JP6699575B2

JP6699575B2 - 蓄電池制御装置

Info

Publication number: JP6699575B2
Application number: JP2017016591A
Authority: JP
Inventors: 佳彦山口; 大橋　誠; 誠大橋
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2037-02-01
Also published as: JP2018125974A

Description

本発明は、蓄電池制御装置に関する。

近年、太陽電池とパワーコンディショナ（以下、ＰＣＳとも表記する）とを組み合わせた太陽光発電システムを、系統（商用電力系統）及び負荷（電力使用機器群）に接続することが盛んに行われているが、蓄電機能があった方が、太陽電池の発電電力を有効に利用できる。

そのため、蓄電機能を有さない太陽光発電システム（ハイブリッドＰＣＳが使用されていない太陽光発電システム）に、蓄電機能を付与するための様々な技術（例えば、特許文献１）が提案されている。

特開２０１３−１３８５３０号公報

蓄電機能を有さない太陽光発電システムに蓄電機能を付与するために、当該太陽光発電システムの太陽電池とＰＣＳとを接続する電力線に、蓄電池制御装置を介して蓄電池を接続することが考えられる。

そのような形で使用される蓄電池制御装置には、ＰＣＳによって電圧上昇抑制制御が開始された場合に蓄電池への充電電力を増やせることが望まれる。ＰＣＳから電圧上昇抑制に関する整定値を得るように、且つ、ＰＣＳの出力電圧が入力されるようにしておけば、ＰＣＳによって電圧上昇抑制制御が開始された場合に蓄電池への充電電力を増やせる蓄電池制御装置を実現できる。ただし、そのような構成を採用した場合、蓄電池制御装置の設置時に行わなければならない作業が増えることになるし、ＰＣＳが通信により設定値を読み出せない装置である場合もある。

そこで、本発明の課題は、太陽電池システムの太陽電池とＰＣＳとを接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置であって、太陽電池システムに良好な蓄電機能を付与できる、設置作業が容易な蓄電池制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の、太陽電池と最大電力点追従制御機能及び電圧上昇抑制機能を有するパワーコンディショナとを接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置は、前記電力線を流れる電力で前記蓄電池を充電するための電圧変換と、前記蓄電池に蓄えられている電力を前記電力線を介して前記パワーコンディショナに供給するための電圧変換とが可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで前記蓄電池の充放電電力を制御する制御部と、を備える。そして、本発明の蓄電池制御装置の制御部は、前記電力線の電圧の時間変化パターンに基づき、前記パワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働いているか否かを判定する判定機能を有し、前記判定機能による前記パワーコンディショナの前記電圧上昇抑制機能が働いているか否かの判定結果を利用して前記蓄電池の充放電電力を制御する。

すなわち、本発明の蓄電池制御装置は、ＰＣＳからの情報やＰＣＳの出力電力を使用せずに、ＰＣＳの電圧上昇抑制機能が働いているか否かを判定する構成を有する。従って、本発明の蓄電池制御装置を用いれば、ＰＣＳからの情報やＰＣＳの出力電力を必要とする蓄電池制御装置を用いた場合よりも設置作業が容易な形で、太陽電池システムに良好な蓄電機能を付与することができる。

本発明の電力変換装置に、前記判定機能による判定を周期的に行い、前記判定機能による判定結果が、否定的な判定結果から肯定的な判定結果に変化したときに、前記蓄電池への充電電力を増加させる制御部を採用しておいても良い。また、当該制御部に、前記蓄電池への充電電力の増加量を、前記判定結果の変化の前後における前記パワーコンディショナの入力電力の変化量に基づき、決定する機能を付与しておいても良い。

本発明によれば、太陽電池システムの太陽電池とＰＣＳとを接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置であって、太陽電池システムに良好な蓄電機能を付与できる、設置作業が容易な蓄電池制御装置を実現できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置の概略構成及び使用形態の説明図である。図２は、実施形態に係る蓄電池制御装置の制御部のハードウェア構成図である。図３は、山登り法によるＭＰＰＴ制御が行われているときのＤＣラインの電圧変化パターンの説明図である。図４は、実施形態に係る蓄電池制御装置の制御部が実行するＰＣＳ状態判定処理の流れ図である。図５は、実施形態に係る蓄電池制御装置の制御部が実行する蓄電制御処理の流れ図である。図６は、蓄電池の充電電力の好ましい増加量の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置１０の概略構成及び使用形態を示す。

図示してあるように、本実施形態に係る蓄電池制御装置１０は、蓄電池２５と太陽光発電システム３０とに接続されて使用される装置である。蓄電池制御装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、電圧センサ１４、電流センサ１６及び制御部２０を備える。

蓄電池制御装置１０が接続される太陽光発電システム３０は、太陽電池（ＰＶ）３１と、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）３２との間をＤＣライン４０により接続した、負荷３４及び系統３６に電力を供給するシステムである。ＰＣＳ３２は、山登り法によるＭＰＰＴ制御機能、電圧上昇抑制機能等を有する一般的なパワーコンディショナである。蓄電池制御装置１０は、このＰＣＳ３２にＰＶ３１の発電電力を伝送するためのＤＣライン４０と、蓄電池２５とに接続される。

蓄電池制御装置１０の設置時には、ＤＣライン４０に、ＰＶ３１の出力電流を測定するための電流センサ４２が取り付けられる。換言すれば、ＤＣライン４０の蓄電池制御装置１０の接続箇所よりもＰＶ３１側の部分に電流センサ４２が取り付けられる。そして、蓄
電池制御装置１０は、当該電流センサ４２とも接続される。

蓄電池制御装置１０が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、双方向の電圧変換が可能な直流電力変換装置である。電圧センサ１４、電流センサ１６は、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のＤＣライン４０側の入出力電圧、入出力電圧を測定するためのセンサである。蓄電池制御装置１０内には、電圧センサ１４、電流センサ１６以外の図示を省略したセンサ（ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の蓄電池２５側の入出力電圧を測定するための電流センサ等）も設けられている。

制御部２０は、電流センサ４２及び蓄電池制御装置１０内の各種センサの出力に基づき、各種処理（詳細は後述）を行うユニットである。この制御部２０には、各種設定を行うための操作パネル（図示略）が電気的に接続されている。蓄電池制御装置１０の設置時（運用開始前）には、この操作パネルを操作することにより、ＰＣＳ３２の型式名が蓄電池制御装置１０（制御部２０）に設定される。

なお、本実施形態に係る蓄電池制御装置１０の制御部２０は、図２に示した構成を有するユニット、すなわち、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと各種センサ用のインタフェース回路とＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御回路を組み合わせたユニットである。ただし、制御部２０は、他のハードウェア構成を有するユニット、例えば、マイクロコントローラとその周辺回路からなるユニット、であっても良い。

以下、蓄電池制御装置１０の構成、動作をさらに具体的に説明する。

蓄電池制御装置１０の制御部２０の不揮発性メモリ（ＲＯＭ）上には、各種ＰＣＳ３２についての電圧変化パターン情報が、各ＰＣＳ３２の型式名に対応づけられた形で記憶されている。ここで、或るＰＣＳ３２についての電圧変化パターン情報とは、そのＰＣＳ３２のＭＰＰＴ制御によって生じ得るＤＣライン４０の各電圧変化（電圧の上昇又は下降）の変化速度と持続時間とを示す情報のことである。

すなわち、山登り法によるＭＰＰＴ制御が行われると、ＤＣライン４０の電圧が図３に示したように変化する。ただし、ＰＣＳ３２により、ＭＰＰＴ制御の具体的な内容が異なっているため、制御部２０の不揮発性メモリ上には、各種ＰＣＳ３２についての電圧変化パターン情報が、各ＰＣＳ３２の型式名に対応づけられた形で記憶されている。

また、制御部２０は、充電電力制御処理、放電電力制御処理、ＰＣＳ状態判定処理等を行えるように、構成（プログラミング）されている。

放電電力制御処理は、蓄電池２５からＤＣライン４０（ＰＣＳ３２）に電力が供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する処理である。充電電力制御処理は、ＰＶ３１の発電電力の一部で蓄電池２５を充電されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する処理（詳細は後述）である。制御部２０は、各電力制御処理を、各電力制御処理の実行条件が満たされている場合に、実行する。

ＰＣＳ状態判定処理は、ＰＣＳ３２の状態が、電圧上昇抑制機能が働いていない通常状態であるか、電圧上昇抑制機能が働いている電圧上昇抑制状態であるかを判定するための、図４に示した手順の処理である。

制御部２０は、このＰＣＳ状態判定処理を、充電電力制御処理の実行中に、周期的に実行する。そして、ＰＣＳ状態判定処理を開始した制御部２０は、図示してあるように、まず、変化速度・持続時間特定処理（ステップＳ１０１）を行う。変化速度・持続時間特定
処理は、ＤＣライン４０の電圧を監視し、ほぼ一定速度で電圧が上昇又は下降した場合に、その電圧変化の変化速度と持続時間を特定して終了する処理である。

変化速度・持続時間特定処理を終えた制御部２０は、今回、変化速度及び持続時間を特定した電圧変化が、ＰＣＳ３２のＭＰＰＴ制御によるものであるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。制御部２０は、操作パネルの操作により設定されたＰＣＳ３２の型式名に対応づけられた形で不揮発性メモリに記憶されている電圧変化パターン情報を用いて、このステップの判断を行う。

そして、制御部２０は、今回の電圧変化が、ＰＣＳ３２のＭＰＰＴ制御によるものであると判断した場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）には、ＰＣＳ状態が通常状態であることを記憶（ステップＳ１０３）してから、このＰＣＳ状態判定処理を終了する。また、制御部２０は、今回の電圧変化が、ＰＣＳ３２のＭＰＰＴ制御によるものではないと判断した場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には、ＰＣＳ状態が電圧上昇抑制状態であることを記憶（ステップＳ１０４）してから、このＰＣＳ状態判定処理を終了する。

すなわち、電圧上昇抑制制御が開始されると、ＭＰＰＴ制御が行われている場合とは異なるパターンでＤＣライン４０の電圧が変化する。そして、電圧上昇抑制制御が終了すると、ＭＰＰＴ制御が開始されるので、上記手順の処理により電圧上昇抑制制御が行われているか否かを判定できる。

以下、制御部２０が実行する充電電力制御処理について説明する。
図５に、充電電力制御処理の流れ図を示す。

既に説明したように、充電電力制御処理は、充電電力制御処理の実行条件が満たされている場合に制御部２０が実行する処理である。

充電電力制御処理の実行条件が満たされたため、この充電電力制御処理を開始した制御部２０は、まず、現在の状況に応じた大きさの電力が蓄電池２５に充電されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する処理である充電制御を開始する（ステップＳ２０１）。制御部２０が実行する充電制御は、ＰＶ３１の発電電力を“現在の状況”とした処理である。ただし、“現在の状況”は、他の情報（例えば、ＰＶ３１の発電電力と現在時刻）であっても良い。

ステップＳ２０１の処理を終えた制御部２０は、ステップＳ２０２及びＳ２０３を繰り返している状態、すなわち、充電電力を現在の状況に応じた大きさの電力に調整（変更）しながら、電圧上昇抑制制御が開始されるのを監視している状態となる。

制御部２０は、充電電力制御処理の実行中に周期的に実行されているＰＣＳ状態判定処理の判定結果に基づき、ステップＳ２０３の判断を行う。具体的には、制御部２０は、ステップＳ２０３にて、周期的に実行されているＰＣＳ状態判定処理によるＰＣＳ状態の判定結果が、通常状態から電圧上昇抑制状態に変化したか否かを判断する。そして、制御部２０は、ＰＣＳ状態の判定結果が、通常状態から電圧上昇抑制状態に変化していた場合に、電圧上昇抑制制御が開始されたと判定する。

電圧上昇抑制制御が開始されたと判定した場合（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、制御部２０は、充電電力をその時点の電力よりも増加させる（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４の処理における充電電力の増加量は、“電圧上昇抑制制御が開始される前のＰＣＳ３２の入力電力−電圧上昇抑制制御が開始された後のＰＣＳ３２の入力電力”程度の量であることが好ましい。何故ならば、電圧上昇抑制制御が開始されると、図５に模式的
に示したように、ＰＣＳ３２への入力電力は、Ｗ１からＷ２まで低下する。すなわち、最大電力がＷ１であるにも拘わらず、ＰＶ３１からＷ２（＜Ｗ１）の電力しか取り出されないことになる。一方、ΔＷ（＝Ｗ２−Ｗ１）分の電力を蓄電池２５に充電すれば、ＰＣＳ３２への入力電力がＷ２となる状態でＰＶ３１から最大電力Ｗ１を取り出せるので、ＰＶ３１の発電能力を有効に利用できる。そのため、充電電力の増加量が、“電圧上昇抑制制御が開始される前のＰＣＳ３２の入力電力−電圧上昇抑制制御が開始された後のＰＣＳ３２の入力電力”程度の量であることが好ましいのである。

ステップＳ２０４の処理を終えた制御部２０は、ステップＳ２０５及びＳ２０６の処理を繰り返すことにより、以下のイベントのいずれかが発生するのを監視（待機）する。
・蓄電池２５が満充電となる。
・充電制御処理の終了条件が満たされる（充電電力制御処理の実行条件が満たされなくなる）。
・ＰＣＳ３２の電圧上昇抑制制御が終了する。

なお、制御部２０は、周期的に実行されているＰＣＳ状態判定処理によるＰＣＳ状態の判定結果が、電圧上昇抑制状態から通常状態に変化したときに、ＰＣＳ３２の電圧上昇抑制制御が終了したと判定する。

蓄電池２５が満充電となるか、充電制御処理の終了条件が満たされた場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、制御部２０は、充電制御を終了する。そして、制御部２０は、放電制御処理の実行条件（場合によっては、充電制御処理の実行条件）が満たされるのを待機する。

ＰＣＳ３２の電圧上昇抑制制御が終了したと判定した場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、制御部２０は、蓄電池２５の充電電力を、通常の電力（現在の状況に応じた大きさの電力）に戻す処理（ステップＳ２０７）を行ってから、ステップＳ２０２以降の処理を再び開始する。

以上、説明したように、本実施形態に係る蓄電池制御装置１０は、ＰＣＳ３２からの情報やＰＣＳ３２の出力電力を必要としない処理で、ＰＣＳの電圧上昇抑制機能が働いているか否かを判定する。従って、蓄電池制御装置１０は、ＰＣＳからの情報やＰＣＳの出力電力を必要とする蓄電池制御装置よりも、設置作業が容易なものとなる。また、蓄電池制御装置１０は、ＰＣＳの電圧上昇抑制機能が働いているか否かを考慮して充電電力を決定する。従って、蓄電池制御装置１０によれば、蓄電機能を有さない太陽光発電システムに、良好な蓄電機能（ＰＣＳの電圧上昇抑制機能が働いているか否かが考慮されて充電電力が決定される蓄電機能）を付与することが出来る。

《変形形態》
上記した実施形態の蓄電池制御装置１０は、様々な変形が可能なものである。例えば、蓄電池制御装置１０を、ＤＣライン４０の電圧のモニタ結果に基づき、ＰＣＳ３２のＭＰＰＴ制御により生じ得るＤＣライン４０の電圧変化パターンを特定（学習）する機能を有する装置（換言すれば、不揮発メモリに各種電圧変化パターン情報を予め記憶しておかなくても良い装置）に変形することが出来る。

１０蓄電池制御装置
１２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４電圧センサ
１６、４２電流センサ
２０制御部
２５蓄電池
３０太陽光発電システム
３１太陽電池
３２パワーコンディショナ
３４負荷
３６系統
４０ＤＣライン

Claims

太陽電池と最大電力点追従制御機能及び電圧上昇抑制機能を有するパワーコンディショナとを接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置であって、
前記電力線を流れる電力で前記蓄電池を充電するための電圧変換と、前記蓄電池に蓄えられている電力を前記電力線を介して前記パワーコンディショナに供給するための電圧変換とが可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することで前記蓄電池の充放電電力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電力線の電圧の時間変化パターンに基づき、前記パワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働いているか否かを判定する判定機能を有し、
前記判定機能による前記パワーコンディショナの前記電圧上昇抑制機能が働いているか否かの判定結果を利用して前記蓄電池の充放電電力を制御し、
前記制御部は、前記判定機能による判定を周期的に行い、前記判定機能による判定結果が、否定的な判定結果から肯定的な判定結果に変化したときに、前記蓄電池への充電電力を増加させ、
前記制御部は、前記蓄電池への充電電力の増加量を、前記判定結果の変化の前後における前記パワーコンディショナの入力電力の変化量に基づき、決定する
ことを特徴とする蓄電池制御装置。