JP7028252B2

JP7028252B2 - 蓄電モジュールおよび電源システム

Info

Publication number: JP7028252B2
Application number: JP2019547915A
Authority: JP
Inventors: 修市田川; 浩平柴田; 浩司野口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-07-18
Also published as: JPWO2019073652A1; WO2019073652A1

Description

本発明は、蓄電モジュールおよび電源システムに関する。

蓄電池と電力変換装置と蓄電システムコントローラとを備えた蓄電システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。この蓄電システムは、電力変換装置の系統電源側に接続された開閉器と、開閉器を制御する制御回路と、制御回路への駆動電力の供給元を蓄電池と系統電源とのいずれか一方に切り替えるスイッチ手段と、を備える。制御回路は、蓄電池が過放電状態に至る直前であると判定すると、制御回路の駆動電力の供給元が系統電源となるようにスイッチ手段を切り替える。一方、制御回路は、蓄電池が過放電状態に至る直前ではないと判定すると、制御回路の駆動電力の供給元が蓄電池となるようにスイッチ手段を切り替える。

特開２０１２－１７５８０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された蓄電システムでは、制御回路の駆動電力の供給元が系統電源となっているときに、停電が発生し系統電源から電力変換装置への電力供給が遮断されると、スイッチ手段を切り替えるために必要な駆動電力を制御回路へ供給できない虞がある。この場合、蓄電池に電気が貯えられているにも関わらず、それを制御回路へ供給することができず、制御回路による開閉器の制御が継続できなくなってしまう。また、系統電源から電力変換装置への電力供給が遮断された直後において、スイッチ手段を切り替えるために必要な駆動電力を制御回路へ供給するためには、制御回路へ供給する駆動電力の供給源となる大容量の電解コンデンサ、電池等の予備電源を別途設ける必要があるため、その分、蓄電システムが大型化してしまう。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、停電時において蓄電池が過放電状態となることを防止しつつ、小型化が図られた蓄電モジュールおよび電源システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電モジュールは、
系統電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流バスラインに供給するとともに、前記直流バスラインから供給される直流電力を交流電力に変換して前記系統電源に接続された交流負荷へ供給する双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを有するパワーコンディショナに接続される蓄電モジュールであって、
蓄電池と、
前記蓄電池と前記直流バスラインに接続される入出力部との間に介在し、前記蓄電池から供給される直流電力を変換して前記入出力部へ供給する放電モードと、前記直流バスラインから前記入出力部を介して供給される直流電力を変換して前記蓄電池へ供給する充電モードと、で動作する双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと前記入出力部との間に介挿された開閉器と、
前記入出力部と前記開閉器との間に接続された電源端子を有し、前記開閉器が閉状態の場合、前記蓄電池のＳＯＣまたは電池電圧に応じて、前記開閉器を開状態へ切り替える制御部と、を備え、
前記系統電源から前記双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値と、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値は同じであり、
前記制御部は、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記充電モードで動作している間、
前記直流バスラインから前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記放電モードで動作している間、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記開閉器が閉状態の場合、前記ＳＯＣまたは前記電池電圧が予め設定された基準値以下になると、前記開閉器を開状態に切り替える。

また、本発明に係る蓄電モジュールは、
前記制御部は、外部から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを直流電力の変換を実行しない待機モードにするよう指令する待機指令情報を受信すると、前記開閉器を閉状態で維持しつつ、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを前記待機モードに設定する、ものであってもよい。

他の観点から見た本発明に係る電源システムは、
直流バスラインと、発電装置から供給される直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して前記直流バスラインへ供給するＤＣ－ＤＣコンバータと、系統電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流バスラインに供給するとともに、前記直流バスラインから供給される直流電力を交流電力に変換して前記系統電源に接続された交流負荷へ供給する双方向ＡＣ－ＤＣコンバータと、を有するパワーコンディショナと、
蓄電池と、前記蓄電池と前記直流バスラインに接続される入出力部との間に介在し、前記蓄電池から供給される直流電力を変換して前記入出力部へ供給する放電モードと、前記直流バスラインから前記入出力部を介して供給される直流電力を変換して前記蓄電池へ供給する充電モードと、で動作する双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと前記入出力部との間に介挿された開閉器と、前記入出力部と前記開閉器との間に接続された電源端子を有し、前記開閉器が閉状態の場合、前記蓄電池のＳＯＣまたは電池電圧に応じて、前記開閉器を開状態へ切り替える制御部と、を備える蓄電モジュールと、を備え、
前記系統電源から前記双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値と、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値は同じであり、
前記制御部は、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記充電モードで動作している間、前記直流バスラインから前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記放電モードで動作している間、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記開閉器が閉状態の場合、前記ＳＯＣまたは前記電池電圧が予め設定された基準値以下になると、前記開閉器を開状態に切り替える。

また、本発明に係る電源システムは、
前記パワーコンディショナが、
前記交流負荷での消費電力が予め設定された基準消費電力以下に低下したか否かを判定する消費電力判定部と、
前記消費電力判定部により前記交流負荷での消費電力が前記基準消費電力以下に低下したと判定されると、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを直流電力の変換を実行しない待機モードにするよう指令する待機指令情報を前記制御部へ送信する指令部と、を更に有し、
前記制御部が、前記待機指令情報を受信すると、前記開閉器を閉状態で維持しつつ、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを前記待機モードにする、ものであってもよい。

本発明によれば、制御部が、入出力部と開閉器との間に接続された電源端子を有し、開閉器が閉状態の場合、蓄電池のＳＯＣまたは電池電圧に応じて、開閉器を開状態へ切り替える。そして、制御部は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが充電モードで動作している間、直流バスラインから電源端子を介して駆動電力の供給を受け、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが放電モードで動作している間、蓄電池から双方向ＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源端子を介して駆動電力の供給を受け、開閉器が閉状態の場合、ＳＯＣまたは電池電圧が予め設定された基準値以下になると、開閉器を開状態に切り替える。これにより、例えば双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが充電モードで動作している間に停電が発生し直流バスラインから入出力部への電力供給が遮断された場合でも、直ちに蓄電池から制御部へ駆動電力が供給される。従って、制御部は、停電後も蓄電池の充電状態に応じた開閉器の制御を継続できる。それ故、停電時において、蓄電池が過放電状態となることを防止できる。また、停電時に制御部へ駆動電力の供給するための大容量の電解コンデンサ、電池等の予備電源を別途設ける必要がないため、その分、蓄電モジュールを小型化できる。

本発明の実施の形態に係る電源システムの概略構成図である。実施の形態に係るバッテリモジュールの回路図である。実施の形態に係る制御部が実行するバッテリモジュール制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態に係る電源システムの動作のタイムチャートの一例であり、（Ａ）は交流負荷での消費電力、（Ｂ）はＨＶＤＣバスの状態、（Ｃ）はバッテリのＳＯＣ、（Ｄ）は双方向ＤＣ－ＤＣコンバータの動作モード、（Ｅ）は開閉器の開閉状態を示す。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係る電源システムは、分散電源システムであり、系統電源と連係して太陽電池または蓄電池から交流負荷へ電力を供給する。本実施の形態に係る電源システムは、パワーコンディショナと、パワーコンディショナに接続される蓄電モジュールとを備える。パワーコンディショナは、系統電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流バスラインに供給するとともに、直流バスラインから供給される直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続された交流負荷へ供給する双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを有する。蓄電モジュールは、蓄電池と、蓄電池と直流バスラインに接続される入出力部との間に介在する双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと入出力部との間に介挿された開閉器と、開閉器の開閉状態を制御する制御部と、を有する。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータは、蓄電池から供給される直流電力を変換して入出力部へ供給する放電モードと、直流バスラインから入出力部を介して供給される直流電力を変換して蓄電池へ供給する充電モードと、で動作する。そして、制御部は、蓄電池の充電状態が過放電状態の直前の状態になると、開閉器を開状態へ切り替えることにより、蓄電池が過放電状態となることを防止するものである。

本実施の形態に係る電源システムは、図１に示すように、発電装置である太陽電池１と、太陽電池１および系統電源２に接続されたパワーコンディショナ３と、バッテリモジュール５と、を備える。また、系統電源２には、交流電力が供給されることにより動作する家庭用電化製品のような交流負荷４が接続されている。

パワーコンディショナ３は、ＨＶＤＣバス（直流バスライン）３３と、ＨＶＤＣバス３３へ供給するＰＶコンバータ（ＤＣ－ＤＣコンバータ）３１と、を有する。また、パワーコンディショナ３は、系統電源２から供給される交流電力を直流電力に変換してＨＶＤＣバス３３に供給するとともに、ＨＶＤＣバス３３から供給される直流電力を交流電力に変換して系統電源２に接続された交流負荷４へ供給する双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ３２と、を有する。更に、パワーコンディショナ３は、通信バス３４と、パワーコンディショナ３全体の動作を制御するパワーコンディショナ制御部３５と、を有する。そして、パワーコンディショナ制御部３５は、通信バス３４を介してＰＶコンバータ３１、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ３２との間で制御情報を送受信することにより、ＰＶコンバータ３１、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ３２を制御する。ＨＶＤＣバス３３の電圧は、例えば３６０Ｖに維持されている。

ＰＶコンバータ３１は、太陽電池１から受けた直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換してＨＶＤＣバス３３へ出力する。ＰＶコンバータ３１は、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御を行なうことにより、太陽電池１の出力電力の最大化を図る機能を有する。

双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ３２は、系統電源２から供給される交流電力を直流電力に変換してＨＶＤＣバス３３に供給するとともに、ＨＶＤＣバス３３から供給される直流電力を交流電力に変換して交流負荷４へ供給する。双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ３２は、例えばＨＶＤＣバス３３に供給する電流を一定値に制御する定電流制御を行なってもよい。

パワーコンディショナ制御部３５は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）と記憶部とを有する。そして、ＭＰＵは、記憶部が記憶するプログラムを読み込んで実行することにより、消費電力判定部３５１および指令部３５２として機能する。消費電力判定部３５１は、交流負荷４の消費電力を計測する電力計測部（図示せず）から通信バス３４を介して入力される消費電力計測値情報に基づいて、交流負荷４での消費電力が予め設定された基準消費電力以下に低下したか否かを判定する。

指令部３５２は、後述するバッテリモジュール５の制御部５３へ指令情報を出力する。消費電力判定部３５１により交流負荷４での消費電力が基準消費電力以下に低下したと判定されたとする。この場合、指令部３５２は、後述するバッテリモジュール５の双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードにするよう指令する待機指令情報を、通信バス３４を介して制御部５３へ送信する。一方、消費電力判定部３５１により交流負荷４での消費電力が基準消費電力以下の状態から基準消費電力を上回った状態に変化したとする。この場合、指令部３５２は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を放電モードまたは充電モードで動作させるよう指令する動作指令情報を、通信バス３４を介して制御部５３へ送信する。この動作指令情報には、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の動作モードを示す動作モード情報が含まれている。指令部３５２は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の動作モードを変更させる必要が生じる毎に変更後の動作モードを示す動作モード情報を含む動作指令情報を制御部５３へ送信する。

バッテリモジュール５は、バッテリ（蓄電池）５１と、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２と、制御部５３と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）５４と、電源回路５５と、を有する。また、バッテリモジュール５は、パワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３との間で直流電力の入出力を行うための入出力部ｔｅと、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２と入出力部ｔｅとの間に介挿されたリレー（開閉器）ＲＬ４と、を有する。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２は、バッテリ５１と入出力部ｔｅとの間に介在している。バッテリモジュール５は、入出力部ｔｅを介してパワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３と電気的に接続されている。

入出力部ｔｅは、図２に示すように、高電位側の入出力端子ｔｅ１と、低電位側（接地電位側）の入出力端子ｔｅ２と、を有する。リレーＲＬ４は、いわゆる双極双投型のリレーであり、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の入出力部ｔｅ側における高電位側の入出力端、低電位側の入出力端それぞれと、入出力端子ｔｅ１、ｔｅ２それぞれとの間に介挿された接点を同時に開閉させる。リレーＲＬ４は、例えば電磁リレーまたは半導体リレーを有する。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の入出力部ｔｅ側の入出力端間には、コンデンサＣ１が接続されている。

また、バッテリモジュール５は、バッテリ５１の高電位側の入出力端と双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２のバッテリ５１側における高電位側の入出力端との間に接続されたリレーＲＬ１と、リレーＲＬ１と並列に接続された突入電流防止回路５６と、を有する。リレーＲＬ１は、例えば単極単投型の電磁リレーまたは半導体リレーである。突入電流防止回路５６は、コンデンサＣ１が充電されていない状態でリレーＲＬ１を閉状態にしたときにスイッチング素子Ｑ１に過大な電流が流れるのを防止するための回路である。突入電流防止回路５６は、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ３と抵抗Ｒ１とを有する。ダイオードＤ１は、アノードがバッテリ５１の高電位側の入出力端に接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、例えばＮチャネル型のＦＥＴであり、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。抵抗Ｒ１は、スイッチング素子Ｑ３と双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２のバッテリ５１側における高電位側の入出力端との間に接続されている。

更に、バッテリモジュール５は、入出力端子ｔｅ１と双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の入出力部ｔｅ側における高電位側の入出力端との間に直列に介挿されたリレーＲＬ２、ＲＬ３と、リレーＲＬ２、ＲＬ３と並列に接続された抵抗Ｒ２を有する。リレーＲＬ２、ＲＬ３は、例えば単極単投型の電磁リレーまたは半導体リレーである。

また、バッテリモジュール５は、バッテリ５１の両端間の電圧を計測する電圧計Ｖ１と、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２のバッテリ５１側の入出力端間の電圧を計測する電圧計Ｖ２と、コンデンサＣ１の両端間の電圧を計測する電圧計Ｖ３と、を有する。更に、バッテリモジュール５は、リレーＲＬ２、ＲＬ３の間と双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の入出力部ｔｅ側における低電位側の入出力端との間の電圧を計測する電圧計Ｖ４を有する。また、バッテリモジュール５は、入出力部ｔｅの入出力端子ｔｅ１、ｔｅ２間の電圧を計測する電圧計Ｖ５を有する。電圧計Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５は、それぞれ計測される電圧値の大きさに比例した大きさの電圧信号を制御部５３へ出力する。

また、バッテリモジュール５は、リレーＲＬ１と双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２のバッテリ５１側における高電位側の入出力端との間に介挿された電流計Ａ１を有する。更に、バッテリモジュール５は、コンデンサＣ１の高電位側の出力端とリレーＲＬ２との間に介挿された電流計Ａ２を有する。電流計Ａ１、Ａ２は、それぞれ計測される電流値の大きさに比例した大きさの電圧信号を制御部５３へ出力する。

バッテリ５１は、例えば互いに直列に接続された複数の電池セルから構成される組電池である。バッテリ５１の電池セルとしては、例えば鉛電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、ニッケル－カドミウム電池、ニッケル－水素電池、レドックスフロー電池、ＮＡＳ電池、電気二重層キャパシタ、Ｌｉイオンキャパシタ等を採用できる。バッテリ５１の出力電圧は、例えば３００Ｖに設定されている。

双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２は、バッテリ５１から供給される直流電力を変換して入出力部ｔｅへ供給する放電モードと、パワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３から入出力部ｔｅを介して供給される直流電力を変換してバッテリ５１へ供給する充電モードと、で動作する。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とを有する。インダクタＬ１は、一端がバッテリ５１の高電位側の入出力端にリレーＲＬ１を介して接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＮチャネル型のＦＥＴであり、インダクタＬ１の他端とコンデンサＣ１の高電位側の入出力端との間に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＮチャネル型のＦＥＴであり、インダクタＬ１の他端とバッテリ５１の低電位側の入出力端との間に接続されている。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２は、放電モード時において、スイッチング素子Ｑ２をオンオフ動作させることによりバッテリ５１から供給される直流電力を昇圧して入出力部ｔｅへ供給する。また、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２は、充電モード時において、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ動作させることによりＨＶＤＣバス３３から入出力部ｔｅを介して供給される直流電力を降圧してバッテリ５１へ供給する。

ＢＭＵ５４は、バッテリ５１が有する複数の電池セルそれぞれの出力端間の電圧（電池電圧）を計測する計測回路（図示せず）から入力される計測信号に基づいて、バッテリ５１のＳＯＣ（State Of Charge）を監視する。ＢＭＵ５４は、バッテリ５１のＳＯＣが予め設定された基準値以下になると、その旨を通知するＳＯＣ低下通知信号を制御部５３へ出力する。

電源回路５５は、入出力部ｔｅに電気的に接続されており、入出力部ｔｅから供給される直流電力を降圧して制御部５３へ供給する。電源回路５５は、例えば入出力部ｔｅから供給される３６０Ｖの直流電力を５Ｖに降圧して制御部５３へ供給する。

制御部５３は、ＭＰＵと記憶部とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を駆動するスイッチング素子駆動回路とリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４を駆動するリレー駆動回路とを有する。また、制御部５３は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３それぞれのゲートＱ１＿ｇ、Ｑ２＿ｇ、Ｑ３＿ｇに接続された出力端子Ｑ１＿ｔ、Ｑ２＿ｔ、Ｑ３＿ｔを有する。また、制御部５３は、リレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４それぞれの制御信号端子（図示せず）に接続された出力端子ＲＬ１＿ｔ、ＲＬ２＿ｔ、ＲＬ３＿ｔ、ＲＬ４＿ｔを有する。

スイッチング素子駆動回路は、ＭＰＵから入力される制御信号に基づいて、出力端子Ｑ１＿ｔ、Ｑ２＿ｔ、Ｑ３＿ｔを介してスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３それぞれのゲートＱ１＿ｇ、Ｑ２＿ｇ、Ｑ３＿ｇへ制御信号を出力する。スイッチング素子駆動回路は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２それぞれのゲートＱ１＿ｇ、Ｑ２＿ｇへ、制御信号としてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を出力しうる。リレー駆動回路は、ＭＰＵから入力される制御信号に基づいて、出力端子ＲＬ１＿ｔ、ＲＬ２＿ｔ、ＲＬ３＿ｔ、ＲＬ４＿ｔを介してリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４それぞれの制御信号端子へ制御信号を出力する。

更に、制御部５３は、電圧計Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５および電流計Ａ１、Ａ２それぞれに接続された入力端子Ｖ１＿ｔ、Ｖ２＿ｔ、Ｖ３＿ｔ、Ｖ４＿ｔ、Ｖ５＿ｔ、Ａ１＿ｔ、Ａ２＿ｔを有する。そして、制御部５３には、電圧計Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５および電流計Ａ１、Ａ２それぞれから入力端子Ｖ１＿ｔ、Ｖ２＿ｔ、Ｖ３＿ｔ、Ｖ４＿ｔ、Ｖ５＿ｔ、Ａ１＿ｔ、Ａ２＿ｔを介して電圧信号が入力される。また、制御部５３は、ＢＭＵ５４に接続され、ＢＭＵ５４からＳＯＣ低下通知信号が入力されるＢＭＵ端子ＢＭＵ＿ｔを有する。更に、制御部５３は、パワーコンディショナ３の通信バス３４を介してパワーコンディショナ制御部３５と通信可能である。そして、制御部５３は、パワーコンディショナ制御部３５から通信バス３４を介して入力される待機指令情報または動作指令情報に基づいて、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を制御する。

また、制御部５３は、入出力部ｔｅとリレーＲＬ４との間に接続された電源端子Ｖｃｃ＿ｔを有する。そして、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２が充電モードで動作している間、パワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３から電源端子Ｖｃｃ＿ｔを介して駆動電力の供給を受ける。一方、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２が放電モードで動作している間、バッテリ５１から電源端子Ｖｃｃ＿ｔを介して駆動電力の供給を受ける。また、制御部５３は、リレーＲＬ４が閉状態の場合、バッテリ５１の充電状態に応じて、リレーＲＬ４を開状態へ切り替える。バッテリ５１の充電状態を示す指標は、例えばバッテリ５１のＳＯＣ（State Of Charge）である。そして、制御部５３は、リレーＲＬ４が閉状態の場合、バッテリ５１のＳＯＣが予め設定された基準ＳＯＣ以下になると、リレーＲＬ４を開状態に切り替える。

次に、本実施の形態に係る制御部５３が実行するバッテリモジュール制御処理について図３および図４を参照しながら説明する。バッテリモジュール制御処理は、例えばバッテリモジュール５がパワーコンディショナ３に接続され、パワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３から電源回路５５を介して制御部５３へ駆動電力が供給されたことを契機として開始される。まず、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を放電モードまたは充電モードで動作させる（ステップＳ１０１）。ここで、制御部５３は、例えば前回のリレーＲＬ４が開状態にされた直前の動作モードで双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を動作させる。また、制御部５３は、リレーＲＬ１をオフ状態からオン状態に切り替える前に、突入電流防止回路５６のスイッチング素子Ｑ３をオン状態にし、その後、電流計Ａ１、Ａ２および電圧計Ｖ３、Ｖ４から入力される電圧信号の大きさに応じてリレーＲＬ１をオンする。これにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に過電流が流れるのを防止している。なお、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を動作させる前にリレーＲＬ２、ＲＬ３を閉状態にする。

次に、制御部５３は、リレーＲＬ４を閉状態にする（ステップＳ１０２）。続いて、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードにするよう指令する待機指令情報がパワーコンディショナ制御部３５から通信バス３４を介して受信したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

制御部５３は、待機指令情報を受信していないと判定すると（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、そのまま後述のステップＳ１０５の処理を実行する。一方、パワーコンディショナ制御部３５の消費電力判定部３５１が、交流負荷４の消費電力が予め設定された基準消費電力以下に低下したと判定し、指令部３５２が待機指令情報を制御部５３へ送信したとする。この場合、制御部５３は、待機指令情報を受信したと判定し（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードに設定する（ステップＳ１０４）。ここで、制御部５３は、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２へ出力していたＰＷＭ信号を停止し、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態で維持する。このとき、バッテリ５１から出力される直流電力は、スイッチング素子Ｑ１のボディダイオードを通じて双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２の入出力部ｔｅ側へ供給される。

その後、制御部５３は、動作指令情報をパワーコンディショナ制御部３５から通信バス３４を介して受信したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。制御部５３は、動作指令情報を受信していないと判定すると（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、そのまま後述のステップＳ１０７の処理を実行する。一方、パワーコンディショナ制御部３５の消費電力判定部３５１が、交流負荷４の消費電力が基準消費電力以下の状態からそれを上回った状態になったと判定すると、指令部３５２が、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を通常の放電モードまたは充電モードで動作させるよう指令する動作指令情報を制御部５３へ送信する。この場合、制御部５３は、動作指令情報を受信したと判定し（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、再び双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を放電モードまたは充電モードで動作させる（ステップＳ１０６）。ここで、制御部５３は、動作指令情報に含まれる動作モード情報が示す動作モードに応じて、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を放電モードまたは充電モードで動作させる。

次に、制御部５３は、電流計Ａ１、Ａ２および電圧計Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５から入力される電圧信号に基づいて、バッテリモジュール５の異常状態が発生したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。制御部５３は、電流計Ａ１、Ａ２から入力される電圧信号の大きさが予め設定された基準電流値に対応する電圧値よりも大きい場合、バッテリモジュール５に過電流が流れており、バッテリモジュール５の異常状態が発生したと判定する。また、制御部５３は、電圧計Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５から入力される電圧信号の大きさが予め設定された基準電圧値に対応する電圧値よりも大きい場合、バッテリモジュール５に過電圧が印加されており、バッテリモジュール５の異常状態が発生したと判定する。制御部５３は、バッテリモジュール５の異常状態が発生したと判定すると（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、後述のステップＳ１０９の処理を実行する。

一方、制御部５３が、バッテリモジュール５の異常状態が発生していないと判定したとする（ステップＳ１０７：Ｎｏ）。この場合、制御部５３は、ＢＭＵ５４からのＳＯＣ低下信号の入力有無に応じて、バッテリ５１のＳＯＣが予め設定されたＳＯＣ基準値ＳＯＣｔｈ以下に低下したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。制御部５３は、バッテリ５１のＳＯＣがＳＯＣ基準値ＳＯＣｔｈを上回っていると判定すると（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、再びステップＳ１０３処理を実行する。

一方、制御部５３は、バッテリ５１のＳＯＣがＳＯＣ基準値ＳＯＣｔｈ以下であると判定すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードに設定する（ステップＳ１０９）。このとき、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、いずれもオフ状態で維持される。

続いて、制御部５３は、リレーＲＬ４を開状態にする（ステップＳ１１０）。これにより、バッテリ５１は、パワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３に接続された入出力部ｔｅと電気的に切り離され、バッテリ５１の過放電が防止される。また、ＨＶＤＣバス３３から入出力部ｔｅへ直流電力が供給されていない状態において、制御部５３へは駆動電力が供給されなくなり、バッテリモジュール制御処理が終了する。

例えば図４（Ａ）に示すように、交流負荷４の消費電力Ｐが消費電力基準値Ｐｔｈより高く、図４（Ｂ）に示すように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２が放電モードまたは充電モードで動作しているとする。この場合、図４（Ｃ）に示すように、パワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３から制御部５３へ電源回路５５を介して駆動電力が供給される。そして、制御部５３は、図４（Ｄ）に示すように、リレーＲＬ４を閉状態にして前述のバッテリモジュール制御処理を実行している。

ここで、図４（Ａ）に示すように、時刻Ｔ１０において、交流負荷４の消費電力Ｐが消費電力基準値Ｐｔｈ以下になったとする。この場合、パワーコンディショナ制御部３５から制御部５３へ待機指令情報が出力され、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２へ出力するＰＷＭ信号を停止することにより、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードに設定する。

次に、図４（Ａ）に示すように、時刻Ｔ１１において、交流負荷４の消費電力Ｐが再び消費電力基準値Ｐｔｈを上回ったとする。この場合、パワーコンディショナ制御部３５から制御部５３へ通常動作指令情報が出力され、制御部５３は、再び双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２へＰＷＭ信号を出力し、図４（Ｂ）に示すように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を放電モードまたは充電モードで動作させる。

続いて、図４（Ｃ）に示すように、夜間の時刻Ｔ１２において、停電が発生し系統電源２からパワーコンディショナ３への電力供給が遮断されると、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２は、放電モードで動作する。そうすると、図４（Ｅ）に示すように、バッテリ５１の電気が継続的に消費され、バッテリ５１のＳＯＣが漸減していく。

その後、図４（Ｅ）に示すように、時刻Ｔ１３において、バッテリ５１のＳＯＣがＳＯＣ基準値ＳＯＣｔｈ以下に低下すると、ＢＭＵ５４から制御部５３へＳＯＣ低下信号が入力される。このとき、制御部５３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードにするとともに、リレーＲＬ４を開状態にする。これにより、バッテリ５１から入出力部ｔｅを介してパワーコンディショナ３のＨＶＤＣバス３３へ供給される電力が遮断され、バッテリ５１のＳＯＣがほとんど低下しなくなる。そして、制御部５３は、その駆動電力の供給が遮断されることにより、バッテリモジュール制御処理を終了させる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、時刻Ｔ１４において、停電が復旧し系統電源２からパワーコンディショナ３へ再び電力が供給されると、ＨＶＤＣバス３３から制御部５３へその駆動電力が供給され、制御部５３は再びバッテリモジュール制御処理を開始する。そして、制御部５３は、図４（Ｄ）に示すように、リレーＲＬ４を再び閉状態にし、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を再び放電モードまたは充電モードで動作させる。

以上説明したように、本実施の形態に係るバッテリモジュール５によれば、制御部が、入出力部と開閉器との間に接続された電源端子を有し、開閉器が閉状態の場合、蓄電池の充電状態に応じて、開閉器を開状態へ切り替える。そして、制御部は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが充電モードで動作している間、直流バスラインから電源端子を介して駆動電力の供給を受け、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが放電モードで動作している間、蓄電池から電源端子を介して駆動電力の供給を受ける。これにより、例えば双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが充電モードで動作している間に停電が発生し直流バスラインから入出力部への電力供給が遮断された場合でも、直ちに蓄電池から制御部へ駆動電力が供給される。従って、制御部は、停電後も蓄電池の充電状態に応じた開閉器の制御を継続できる。それ故、停電時において、蓄電池が過放電状態となることを防止できる。また、停電時に制御部へ駆動電力の供給するための大容量の電解コンデンサ、電池等の予備電源を別途設ける必要がないため、その分、バッテリモジュール５を小型化できる。

また、本実施の形態に係る制御部５３は、リレーＲＬ４が閉状態の場合、バッテリ５１のＳＯＣが基準値以下になると、リレーＲＬ４を開状態に切り替える。これにより、バッテリ５１の充電状態をＳＯＣにより直接的に監視することができるので、バッテリ５１のＳＯＣが十分大きいにも関わらず、制御部５３により誤ってリレーＲＬ４を開状態にしてしまうことが抑制される。

更に、本実施の形態に係る制御部５３は、パワーコンディショナ制御部３５の指令部３５２から待機指令情報を受信すると、リレーＲＬ４を閉状態で維持しつつ、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードに設定する。これにより、例えば交流負荷４の消費電力が予め設定された基準消費電力以下になる時間帯において、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２でのバッテリ５１の電気の無駄な消費が抑制される。

（変形例）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えばバッテリ５１の充電状態を示す指標として、バッテリ５１が有する複数の電池セルそれぞれの電池電圧を採用してもよい。この場合、制御部５３は、リレーＲＬ４が閉状態の場合、複数の電池セルそれぞれの電池電圧のいずれかが予め設定された基準値以下になると、リレーＲＬ４を開状態に切り替えるようにすればよい。

実施の形態では、制御部５３が、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードにする際、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が、いずれもオフ状態で維持される例について説明した。但し、これに限らず、例えば制御部５３が、スイッチング素子Ｑ１をオン状態、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態で維持することにより双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ５２を待機モードにしてもよい。

実施の形態では、制御部５３が、バッテリモジュール５に過電流が流れた場合、或いは、バッテリモジュール５に過電圧が印加された場合、バッテリモジュール５の異常状態が発生したと判定する例について説明した。但し、これに限らず、例えば制御部５３が、バッテリ５１、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２等の近傍の温度が予め設定された温度よりも高くなるとバッテリモジュール５の異常状態が発生したと判定するようにしてもよい。この場合、例えばバッテリ５１、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２等の近傍に温度計測器を配置し、制御部５３が、温度計測器から入力される、温度計測器により計測された温度の高さに比例して電圧値が高くなる電圧信号に基づいて、バッテリモジュール５の異常状態の発生有無を判定するようにすればよい。

実施の形態では、発電装置が、太陽電池１である例について説明したが、自然エネルギを利用した発電装置であれば太陽電池に限定されるものではなく、例えば風力発電機であってもよい。

以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

本出願は、２０１７年１０月１３日に出願された日本国特許出願特願２０１７－１９９７６９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１７－１９９７６９号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、系統連係を行うパワーコンディショナに接続されるバッテリモジュールとして好適である。

１：太陽電池、２：系統電源、３：パワーコンディショナ、４：交流負荷、５：バッテリモジュール、３１：ＰＶコンバータ、３２：双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ、３３：ＨＶＤＣバス、３４：通信バス、３５：パワーコンディショナ制御部、５１：バッテリ、５２：双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ、５３：制御部、５４：ＢＭＵ、５５：電源回路、５６：突入電流防止回路、３５１：消費電力判定部、３５２：指令部、Ａ１、Ａ２：電流計、Ａ１＿ｔ、Ａ２＿ｔ、Ｖ１＿ｔ、Ｖ２＿ｔ、Ｖ３＿ｔ、Ｖ４＿ｔ、Ｖ５＿ｔ：入力端子、Ｃ１：コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２：ダイオード、Ｌ１：インダクタ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３：スイッチング素子、Ｑ１＿ｔ，Ｑ２＿ｔ，Ｑ３＿ｔ，ＲＬ１＿ｔ，ＲＬ２＿ｔ，ＲＬ３＿ｔ，ＲＬ４＿ｔ：出力端子、Ｒ１、Ｒ２：抵抗、ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４：リレー、ｔｅ：入出力部、ｔｅ１，ｔｅ２：入出力端子、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５：電圧計

Claims

系統電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流バスラインに供給するとともに、前記直流バスラインから供給される直流電力を交流電力に変換して前記系統電源に接続された交流負荷へ供給する双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを有するパワーコンディショナに接続される蓄電モジュールであって、
蓄電池と、
前記蓄電池と前記直流バスラインに接続される入出力部との間に介在し、前記蓄電池から供給される直流電力を変換して前記入出力部へ供給する放電モードと、前記直流バスラインから前記入出力部を介して供給される直流電力を変換して前記蓄電池へ供給する充電モードと、で動作する双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと前記入出力部との間に介挿された開閉器と、
前記入出力部と前記開閉器との間に接続された電源端子を有し、前記開閉器が閉状態の場合、前記蓄電池のＳＯＣまたは電池電圧に応じて、前記開閉器を開状態へ切り替える制御部と、を備え、
前記系統電源から前記双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値と、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値は同じであり、
前記制御部は、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記充電モードで動作している間、
前記直流バスラインから前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記放電モードで動作している間、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記開閉器が閉状態の場合、前記ＳＯＣまたは前記電池電圧が予め設定された基準値以下になると、前記開閉器を開状態に切り替える、
蓄電モジュール。
前記制御部は、外部から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを直流電力の変換を実行しない待機モードにするよう指令する待機指令情報を受信すると、前記開閉器を閉状態で維持しつつ、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを前記待機モードに設定する、
請求項１に記載の蓄電モジュール。
直流バスラインと、発電装置から供給される直流電力を異なる電圧値の直流電力に変換して前記直流バスラインへ供給するＤＣ－ＤＣコンバータと、系統電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流バスラインに供給するとともに、前記直流バスラインから供給される直流電力を交流電力に変換して前記系統電源に接続された交流負荷へ供給する双方向ＡＣ－ＤＣコンバータと、を有するパワーコンディショナと、
蓄電池と、前記蓄電池と前記直流バスラインに接続される入出力部との間に介在し、前記蓄電池から供給される直流電力を変換して前記入出力部へ供給する放電モードと、前記直流バスラインから前記入出力部を介して供給される直流電力を変換して前記蓄電池へ供給する充電モードと、で動作する双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータと前記入出力部との間に介挿された開閉器と、前記入出力部と前記開閉器との間に接続された電源端子を有し、前記開閉器が閉状態の場合、前記蓄電池のＳＯＣまたは電池電圧に応じて、前記開閉器を開状態へ切り替える制御部と、を備える蓄電モジュールと、を備え、
前記系統電源から前記双方向ＡＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値と、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを通して前記直流バスラインに供給される直流電圧の電圧値は同じであり、
前記制御部は、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記充電モードで動作している間、前記直流バスラインから前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータが前記放電モードで動作している間、前記蓄電池から前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記電源端子を介して駆動電力の供給を受け、前記開閉器が閉状態の場合、前記ＳＯＣまたは前記電池電圧が予め設定された基準値以下になると、前記開閉器を開状態に切り替える、
電源システム。
前記パワーコンディショナは、
前記交流負荷での消費電力が予め設定された基準消費電力以下に低下したか否かを判定する消費電力判定部と、
前記消費電力判定部により前記交流負荷での消費電力が前記基準消費電力以下に低下したと判定されると、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを直流電力の変換を実行しない待機モードにするよう指令する待機指令情報を前記制御部へ送信する指令部と、を更に有し、
前記制御部は、前記待機指令情報を受信すると、前記開閉器を閉状態で維持しつつ、前記双方向ＤＣ－ＤＣコンバータを前記待機モードにする、
請求項３に記載の電源システム。