JP6969391B2

JP6969391B2 - 蓄電制御装置

Info

Publication number: JP6969391B2
Application number: JP2018001154A
Authority: JP
Inventors: 宏和江原
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP2019122163A; TWI670914B; TW201931725A; US20190214843A1

Description

本発明は、蓄電制御装置に関する。

蓄電池を制御する蓄電制御装置の中には、自立出力端子を備えたもの（例えば、特許文献１参照）が存在している。また、蓄電制御装置として、図１に示したように、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）４０の自立出力端子４１と接続しておくと、系統５０の停電時に、ＰＣＳ４０の自立出力電力が不足している場合には、蓄電池３０内の電力を自立運転負荷４５に供給できる装置も知られている。

そのような蓄電制御装置においては、ＰＣＳ４０の自立出力電圧（実効値）が所定電圧を下回った場合に蓄電制御装置の自立運転が停止されるべきと考えられている。

特開２０１８−０８５８５５号公報

本発明者らは、高性能な蓄電制御装置を実現すべく鋭意検討したところ、以下のことを見出した。
（ａ）ＰＣＳ４０の自立出力で蓄電池３０を充電する際、蓄電池３０への充電電力が比較的少ない場合には、図２Ａに示したように、ＰＣＳ４０の自立出力端子４１から正弦波状の電圧が出力される。なお、図２Ａ及び後述する図２Ｂに示してある充電電流指令は、蓄電制御装置内で生成される、ＰＣＳの自立出力から取り出す電流を指定する情報である。（ｂ）蓄電池３０への充電電力が多くなると、図２Ｂに示したように、ＰＣＳ４０の自立出力電圧波形が歪み、その結果として、ＰＣＳ４０の自立出力電圧の実効値が上記所定電圧を下回る場合（つまり、蓄電制御装置の自立運転を停止させる必要が生ずる場合）がある。

そこで、本発明の目的は、自立運転を停止させる必要がない形で、ＰＣＳの自立出力で蓄電池を充電できる蓄電制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一観点による蓄電制御装置は、蓄電池と接続される直流入出力端子及び交流入出力端子を有する電力変換部と、前記電力変換部の前記交流入出力端子が系統に接続される状態と、前記電力変換部の前記交流入出力端子がパワーコンディショナ（ＰＣＳ）の自立出力端子に接続される状態とを形成可能な接続回路部と、前記電力変換部を制御する制御部と、を備える。そして、蓄電制御装置の制御部は、前記ＰＣＳの自立出力で前記蓄電池を充電する場合に、前記ＰＣＳの自立出力から取り出す電流を指定する充電電流指令値の時系列データである標準充電電流指令であって、前記ＰＣＳの前記自立出力と同期した、前記蓄電池への充電電力の目標値に応じた振幅を有する標準充電電流指令に基づき、当該標準充電電流指令の、“０”を中心とした所定範囲内にある充電電流指令値を“０”に近づけた充電電流指令を生成し、生成した充電電流指令に従って前記電力変換部を制御する。

すなわち、図２Ｂに示したような、ＰＣＳ４０の自立出力電圧波形の歪みは、ＰＣＳ４０の０Ｖ付近の出力性能が低いことに起因して生じるものである。従って、上記構成を有する蓄電制御装置によれば、自立運転を停止させる必要がない形で、ＰＣＳの自立出力で蓄電池を充電することができる。

本発明の上記観点による蓄電制御装置の制御部として、具体的な構成（機能）が異なる様々なものを採用することができる。例えば、制御部は、『前記ＰＣＳの自立出力で前記蓄電池を充電する場合、前記標準充電電流指令の、“０”を中心とした前記所定範囲内にある充電電流指令値を“０”とした充電電流指令を生成する』ものであってもよい。また、制御部は、『前記ＰＣＳの自立出力で前記蓄電池を充電する場合、前記標準充電電流指令の、“０”を中心とした前記所定範囲内にある充電電流指令値を“０”に近づけ、他の充電電流指令値を、前記標準充電電流指令に従って前記電力変換部を制御した場合と同電力が前記蓄電池に充電されるように電流値方向に拡大した充電電流指令を生成する』ものであっても良いし、『各電流指令値が所定電流範囲内に収まる充電電流指令を生成する』ものであってもよい。

本発明によれば、自立運転を停止させる必要がない形で、ＰＣＳの自立出力で蓄電池を充電できる蓄電制御装置を提供することができる。

図１は、ＰＣＳの自立入力端子と接続可能な蓄電制御装置の説明図である。図２Ａは、既存の蓄電制御装置を用いたシステムで生じ得る問題を説明するための図（その１）である。図２Ｂは、既存の蓄電制御装置を用いたシステムで生じ得る問題を説明するための図（その２）である。図３は、本発明の一実施形態に係る蓄電制御装置の概略構成及び使用形態の説明図である。図４は、蓄電制御装置が備える制御部の充電電流指令生成機能に関する機能ブロック図である。図５Ａは、制御部が生成する充電電流指令の説明図である。図５Ｂは、制御部の変形例の説明図である。図５Ｃは、制御部の変形例の説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。

図３に、本発明の一実施形態に係る蓄電制御装置１０の概略構成及び使用形態を示す。

本実施形態に係る蓄電制御装置１０は、系統５０及び一般負荷５５と、太陽電池アレイ（図示略）用のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）４０の自立出力端子４１と、自立運転負荷４５と、蓄電池３０とに接続される装置である。ここで、一般負荷５５とは、通常の家庭内負荷（電化製品）のことであり、自立運転負荷４５とは、系統５０の停電時に、電力の供給対象となる家庭内負荷のことである。

図３に示してあるように、蓄電制御装置１０は、電力変換部１１、接続回路部１２及び制御部１３を備える。

電力変換部１１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと双方向ＤＣ／ＡＣインバータとを組み合わせた、直流・交流間の双方向変換が可能なユニット（電子回路）である。この電力変換部１１は、蓄電池３０と接続される直流入出力端子と、接続回路部１２を介して系統５０等と接続される交流入出力端子とを有している。

接続回路部１２は、リレー１２ａとリレー１２ｂとリレー１２ｃとで構成されたユニットである。リレー１２ａは、電力変換部１１と系統５０との間の接続（電気的接続）をＯＮ／ＯＦＦするためのリレーである。リレー１２ｂは、電力変換部１１とＰＣＳ４０の自立出力端子４１との間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレーであり、リレー１２ｃは、電力変換部１１と自立運転負荷４５との間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレーである。

制御部１３は、電力変換部１１及び接続回路部１２を統合的に制御するユニットである。制御部１３は、プロセッサ（ＣＰＵ、マイクロコントローラ等）とその周辺回路から構成されており、制御部１３には、蓄電制御装置１０内の各所に設けられたセンサ（電流センサ、電圧センサ；図示略）の出力が入力されている。

この制御部１３が接続回路部１２に対して行う制御は、ＰＣＳ４０の自立出力端子４１と接続して使用する既存の蓄電制御装置内の制御部（以下、“既存の制御部”と表記する）が行う制御と同じものである。すなわち、制御部１３は、系統連系時には、リレー１２ａをＯＮし、自立連系時には、リレー１２ｂ及びリレー１２ｃをＯＮする。

また、制御部１３が接続回路部１２に対して行う制御は、基本的には、“既存の制御部”が行う制御と同じものである。ただし、自立運転を停止させる必要がない形で、ＰＣＳ４０の自立出力で蓄電池３０を充電できるようにするために、制御部１３は、ＰＣＳ４０の自立出力での蓄電池３０の充電時、ＰＣＳ４０の自立出力から取り出す電流を指定する充電電流指令値の時系列データである充電電流指令として、ＰＣＳ４０の自立出力と同期した、充電電力目標値に応じた振幅を有する標準充電電流指令の、“０”を中心とした所定範囲内にある充電電流指令値を“０”に近づけた充電電流指令を生成し、生成した充電電流指令に従って電力変換部１１を制御するように構成されている。

以下、制御部１３の上記機能について、さらに具体的に説明する。

図４に、制御部１３の、充電電流指令生成機能に関する機能ブロック図を示す。図示してあるように、制御部１３は、目標充電電流生成部２１、電流指令生成部２２、制限部２３、正弦波生成部２４、及び補正部２５として機能することで、充電電流指令を生成する
。

目標充電電流生成部２１は、充電電力目標値［Ｗ］を１０１［Ｖ］で除算することで、目標充電電流（実効値）を生成するユニットである。ここで、充電電力目標値とは、蓄電池３０への充電電力の目標値としてユーザにより設定される値のことである。正弦波生成部２４は、ＰＣＳ４０の自立出力電圧と同期した、振幅“１”の正弦波を出力するユニットである。補正部２５は、正弦波生成部２４からの正弦波に対して補正処理（詳細は後述）を施すユニットである。電流指令生成部２２は、補正部２５の出力に、目標充電電流生成部２１からの目標充電電流を乗ずることで、充電電流指令を生成するユニットである。制限部２３は、電流指令生成部２２からの充電電流指令を、−既定値（例えば、１５Ａ）から既定値までの電流範囲内に収まる充電電流指令に変換するユニットである。

補正部２５が正弦波生成部２４からの正弦波に対して行う補正処理は、入力値が−ＳＱＲ（２）以上且つＳＱＲ（２）以下であった場合、“０”を出力し、そうでない場合には、入力値をそのまま出力する処理である。換言すれば、正弦波生成部２４からの正弦波をsin(θ)と表記すると、補正処理は、０°≦θ≦４５°、１３５°≦θ≦２２５°又は、
３１５°≦θ≦３６０°が成立する場合には、“０”を出力し、そうでない場合には、sin(θ)を出力する処理となっている。

上記内容の補正処理が補正部２５により行われると、充電電力目標値が過度に大きくない場合には、制限部２３から、図５Ａに示したように時間変化する充電電流指令が出力されることになる。そして、図２Ｂに示したような、ＰＣＳ４０の自立出力電圧波形の歪みは、ＰＣＳ４０の０Ｖ付近の出力性能が低いことに起因して生じるものであり、制御部１３は、制限部２３から出力される充電電流指令に従って電力変換部１１を制御する。従って、本実施形態に係る蓄電制御装置１０によれば、自立運転を停止させる必要がない形で、ＰＣＳ４０の自立出力で蓄電池３０を充電することができる。

《変形例》
上記した蓄電制御装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、図５Ａに示した充電電流指令に従って電力変換部１１を制御した場合、充電電流指令の急変によりＰＣＳ４０の自立出力電圧が低下する可能性がある。そのため、制御部１３を、図５Ｂに示したような比較的なだらかに時間変化する充電電流指令を生成するものに変形しておいても良い。また、図５Ａに示した充電電流指令に従って電力変換部１１を制御した場合、蓄電池３０には、充電電力目標値よりも少ない電力が充電されることになる。より多くの電力が蓄電池３０に充電されるようにするために、制御部１３を、図５Ｃに示したような充電電流指令、すなわち、上記充電電流指令（点線）を、充電電力目標値通りの電力が蓄電池３０に充電されるように電流値方向に拡大した充電電流指令を生成するものに変形しても良い。

制御部１３を、ユーザにより設定された充電電力目標値が、予め設定された閾値未満であった場合には、正弦波状に時間変化する充電電流指令を生成するもの（正弦波生成部２４からの正弦波に対して補正処理を行わないもの）に変形しても良い。また、制御部１３に、充電に回せる電力量を自動的に判別し、判別結果に基づき充電電力目標値を決定する機能を付与しておいても良い。

１０蓄電制御装置
１１電力変換部
１２接続回路部
１３制御部
２１目標充電電流生成部
２２電流指令生成部
２３制限部
２４正弦波生成部
２５補正部
３０蓄電池
４０パワーコンディショナ
４１自立出力端子
４５家庭内負荷
５０系統
５５負荷

Claims

蓄電池と接続される直流入出力端子及び交流入出力端子を有する電力変換部と、
前記電力変換部の前記交流入出力端子が系統に接続される状態と、前記電力変換部の前記交流入出力端子がパワーコンディショナ（ＰＣＳ）の自立出力端子に接続される状態とを形成可能な接続回路部と、
前記電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ＰＣＳの自立出力で前記蓄電池を充電する場合に、前記ＰＣＳの自立出力から取り出す電流を指定する充電電流指令値の時系列データである標準充電電流指令であって、前記ＰＣＳの前記自立出力と同期した、前記蓄電池への充電電力の目標値に応じた振幅を有する標準充電電流指令に基づき、当該標準充電電流指令の、“０”を中心とした所定範囲内にある充電電流指令値を“０”に近づけた充電電流指令を生成し、生成した充電電流指令に従って前記電力変換部を制御する、
ことを特徴とする蓄電制御装置。
前記制御部は、前記ＰＣＳの自立出力で前記蓄電池を充電する場合、前記標準充電電流指令の、“０”を中心とした前記所定範囲内にある充電電流指令値を“０”とした充電電流指令を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電制御装置。
前記制御部は、前記ＰＣＳの自立出力で前記蓄電池を充電する場合、前記標準充電電流指令の、“０”を中心とした前記所定範囲内にある充電電流指令値を“０”に近づけ、他の充電電流指令値を、前記標準充電電流指令に従って前記電力変換部を制御した場合と同電力が前記蓄電池に充電されるように電流値方向に拡大した充電電流指令を生成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電制御装置。
前記制御部は、各電流指令値が所定電流範囲内に収まる充電電流指令を生成する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電制御装置。