Ｎ個よりも少ない個数（Ｍ個；１≦Ｍ＜Ｎ）の蓄電要素３８が入力側に接続されるので、蓄電池１２全体の電源電圧（Ｖ３）よりも低い電圧（＝Ｖ３／Ｎ）がこのＤＣ／ＤＣ変換器４０に入力される。耐電圧仕様の緩和により、比較的低廉な電子部品を搭載可能となると共に、部品交換の頻度が少なく済む。これにより、蓄電システム１０を構成する電子機器に対して、商用電源３０からの給電が停止された後に引き続き給電可能であると共に、高電圧部品の取扱いの観点から製造・維持管理に関わるコストを抑制できる。

また、第２電力変換部２２は、各々の入力側には蓄電要素３８が１つずつ接続され、かつ出力側が並列接続された複数のＤＣ／ＤＣ変換器４０を含んで構成されてもよい。複数のＤＣ／ＤＣ変換器４０のうち１つ以上が正常に作動すれば、第２電力変換部２２から電力が出力されるので、蓄電池１２からの給電の冗長性が高くなる。

また、蓄電池１２は、出力電圧が互いに等しい複数の蓄電要素３８が直列接続された構成であってもよい。蓄電池１２から第２電力変換部２２側に向けて給電する際の消費電力が蓄電要素３８毎に略等しいので、各々の蓄電要素３８の劣化程度が略一様となり、蓄電池１２全体の寿命が長くなる。

＜ＥＭＳ１８によるリレー２４、２６の制御方法＞
図３は、図１に示すＥＭＳ１８によるリレー２４、２６の制御方法に関する説明図である。より詳しくは、図３（Ａ）は蓄電池１２の充電状態に基づく開閉制御の決定例を示すと共に、図３（Ｂ）は蓄電池１２の出力電圧に基づく開閉制御の決定例を示す。

図３（Ａ）に示すように、リレー２６の開閉状態は、蓄電池１２の充電状態、つまり蓄電池１２の「ＳＯＣ」（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；単位は％）と「第１閾値Ｔｈ１」の大小関係に応じて制御される。本図から理解されるように、ＳＯＣ＞Ｔｈ１の関係を満たす場合は「閉」状態であり、ＳＯＣ≦Ｔｈ１の関係を満たす場合は「開」状態である。

ここで、第１閾値Ｔｈ１は、Ｃｓ＜Ｔｈ１≦Ｃｒを満たす任意の設定値である。なお、推奨下限値Ｃｒは、業者が推奨するＳＯＣ運用範囲の下限値である。シャットダウン判断値Ｃｓは、蓄電システム１０のシャットダウンが必要と判断される上限値である。

また、ブール値Ｂｃはリレー２４の開閉制御に関する第１論理値であり、値が１である場合は「真」であり、値が０である場合は「偽」である。ブール値Ｂｃは、蓄電池１２の充電状態、つまり蓄電池１２の「ＳＯＣ」と「シャットダウン判断値Ｃｓ」の大小関係に応じて決定される値である。本図から理解されるように、ＳＯＣ＞Ｃｓの関係を満たす場合はＢｃ＝１であり、ＳＯＣ≦Ｃｓの関係を満たす場合はＢｃ＝０である。

図３（Ｂ）に示すように、ブール値Ｂｖはリレー２４の開閉制御に関する第２論理値であり、値が１である場合は「真」であり、値が０である場合は「偽」である。ブール値Ｂｖは、蓄電池１２の出力電圧、つまり蓄電池１２の「電圧値Ｖ３」と「第２閾値Ｔｈ２」の大小関係に応じて決定される値である。本図から理解されるように、Ｖ３＞Ｔｈ２の関係を満たす場合はＢｖ＝１であり、Ｖ３≦Ｔｈ２の関係を満たす場合はＢｖ＝０である。ここで、第２閾値Ｔｈ２は、業者が推奨する電圧運用範囲の下限値であり、蓄電池１２の過放電状態を引き起こさない程度に高い電圧値に相当する。

リレー２４の開閉状態は、蓄電池１２の充電状態及び出力電圧の組み合わせに応じて制御される。具体的には、リレー２４の状態値は（Ｂｃ）ＡＮＤ（Ｂｖ）と表される。ここで、「１」の状態値は「閉」状態を示すと共に、「０」の状態値は「開」状態を示す。

＜蓄電池１２の放電制御＞
続いて、蓄電池１２の放電制御について図１及び図３を参照しながら説明する。ここでは、停電の発生により商用電源３０からの給電が停止されており、蓄電池１２を用いて電力を賄う場合を想定する。

［１］ＳＯＣ＞Ｔｈ１の場合
ＥＭＳ１８は、リレー２４、２６を共に閉状態にしながら蓄電池１２の放電制御を行う。これにより、蓄電池１２は、ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６及びＥＭＳ１８に、或いは必要に応じて外部の需要地（分電盤２８）に対する給電を行う。

［２］Ｃｓ＜ＳＯＣ≦Ｔｈ１の場合
ＥＭＳ１８は、リレー２４を閉状態に、かつリレー２６を開状態にしながら蓄電池１２の放電制御を行う。これにより、蓄電池１２は、ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６及びＥＭＳ１８に対する給電を行うと共に、外部の需要地（分電盤２８）に対する給電を停止する。

ここで、ＥＭＳ１８は、ユーザ（例えば、蓄電システム１０の管理者）による操作に応じて、第１閾値Ｔｈ１を任意の適正値に設定可能である。例えば、ユーザの裁量により推奨下限値Ｃｒよりも小さい第１閾値Ｔｈ１を設定することで、停電時であっても蓄電システム１０の動作を継続するための電力を自らの蓄電池１２で賄うことができる。特に、リレー２４の状態値が（Ｂｃ）ＡＮＤ（Ｂｖ）＝１を満たす場合、つまりＶ３＞Ｔｈ２を満たす場合には、適切な電圧運用範囲内にて蓄電池１２の放電制御が行われる。

ただし、ＥＭＳ１８は、リレー２４の状態値が（Ｂｃ）ＡＮＤ（Ｂｖ）＝０を満たす場合、つまりＶ３≦Ｔｈ２を満たす場合には、リレー２４を開状態にする動作（後述するシャットダウン動作）を例外的に行う。これにより、蓄電池１２が過放電状態になるのを事前に防止することができる。

［３］ＳＯＣ≦Ｃｓの場合
ＥＭＳ１８は、蓄電システム１０のシャットダウン動作を行う。これにより、リレー２４、２６は共に開状態になるので、ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６及びＥＭＳ１８に対する給電を停止する。

＜リレー２４、２６の制御方法による効果＞
以上のように、この蓄電システム１０は、［１］商用電源３０から供給される電力を変換する第１電力変換部２０と、［２］蓄電池１２から供給される電力を変換する第２電力変換部２２と、［３］第１電力変換部２０及び第２電力変換部２２の出力側接続点Ｐを経由して出力される電力により作動し、かつ蓄電池１２の充放電制御を行うＥＭＳ１８と、を備える。

そして、［４］第１電力変換部２０から出力される電力の電圧は、第２電力変換部２２から出力される電力の電圧よりも高く設定されており、［５］ＥＭＳ１８は、商用電源３０からの給電が停止されている場合、蓄電池１２の充電状態及び出力電圧に応じて蓄電池１２の放電制御を行う。

商用電源３０からの給電が停止した場合、蓄電池１２からの給電を常に優先してしまうと、性能の劣化を引き起こす蓄電池１２の状態にもかかわらず給電を継続することになる。そこで、蓄電池１２の充電状態（例えば、ＳＯＣ値）のみならず出力電圧（例えば、電圧値Ｖ３）も併せて考慮することで、適切な作動範囲内において蓄電池１２から給電可能となり、蓄電池１２の性能の劣化を防止できる。

特に、ＥＭＳ１８は、蓄電池１２のＳＯＣ値が第１閾値Ｔｈ１を上回り、かつ蓄電池１２の電圧値Ｖ３が第２閾値Ｔｈ２を上回る場合に第２電力変換部２２に対して給電し、それ以外の場合に第２電力変換部２２に対する給電を停止する放電制御を行うことが好ましい。蓄電池１２の電圧値Ｖ３が第２閾値Ｔｈ２を上回らない場合には、ＳＯＣ値が第１閾値Ｔｈ１を上回るにもかかわらず蓄電池１２からの給電を停止するので、蓄電池１２が過放電状態のまま給電するのを防止できる。

［第２実施形態］
続いて、第２実施形態に係る蓄電システム５０について、図４〜図９を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成要素に対して同一の参照数字を付すると共に、その説明を省略する場合がある。

＜蓄電システム５０の電気ブロック図＞
図４は、第２実施形態に係る蓄電システム５０の電気ブロック図である。この蓄電システム５０は、［１］外付けの発電設備５２と接続可能であり、［２］スイッチ３６の代わりにリレー回路５４が設けられ、［３］ＥＭＳ５６がリレー回路５４に対してリレー制御を行う点で、第１実施形態（図１の蓄電システム１０）の構成とは異なっている。

発電設備５２は、需要地に分散配置される小規模電源であり、この実施形態では太陽光を電気エネルギーに変換する太陽光発電設備である。発電設備５２は、太陽光発電に限られず、風力発電、地熱発電を含む再生可能エネルギー、又はガス発電を利用する発電設備であってもよい。或いは、発電設備５２は、蓄電部を備える電気自動車、燃料電池であってもよい。

ＥＭＳ５６は、蓄電システム５０の各構成要素の制御を司る装置であり、例えばＰＣＳ１４を介した蓄電池１２の充放電制御、或いはリレー２４、２６に対するリレー制御を行う。また、ＥＭＳ５６は、リレー回路５４の一部を構成する第２リレー６２（図５）の開閉制御を行う。

蓄電システム５０の周辺には、上記した分電盤２８、商用電源３０、発電設備５２の他に、外部変換器５８が設けられている。外部変換器５８は、発電設備５２から入力された直流電力を別の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器である。外部変換器５８の出力側は、蓄電システム５０に含まれる蓄電池１２に接続されている。すなわち、蓄電池１２は、発電設備５２から供給される電力を用いて充電可能に構成される。

＜リレー回路５４の説明＞
（１．電気回路図）
図５は、図４に示すリレー回路５４の電気回路図である。図６は、第１リレー６１〜第４リレー６４の開閉条件を示す図である。このリレー回路５４は、出力側接続点ＰとＥＭＳ５６の間に設けられており、第１リレー６１、第２リレー６２、第３リレー６３、第４リレー６４、及び入力部６６を有する。

図５及び図６に示すように、第１リレー６１は、ノーマリオープン型のリレー対であり、互いに連動する接続用リレー６１ａ及び入力用リレー６１ｂから構成される。第１リレー６１は、入力部６６の通電中に「閉」状態となり、入力部６６の非通電中に「開」状態となる。

第２リレー６２は、ノーマリオープン型のリレーである。第２リレー６２は、指定された所定の時刻（以下、指定時刻ともいう）から一定時間だけ「閉」状態となり、それ以外の時間には「開」状態となる。

第３リレー６３は、ノーマリオープン型のリレーである。第３リレー６３は、商用電源３０からの給電がある場合（つまり、商用電源３０による給電時）に「閉」状態となり、商用電源３０からの給電がない場合（つまり、商用電源３０による非給電時）に「開」状態となる。

第４リレー６４は、ノーマリクローズ型のリレーである。第４リレー６４は、ＥＭＳ５６による開閉制御に応じて「開」状態又は「閉」状態となる。なお、ＥＭＳ５６に対する給電が停止しており、非制御時には第４リレー６４は「閉」状態である。

図５に示すように、接続用リレー６１ａは、リレー回路５４の入力側及び出力側の間に配されている。この接続用リレー６１ａの上流側には、分岐点を経由して、入力部６６が分岐接続されている。この分岐点と入力部６６の間には、第２リレー６２、第３リレー６３、及び入力用リレー６１ｂが並列接続されている。なお、第４リレー６４は、分岐点とこの並列リレーの上流側接続点の間に配されている。

（２．通常起動時）
図７は、蓄電システム５０の通常起動時におけるリレー回路５４の動作シーケンスを示す図である。図５に示すリレー回路５４の開閉状態から、この動作シーケンスに従ってＥＭＳ５６に対して電力が供給される。なお、図７〜図９において、１点鎖線の矢印は、電力の供給路（すなわち、通電経路）を示す点に留意する。

先ず、図７（Ａ）に示すように、商用電源３０からの給電に伴い、開状態の第３リレー６３は、閉状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び第３リレー６３を経由し、入力部６６に至る通電経路が確立されるので、入力部６６に電力が供給される。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、入力部６６の通電に伴い、開状態の第１リレー６１は、閉状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から接続用リレー６１ａ及びリレー回路５４の出力側を経由し、ＥＭＳ５６に至る通電経路が確立されるので、ＥＭＳ５６に電力が供給される。これと併せて、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び入力用リレー６１ｂを経由し、入力部６６に至る通電経路も確立される。

（３．停電後のシャットダウン時）
図８は、停電後のシャットダウン時におけるリレー回路５４の動作シーケンスを示す図である。図７（Ｂ）に示すリレー回路５４の開閉状態から、この動作シーケンスに従って蓄電システム５０のシャットダウン動作が行われる。

先ず、図８（Ａ）に示すように、商用電源３０からの給電の停止に伴い、閉状態の第３リレー６３は、開状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び第３リレー６３を経由し、入力部６６に至る通電経路が切断される。ところが、入力用リレー６１ｂを経由する通電経路により、入力部６６に電力が引き続き供給される。その結果、ＥＭＳ５６に対する給電がそのまま継続される。

次いで、図８（Ｂ）に示すように、ＥＭＳ５６の開閉制御に応じて、閉状態の第４リレー６４は、開状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び入力用リレー６１ｂを経由し、入力部６６に至る通電経路が切断されるので、入力部６６に対する給電が停止される。

次いで、図８（Ｃ）に示すように、入力部６６の非通電に伴い、閉状態の第１リレー６１は、開状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から接続用リレー６１ａ及びリレー回路５４の出力側を経由し、ＥＭＳ５６に至る通電経路も切断されるので、ＥＭＳ５６に対する給電が停止される。これと併せて、開状態の第４リレー６４は、ＥＭＳ５６の非制御時にて閉状態に遷移する。

（４．タイマ起動時）
図９は、蓄電システム５０のタイマ起動時におけるリレー回路５４の動作シーケンスを示す図である。図５又は図８（Ｃ）に示すリレー回路５４の開閉状態から、この動作シーケンスに従って蓄電システム５０のタイマ動作が行われる。

先ず、図９（Ａ）に示すように、図示しないタイマで計測された指定時刻にて、開状態の第２リレー６２は、一時的に閉状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び第２リレー６２を経由し、入力部６６に至る通電経路が確立されるので、入力部６６に電力が供給される。

この指定時刻は、第１リレー６１が開状態となってＥＭＳ５６に対する電力の出力が停止した後の、直近の日における時刻（例えば、前日の夜間に停電があった場合、翌日の朝８時）である。特に、発電設備５２が太陽光発電設備である場合、１日のうち昼間のいずれかの時刻を指定してもよい。昼間であれば太陽光発電設備が充電可能な状態になっている可能性が高いので、ＥＭＳ５６に対する給電を適時に再開できるからである。

なお、第２リレー６２の遷移トリガは、指定時刻の到来に限られない。例えば、第１リレー６１が開状態となった時点（給電の停止時点）からの経過時間に応じて、第２リレー６２の開閉状態を遷移させてもよい。

次いで、図９（Ｂ）に示すように、入力部６６の通電に伴い、開状態の第１リレー６１は、閉状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から接続用リレー６１ａ及びリレー回路５４の出力側を経由し、ＥＭＳ５６に至る通電経路が確立されるので、ＥＭＳ５６に電力が供給される。これと併せて、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び入力用リレー６１ｂを経由し、入力部６６に至る通電経路も確立される。

また、ＥＭＳ５６は、第１リレー６１が閉状態である間に、発電設備５２の状態に関する判定条件を満たす場合、第２電力変換部２２に対する給電を開始する放電制御を行ってもよい。例えば、ＥＭＳ５６は、外部変換器５８にて測定された電圧値が所定値を上回っている場合、発電設備５２が給電可能な状態であるとして、第２電力変換部２２に対する給電を開始してもよい。

次いで、図９（Ｃ）に示すように、指定時刻から所定時間が経過した後、閉状態の第４リレー６４は、開状態に遷移する。これにより、リレー回路５４の入力側から第４リレー６４及び第２リレー６２を経由し、入力部６６に至る通電経路が切断される。ところが、入力用リレー６１ｂを経由する通電経路により、入力部６６に電力が引き続き供給される。その結果、ＥＭＳ５６に対する給電がそのまま継続される。

＜リレー回路５４による効果＞
以上のように、この蓄電システム５０は、［１］商用電源３０から供給される電力を変換する第１電力変換部２０と、［２］蓄電池１２から供給される電力を変換する第２電力変換部２２と、［３］第１電力変換部２０及び第２電力変換部２２の出力側接続点Ｐを経由して出力される電力により作動し、かつ蓄電池１２の動作に関与する電子機器（ＰＣＳ１４、ＢＭＵ１６又はＥＭＳ５６）と、［４］出力側接続点Ｐと電子機器の間に設けられたリレー回路５４と、を備える。

そして、［５］第１電力変換部２０から出力される電力の電圧は、第２電力変換部２２から出力される電力の電圧よりも高く設定されており、［６］蓄電池１２は、蓄電池１２とは別の発電設備５２から供給される電力を用いて充電可能に構成され、［７］リレー回路５４は、（７ａ）リレー回路５４の入力側及び出力側の間に配されたノーマリオープン型の第１リレー６１と、（７ｂ）第１リレー６１が開状態となって電子機器に対する電力の出力が停止した後、停止時点からの経過時間又は指定時刻に応じて第１リレー６１を閉状態にするための第２リレー６２を有する。

このように、リレー回路５４の入力側及び出力側の間に配されたノーマリオープン型の第１リレー６１と、電子機器に対する電力の出力が停止した後、停止時点からの経過時間又は指定時刻に応じて第１リレー６１を閉状態にするための第２リレー６２を設けたので、リレー回路５４の作動を通じて電子機器に対する給電を自動的かつ適時に再開できる。

ところで、蓄電池１２の電力残量が不十分な状態下にリレー回路５４の閉動作を行った場合、一旦起動した電子機器を電力不足のために再度停止しなければならない状況が起こり得る。そこで、リレー回路５４の作動時間を制限することで、電子機器の起動及び停止の繰り返しに起因する蓄電池１２の電力残量の浪費を防止できる効果もある。

また、ＥＭＳ５６は、第２リレー６２の作動によって第１リレー６１が閉状態である間に、発電設備５２の状態に関する判定条件を満たす場合、第２電力変換部２２に対する給電を開始する放電制御を行ってもよい。例えば、蓄電池１２の電力残量が少なくなって給電を一時的に停止した場合であっても、時間の経過によって発電設備５２からの給電が見込める状態であれば、蓄電池１２の放電制御を開始しても差し支えない。これにより、蓄電システム５０の運用を早期に復旧できる。

また、発電設備５２は、太陽光発電設備であり、第２リレー６２は、１日のうち昼間のいずれかの時刻から所定時間が経過するまでの間に閉状態になるよう制御されてもよい。昼間であれば太陽光発電設備が充電可能な状態になっている可能性が高いので、ＥＭＳ５６に対する給電を適時に再開できる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る蓄電システム６０について、図１０〜図１１を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成要素に対して同一の参照数字を付すると共に、その説明を省略する場合がある。

＜蓄電システム６０の電気ブロック図＞
図１０は、第３実施形態に係る蓄電システム６０の電気ブロック図である。この蓄電システム６０は、ＥＭＳ１６およびＢＭＵ１８等の電子機器の給電が停止している場合（シャットダウン時）に、第２電力変換部２２を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ４０による蓄電池１２の電圧を別の電圧に変換する動作を停止させる点で、第１実施形態（図１の蓄電システム１０）の構成とは異なっている。

具体的に、図１０に示される蓄電システム６０は、蓄電池１２と第２電力変換部２２との間に設けられたスイッチ回路８１と、スイッチ回路８１の開閉を制御するスイッチ制御部８２とを更に備える。

図１１は、図１０に示すスイッチ回路８１の構成を示す図である。
同図に示されるように、スイッチ回路８１は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の入力端子と蓄電池１２との間に接続された複数のスイッチ６１０から構成されている。ここで、各スイッチ６１０は、例えばリレーである。なお、各スイッチ６１０は、通常時において、オン状態となっている。

スイッチ制御部８２は、スイッチ回路８１のオン／オフを制御する機能部である。スイッチ制御部８２は、通常時にスイッチ回路８１をオンさせ、蓄電システム６０のシャットダウン時、すなわちＢＭＵ１６およびＥＭＳ１８への給電が停止している時に、スイッチ回路８１をオフさせる。具体的には、スイッチ制御部８２は、蓄電システム１０のシャットダウン後、所定時間が経過したら、スイッチ回路８１をオン状態からオフ状態に遷移させる。より具体的には、スイッチ制御部８２は、例えばタイマ回路を含んで構成され、シャットダウン後、上記タイマ回路に設定された時間が経過したら、制御信号を出力してスイッチ回路８１をオフさせる。

これにより、蓄電システム６０のシャットダウン時には、蓄電池１２から各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ給電が遮断され、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作が停止する。

第３実施形態に係る蓄電システム６０によれば、以下に説明するように、蓄電池１２の劣化を抑えることが可能となる。
蓄電システム６０では、シャットダウン時であっても、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が動作している場合には、蓄電池１２から各ＤＣ／ＤＣコンバータにわずかながら暗電流が流れる。そのため、蓄電システム６０のシャットダウン中の蓄電池１２の放電により、蓄電池容量が放電下限値よりも小さくなった場合、蓄電池１２が劣化するおそれがある。

また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０間の特性の個体差により、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の消費電力は、わずかながら相違する。そのため、蓄電システム１０のシャットダウン時に各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が動作していると、蓄電池１２を構成する各蓄電要素３８間で蓄電池容量のばらつきが生じるおそれがある。各蓄電要素３８間の蓄電池容量のばらつきが生じている状態において蓄電池１２の充放電を繰り返し行った場合、一部の蓄電要素３８が劣化するおそれがある。

これに対し、第３実施形態に係る蓄電システム６０によれば、蓄電システム６０のシャットダウン時に、スイッチ回路８１によって蓄電池１２と各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０とを解列させて、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作を停止させるので、蓄電池１２から各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に流れる暗電流の発生を防止することができる。これにより、蓄電システム６０のシャットダウン時に蓄電池容量の無駄な消費を抑えることができるので、上述した蓄電池１２の劣化を抑えることが可能となる。

［備考］
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、上記実施形態において、第１閾値Ｔｈ１がＣｓ＜Ｔｈ１≦Ｃｒの条件を満たすとして説明したが、これに限られず、Ｔｈ１＝Ｃｓとしてもよい。この場合、ＳＯＣ≦Ｃｓの関係を満たしたとき、リレー２４とリレー２６が共に「開」状態となる。

また、上記実施形態では、出力側接続点Ｐと第２電力変換部２２との間にリレー２４を設け、そのリレー２４を制御することによって蓄電池の充放電を制御する手法を例示したが、これに限られない。例えば、スイッチ３６を制御することによって蓄電池の充放電を制御してもよいし、図１において出力側接続点Ｐと第２電力変換部２２とを短絡するとともにスイッチ３６の位置にリレー２４を設け、そのリレー２４を制御することによって蓄電池の充放電を制御してもよい。

第３実施形態において、スイッチ回路８１によって蓄電池１２と各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０とを解列させることで、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作を停止させる場合を例示したが、これに限られない。例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０として、動作停止機能付きＤＣ／ＤＣコンバータを採用してもよい。この場合、蓄電システム６０のシャットダウン後、所定時間が経過したら、スイッチ制御部８２が各ＤＣ／ＤＣコンバータに対して、動作停止の指示を送信する。これによれば、スイッチ回路８１を用いる場合と同様に、蓄電システム６０のシャットダウン時に各ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作を停止させことができるので、蓄電池１２の蓄電池容量の無駄な消費を防ぐことが可能となる。

また、第３実施形態では、第１実施形態に係る蓄電システム１０の基本構成に、スイッチ回路８１およびスイッチ制御部８２を追加する場合を例示したが、第２実施形態に係る蓄電システム５０の基本構成に、スイッチ回路８１およびスイッチ制御部８２を追加してもよい。

１０、５０、６０‥蓄電システム １２‥蓄電池
１４‥ＰＣＳ（電子機器） １６‥ＢＭＵ（電子機器）
１８、５６‥ＥＭＳ（電子機器、蓄電池制御部）
２０‥第１電力変換部 ２２‥第２電力変換部
２４、２６‥リレー ２８‥分電盤
３０‥商用電源 ３２‥ＡＣ／ＤＣ変換器
３４、４２‥逆流防止ダイオード ３６‥スイッチ
３８‥蓄電要素 ４０‥ＤＣ／ＤＣ変換器（電力変換器）
５２‥発電設備（太陽光発電設備） ５４‥リレー回路
５８‥外部変換器 ６１‥第１リレー
６１ａ‥接続用リレー ６１ｂ‥入力用リレー
６２‥第２リレー ６３‥第３リレー
６４‥第４リレー ６６‥入力部
Ｐ‥出力側接続点
８１・・スイッチ回路
８２・・スイッチ制御部
６１０・・スイッチ

Claims (9)

1. 電力を充放電可能に構成される蓄電池と、
   商用電源から供給される電力を変換する第１電力変換部と、
   前記蓄電池から供給される電力を変換する第２電力変換部と、
   前記第１電力変換部及び前記第２電力変換部の出力側接続点を経由して出力される電力により作動し、かつ前記蓄電池の動作に関与する電子機器と
   前記出力側接続点と前記電子機器の間に設けられたリレー回路と、
   を備え、
   前記第１電力変換部から出力される電力の電圧は、前記第２電力変換部から出力される電力の電圧よりも高く設定されており、
   前記蓄電池は、複数の蓄電要素が直列接続されてなり、
   前記第２電力変換部は、前記蓄電要素の総数よりも少ない個数の前記蓄電要素が入力側に接続された少なくとも１つの電力変換器を含んで構成され、
   前記蓄電池は、前記蓄電池とは別の発電設備から供給される電力を用いて充電可能に構成され、
   前記リレー回路は、
   該リレー回路の入力側と出力側の間に配されたノーマリオープン型の第１リレーと、
   前記第１リレーが開状態となって前記電子機器に対する電力の出力が停止した後、停止時点からの経過時間又は指定時刻に応じて前記第１リレーを閉状態にするための第２リレーとを有する
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. 前記第２電力変換部は、各々の入力側には前記蓄電要素が１つずつ接続され、かつ出力側が並列接続された複数の前記電力変換器を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記蓄電池は、出力電圧が互いに等しい複数の前記蓄電要素が直列接続されてなることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記電子機器は、前記蓄電池の充放電制御を行う充放電制御部として機能し、
   前記充放電制御部は、前記商用電源からの給電が停止されている場合、前記蓄電池の充電状態及び出力電圧に応じて前記蓄電池の放電制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の蓄電システム。
5. 前記充放電制御部は、前記蓄電池のＳＯＣ値が第１閾値を上回り、かつ前記蓄電池の電圧値が第２閾値を上回る場合に前記第２電力変換部に対して給電し、それ以外の場合に前記第２電力変換部に対する給電を停止する放電制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
6. 前記充放電制御部は、前記第２リレーの作動によって前記第１リレーが閉状態である間に、前記発電設備の状態に関する判定条件を満たす場合、前記第２電力変換部に対する給電を開始する放電制御を行うことを特徴とする、請求項４または５に記載の蓄電システム。
7. 前記発電設備は、太陽光発電設備であり、
   前記第２リレーは、１日のうち昼間のいずれかの時刻から所定時間が経過するまでの間に閉状態になるよう制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
8. 前記第２電力変換部は、前記蓄電池の電圧を別の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電子機器への給電が停止している場合に、前記蓄電池の電圧を別の電圧に変換する動作を停止する
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の蓄電システム。
9. 前記蓄電池と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に設けられたスイッチ回路を更に備え、
   前記スイッチ回路は、前記電子機器への給電が停止している場合に、前記蓄電池から前記ＤＣ／ＤＣコンバータへの給電を遮断する
   ことを特徴とする請求項８に記載の蓄電システム。

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