JP6927836B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電システムに関する。

従来の蓄電システムとしては、例えば、特許文献１に記載のものや、図４に示す蓄電システム１Ｂが知られている。蓄電システム１Ｂは、蓄電池２と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、双方向インバータ４と、ノイズフィルタ５と、制御回路６Ｂとを備える。

さらに、蓄電システム１Ｂは、リレーＳ１〜Ｓ８と、電流センサ７Ｂ，７Ｃ，８と、電圧検出回路９〜１１と、端子Ｔ１〜Ｔ６とを備える。図５に示すように、端子Ｔ１，Ｔ２には、系統Ｇ、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの通常出力および負荷が接続される。端子Ｔ３，Ｔ４には、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力が接続される。端子Ｔ５，Ｔ６には、系統停電時でも電力供給を要する重要負荷Ｒ（例えば、冷蔵庫）が接続される。太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力は、系統停電時にのみ発電電力を端子Ｔ３，Ｔ４に出力する。

系統通電時、制御回路６Ｂは、リレーＳ１〜Ｓ４をオン状態、リレーＳ５〜Ｓ８をオフ状態にする。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４は、制御回路６Ｂの制御下で、系統電力や太陽光発電装置ＰＶの発電電力によって蓄電池２を充電したり、蓄電池２を放電させたりする。蓄電池２の放電時、放電電力は、端子Ｔ１，Ｔ２に接続された負荷および端子Ｔ５，Ｔ６に接続された重要負荷Ｒに供給される。蓄電池２の放電時、制御回路６Ｂは、電流センサ７Ｂの電流値（放電電流の電流値）が所定の許容電流値を超えないように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御する。

系統停電時で太陽光発電装置ＰＶが発電していない場合、制御回路６Ｂは、リレーＳ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８をオフ状態、リレーＳ５，Ｓ６をオン状態にする。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４は、制御回路６Ｂの制御下で、蓄電池２を放電させる。蓄電池２の放電電力は、端子Ｔ５，Ｔ６に接続された重要負荷Ｒに供給される。制御回路６Ｂは、電流センサ８の電流値が所定の許容電流値を超えないように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御する。

系統停電時で太陽光発電装置ＰＶが発電している場合、制御回路６Ｂは、リレーＳ１〜Ｓ４をオフ状態、リレーＳ５〜Ｓ８をオン状態にする。制御回路６Ｂは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、太陽光発電装置ＰＶの発電電力を活用して蓄電池２を充電したり、発電電力を重要負荷Ｒに供給したりする。また、制御回路６Ｂは、電圧検出回路１０および電流センサ７Ｃにより太陽光発電装置ＰＶの最大電力点を探しながら、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力から電力を取り出す。

特開２０１７−２２８８４号公報

上記のとおり、従来の蓄電システム１Ｂでは、３つの電流センサ（電流センサ７Ｂ，７Ｃ，８）を使用している。電流センサは一般的に高価であるため、３つの電流センサ７Ｂ，７Ｃ，８を備えた従来の蓄電システム１Ｂでは、部品費用が増大するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、部品費用を削減することが可能な蓄電システムを提供することにある。

蓄電池を備えた蓄電システムであって、
系統からの系統電力が入力される第１端子と、
系統停電時にのみ発電装置からの発電電力が入力される第２端子と、
前記系統電力または前記発電電力により前記蓄電池を充電する充電動作と、前記蓄電池の放電電力を前記第１端子から出力する放電動作と、を行う電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御回路と、
前記電力変換部と前記第１端子とを接続する第１電線および前記電力変換部と前記第２端子とを接続する第２電線に対して共通して設けられた電流センサと、
を備え、
前記第１電線は、系統通電時に電流が流れ、前記系統停電時で前記第２端子に前記発電電力が入力されている場合には電流が流れず、
前記第２電線は、前記系統通電時には電流が流れず、前記系統停電時で前記第２端子に前記発電電力が入力されている場合に電流が流れ、
前記制御回路は、
前記第１端子に前記系統電力が入力されている場合、前記電流センサが検出した電流値を、前記第１電線を流れる第１電流の電流値として処理し、
前記第２端子に前記発電電力が入力されている場合、前記電流センサが検出した電流値を、前記第２電線を流れる第２電流の電流値として処理し、
前記放電動作のときに、前記電流センサが検出した電流値が所定の許容電流値を超えないように前記電力変換部を制御する
ことを特徴とする。

この構成によれば、電流センサを１つ削減することができるので、蓄電システムとして部品費用を削減することができる。特に電流センサは比較的高価なため、電流センサの削減によりコスト低減に大きく寄与する。

本発明に係る蓄電システムは、
前記系統電力、前記発電電力または前記放電電力の少なくとも１つが出力される第３端子を備え、
前記電力変換部は、前記放電動作時に、前記放電電力を前記第１端子および前記第３端子から出力するように構成できる。

本発明に係る蓄電システムは、
前記系統からの系統電圧を検出する系統電圧検出回路と、
前記発電装置からの発電電圧を前記系統停電時にのみ検出する発電電圧検出回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記系統電圧検出回路が前記系統電圧を検出している間は、前記電流センサが検出した電流値を前記第１電流の電流値として処理する一方、
前記発電電圧検出回路が前記発電電圧を検出している間は、前記電流センサが検出した電流値を前記第２電流の電流値として処理することが好ましい。

本発明によれば、部品費用を削減することが可能な蓄電システムを提供することができる。

本発明に係る蓄電システムのブロック図である。 本発明に係る蓄電システムの制御のフローチャートである。 本発明に係る蓄電システムの制御のフローチャート（図２の続き）である。 従来の蓄電システムのブロック図である。 従来の蓄電システムと系統、重要負荷および太陽光発電装置等との接続関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る蓄電システムの実施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システム１Ａを示す。蓄電システム１Ａは、蓄電池２と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、双方向インバータ４と、ノイズフィルタ５と、制御回路６Ａ（例えば、マイコン）と、端子Ｔ１〜Ｔ６と、リレーＳ１〜Ｓ８とを備える。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４は、本発明の「電力変換部」に相当する。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、一端側に蓄電池２が接続され、他端側に双方向インバータ４が接続される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、制御回路６Ａの制御下で、双方向インバータ４から供給された直流電力を昇圧または降圧して蓄電池２に供給したり、蓄電池２から供給された直流電力（放電電力）を昇圧または降圧して双方向インバータ４に供給したりする。

双方向インバータ４は、一端側に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３が接続され、他端側にノイズフィルタ５が接続される。双方向インバータ４は、制御回路６Ａの制御下で、ノイズフィルタ５側から供給された交流電力を直流化して双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３に供給したり、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３から供給された直流電力を交流化してノイズフィルタ５側に供給したりする。

端子Ｔ１，Ｔ２（本発明の「第１端子」に相当）は、リレーＳ１，Ｓ２を介してノイズフィルタ５に接続される。端子Ｔ１，Ｔ２には、系統Ｇ、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの通常出力および負荷が接続される。端子Ｔ５，Ｔ６（本発明の「第３端子」に相当）は、リレーＳ１〜Ｓ４を介する経路またはリレーＳ５，Ｓ６を介する経路でノイズフィルタ５に接続される。端子Ｔ５，Ｔ６には、系統停電時でも電力供給を要する重要負荷Ｒ（例えば、冷蔵庫）が接続される。端子Ｔ３，Ｔ４（本発明の「第２端子」に相当）は、リレーＳ７，Ｓ８を介してノイズフィルタ５に接続される。端子Ｔ３，Ｔ４には、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力が接続される。太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力は、系統停電時にのみ発電電力を端子Ｔ３，Ｔ４に出力する。上記のとおり、端子Ｔ１〜Ｔ６と、系統Ｇ、重要負荷Ｒおよび太陽光発電装置ＰＶ等との接続関係は、図５に示す従来の蓄電システム１Ｂと同様である。

リレーＳ１〜Ｓ８は、制御回路６Ａの制御下で、オン状態とオフ状態とが切り替わる。例えば、系統通電時、リレーＳ１〜Ｓ４はオン状態になり、リレーＳ５〜Ｓ８はオフ状態になる。系統停電時で太陽光発電装置ＰＶが発電していない場合、リレーＳ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８はオフ状態になり、リレーＳ５，Ｓ６はオン状態になる。系統停電時で太陽光発電装置ＰＶが発電している場合、リレーＳ１〜Ｓ４はオフ状態になり、リレーＳ５〜Ｓ８はオン状態になる。

蓄電システム１Ａは、第１電流センサ７Ａ（本発明の「電流センサ」に相当）と、第２電流センサ８と、系統電圧検出回路９と、発電電圧検出回路１０と、自立出力電圧検出回路１１とを備える。

第１電流センサ７Ａは、ノイズフィルタ５と端子Ｔ１とを接続する第１電線Ｌ１およびノイズフィルタ５と端子Ｔ３とを接続する第２電線Ｌ２に設けられている。具体的には、第１電流センサ７Ａは、円環形状の電流トランスであり、第１電流センサ７Ａの中心の穴に、第１電線Ｌ１および第２電線Ｌ２が通されている。第１電流センサ７Ａは、検出した電流値を制御回路６Ａに出力する。

系統通電時は、第１電線Ｌ１に電流が流れ、第２電線Ｌ２には電流が流れない。一方、系統停電時（太陽光発電装置ＰＶが発電している場合）は、第２電線Ｌ２に電流が流れ、第１電線Ｌ１には電流が流れない。このため、制御回路６Ａは、端子Ｔ１，Ｔ２に系統電力が入力されている場合、第１電流センサ７Ａが検出した電流値を、第１電線Ｌ１を流れる第１電流の電流値として処理する。一方、端子Ｔ３，Ｔ４に発電電力が入力されている場合、制御回路６Ａは、第１電流センサ７Ａが検出した電流値を、第２電線Ｌ２を流れる第２電流の電流値として処理する。

蓄電池２の充電時における第１電流は、系統Ｇから供給される系統電流である。蓄電池２の放電時における第１電流は、端子Ｔ１，Ｔ２に接続された負荷および端子Ｔ５，Ｔ６に接続された重要負荷Ｒに供給される蓄電池２の放電電流である。第２電流は、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力から供給される発電電流である。

第２電流センサ８は、第１電線Ｌ１と端子Ｔ５とを接続する電線に設けられている。第２電流センサ８は、第１電流センサ７Ａと同様に、円環形状の電流トランスである。第２電流センサ８は、重要負荷Ｒに供給される電流を検出し、その電流値を制御回路６Ａに出力する。

系統電圧検出回路９は、端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧を検出する。発電電圧検出回路１０は、端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧を検出する。自立出力電圧検出回路１１は、端子Ｔ５，Ｔ６間の電圧を検出する。系統電圧検出回路９、発電電圧検出回路１０および自立出力電圧検出回路１１は、検出した電圧値を制御回路６Ａに出力する。

系統通電時、制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、系統電力によって蓄電池２を充電したり、蓄電池２を放電させたりする。蓄電池２の放電時、制御回路６Ａは、第１電流センサ７Ａの電流値が所定の許容電流値を超えないように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御する。

系統停電時で太陽光発電装置ＰＶが発電していない場合、制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、蓄電池２を放電させる。制御回路６Ａは、第２電流センサ８の電流値が所定の許容電流値を超えないように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御する。

系統停電時で太陽光発電装置ＰＶが発電している場合、制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御し、太陽光発電装置ＰＶの発電電力を活用して蓄電池２を充電したり、発電電力を重要負荷Ｒに供給したりする。また、制御回路６Ａは、発電電圧検出回路１０および第１電流センサ７Ａにより太陽光発電装置ＰＶの最大電力点を探しながら、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの自立出力から電力を取り出す。

次に、図２および図３を参照して、制御回路６Ａの制御フローについて説明する。

系統通電時において、蓄電システム１Ａは、制御回路６Ａの制御下で通常運転状態となる（ステップＳ１）。具体的には、制御回路６Ａは、リレーＳ１〜Ｓ４をオン状態、リレーＳ５〜Ｓ８をオフ状態にする。制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、系統電力によって蓄電池２を充電したり、蓄電池２を放電させたりする。

通常運転状態では、制御回路６Ａは、系統電圧検出回路９が検出した電圧値に応じて停電の有無を判定する。系統電圧検出回路９が系統電圧を検出している間（ステップＳ２でＮＯ）、制御回路６Ａは、停電なしと判定して通常運転状態を継続する。なお、太陽光発電装置ＰＶが通常時に発電している場合（太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの通常出力が接続される場合）、系統電圧検出回路９で検出される電圧は系統電圧として処理される。

停電時は太陽光発電装置ＰＶ用パワーコンディショナの通常出力も蓄電システム１Ａと同様にリレーによって系統Ｇと切り離されるため、太陽光発電装置ＰＶが発電しているときも系統電圧検出回路９で電圧が検出されることがない。このため、系統電圧検出回路９が系統電圧を検出しない場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御回路６Ａは、停電ありと判定して、リレーＳ１〜Ｓ４をオフ状態にして（ステップＳ３）、リレーＳ５，Ｓ６をオン状態にする（ステップＳ４）。

次いで、制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、蓄電池２を放電させる。蓄電池２の放電電圧は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４により１００Ｖの交流電圧に変換され、端子Ｔ５，Ｔ６に接続された重要負荷Ｒに供給される（ステップＳ５）。制御回路６Ａは、第２電流センサ８の電流値が所定の許容電流値を超えないように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御する。

太陽光発電装置ＰＶが発電している場合、発電電圧検出回路１０は、発電電圧を検出する（ステップＳ６）。制御回路６Ａは、発電電圧検出回路１０が発電電圧を検出している間、第１電流センサ７Ａが検出した電流値を、第２電線Ｌ２を流れる第２電流の電流値として処理するとともに（ステップＳ７）、リレーＳ７，Ｓ８をオン状態にする（ステップＳ８）。

制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を、予め設定されたＰＶ活用動作モードで動作させる（ステップＳ９）。例えば、制御回路６Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３および双方向インバータ４を制御して、太陽光発電装置ＰＶの発電電力で蓄電池２を充電したり、発電電力を重要負荷Ｒに供給したりする。

太陽光発電装置ＰＶが発電していない場合、発電電圧検出回路１０は、発電電圧を検出しない（ステップＳ１０でＮＯ）。制御回路６Ａは、発電電圧検出回路１０が発電電圧を検出しなくなると、リレーＳ７，Ｓ８をオフ状態にする（ステップＳ１１）。制御回路６Ａは、第１電流センサ７Ａが検出する電流値を、第１電線Ｌ１を流れる第１電流の電流値として処理する（ステップＳ１２）。

系統が復電した場合、系統電圧検出回路９は、系統電圧を検出する（ステップＳ１３でＹＥＳ）。制御回路６Ａは、蓄電池２の放電を停止させ（ステップＳ１４）、リレーＳ５，Ｓ６をオフ状態にして（ステップＳ１５）、リレーＳ１〜Ｓ４をオン状態にする（ステップＳ１６）。これにより、通常運転状態に移行する（ステップＳ１）。

結局、本実施形態に係る蓄電システム１Ａでは、端子Ｔ１，Ｔ２に系統電力が入力されている場合、第１電流センサ７Ａが検出した電流値を、第１電線Ｌ１を流れる第１電流の電流値として処理する。一方、端子Ｔ３，Ｔ４に発電電力が入力されている場合、制御回路６Ａは、第１電流センサ７Ａが検出した電流値を、第２電線Ｌ２を流れる第２電流の電流値として処理する。これにより、本実施形態に係る蓄電システム１Ａでは、電流センサを１つ削減することができるので、システム全体としての部品費用を削減することができる。

以上、本発明に係る蓄電システムの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。

例えば、本発明の電力変換部は、系統電力または発電電力により蓄電池２を充電する充電動作と、蓄電池２の放電電力を第１端子（端子Ｔ１，Ｔ２）から出力する放電動作と、を行うのであれば、適宜構成を変更できる。

制御回路６Ａは、第１電流センサ７Ａが検出した電流値を、端子Ｔ１，Ｔ２に系統電力が入力されている場合に第１電流の電流値として処理し、端子Ｔ３，Ｔ４に発電電力が入力されている場合に第２電流の電流値として処理するのであれば、適宜構成を変更できる。

電力変換部と端子Ｔ１〜Ｔ６とを接続する各電線およびリレーＳ１〜Ｓ８の配置は、適宜変更することができる。また、端子Ｔ１〜Ｔ６は、少なくとも端子Ｔ１〜Ｔ４を備えていれば、省略したり追加したりすることができる。

１Ａ 蓄電システム
２ 蓄電池
３ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 双方向インバータ
５ ノイズフィルタ
６Ａ 制御回路
７Ａ 第１電流センサ
８ 第２電流センサ
９ 系統電圧検出回路
１０ 発電電圧検出回路
１１ 自立出力電圧検出回路

Claims (3)

1. 蓄電池を備えた蓄電システムであって、
   系統からの系統電力が入力される第１端子と、
   系統停電時にのみ発電装置からの発電電力が入力される第２端子と、
   前記系統電力または前記発電電力により前記蓄電池を充電する充電動作と、前記蓄電池の放電電力を前記第１端子から出力する放電動作と、を行う電力変換部と、
   前記電力変換部を制御する制御回路と、
   前記電力変換部と前記第１端子とを接続する第１電線および前記電力変換部と前記第２端子とを接続する第２電線に対して共通して設けられた電流センサと、
   を備え、
   前記第１電線は、系統通電時に電流が流れ、前記系統停電時で前記第２端子に前記発電電力が入力されている場合には電流が流れず、
   前記第２電線は、前記系統通電時には電流が流れず、前記系統停電時で前記第２端子に前記発電電力が入力されている場合に電流が流れ、
   前記制御回路は、
   前記第１端子に前記系統電力が入力されている場合、前記電流センサが検出した電流値を、前記第１電線を流れる第１電流の電流値として処理し、
   前記第２端子に前記発電電力が入力されている場合、前記電流センサが検出した電流値を、前記第２電線を流れる第２電流の電流値として処理し、
   前記放電動作のときに、前記電流センサが検出した電流値が所定の許容電流値を超えないように前記電力変換部を制御する
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. 前記系統電力、前記発電電力または前記放電電力の少なくとも１つが出力される第３端子を備え、
   前記電力変換部は、前記放電動作時に、前記放電電力を前記第１端子および前記第３端子から出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記系統からの系統電圧を検出する系統電圧検出回路と、
   前記発電装置からの発電電圧を前記系統停電時にのみ検出する発電電圧検出回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   前記系統電圧検出回路が前記系統電圧を検出している間は、前記電流センサが検出した電流値を前記第１電流の電流値として処理する一方、
   前記発電電圧検出回路が前記発電電圧を検出している間は、前記電流センサが検出した電流値を前記第２電流の電流値として処理する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。

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