JP7061556B2 - 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３に示す蓄電システム１’が知られている。蓄電システム１’は、蓄電池ＢＴと、パワーコンディショナ１０と、制御電源２０と、ノイズフィルタ回路３０と、リレーＳ１～Ｓ９とを備える。

通常時（系統通電時）の蓄電システム１’では、リレーＳ１～Ｓ４，Ｓ７～Ｓ９がオン状態になり、リレーＳ５，Ｓ６がオフ状態になる。この時の蓄電システム１’は、系統入力端Ｔ１，Ｔ２に入力された系統電力を自立出力端Ｔ３，Ｔ４から出力しながら、パワーコンディショナ１０で低価格の深夜電力を使用して蓄電池ＢＴを充電したり、電力が高価格となる昼間に蓄電池ＢＴを放電させたりする。

停電時の蓄電システム１’では、リレーＳ１～Ｓ４，Ｓ８，Ｓ９がオフ状態になり、リレーＳ５～Ｓ７がオン状態になる。この時の蓄電システム１’は、パワーコンディショナ１０で蓄電池ＢＴを放電させ、蓄電池ＢＴの放電電力を自立出力端Ｔ３，Ｔ４から出力して、自立出力端Ｔ３，Ｔ４に接続された負荷（例えば、停電時でも使用したい冷蔵庫などの家電製品）を動作させる。

蓄電システム１’は、雷サージ吸収手段として、バリスタＸ１，Ｘ２，Ｘ３’と、放電管Ｚ１とを備える。バリスタＸ１および放電管Ｚ１の直列回路は、系統ラインＬ１とフレームグランドＦＧ間の雷サージを吸収し、バリスタＸ２および放電管Ｚ１の直列回路は、系統ラインＬ２とフレームグランドＦＧ間の雷サージを吸収する。バリスタＸ３’は、系統ラインＬ１，Ｌ２間の雷サージを吸収する。

リレーＳ８，Ｓ９は、停電時に、ノイズフィルタ回路３０に含まれるＹコンデンサから系統入力端Ｔ１，Ｔ２へ流出するノイズを防ぐためのリレーである。

ところで、蓄電システムを一般家庭に広く普及させるには価格が高く、手軽に購入することができないのが現状で、特に蓄電池が価格を押し上げている。低価格に対応するため、蓄電池の容量を削減する（電池の直列数を減らす）ことも考えられるが、そうすると蓄電池電圧が低下する。

一般的な蓄電システムでは、系統入力端が系統のＵ－Ｗ間（ＡＣ２００Ｖ）に接続されるため、パワーコンディショナを構成する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと双方向インバータの接続電圧はＤＣ３８０Ｖ程度である。蓄電池電圧が低下すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの蓄電池側の電圧とＤＣ３８０Ｖとの間に大きな電圧差が発生し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が大幅に悪化するという問題がある。

上記の問題を回避するため、蓄電システム１’では、系統入力端Ｔ１，Ｔ２をＵ－Ｗ間（ＡＣ２００Ｖ）に接続するのではなく、Ｕ－Ｏ間またはＷ－Ｏ間（ＡＣ１００Ｖ）に接続し、ＤＣ３８０ＶをＤＣ１９０Ｖに低下させ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の変換効率の悪化を抑制している。すなわち、蓄電システム１’を１００Ｖ連系型の蓄電システムとして用いている。

１００Ｖ連系型として用いた場合、工事業者が誤って系統入力端Ｔ１，Ｔ２をＵ－Ｗ間（ＡＣ２００Ｖ）に接続することが考えられる。蓄電システム１’では、ＡＣ２００Ｖに誤接続してもバリスタＸ３’が破損しないように、バリスタＸ３’の動作電圧（バリスタ電圧）を４７０Ｖに設定している。

系統ラインＬ１に介装され、系統と直列接続の関係にあるヒューズＦ１は、電流定格が大きく、バリスタＸ３’がショートで破損しても溶断しない。このため、蓄電システム１’では、系統ラインＬ１，Ｌ２間において、バリスタＸ３’に直列接続する形態で電流定格の小さいヒューズＦ３を挿入している。

したがって、従来の蓄電システム１’では、バリスタＸ３’の動作電圧が比較的高い値（４７０Ｖ）に設定されているためにサージ対策が不十分になるだけでなく、破損したバリスタＸ３’を保護するためのヒューズＦ３が必要になり、コストアップにつながるという問題がある。

特開２０１７－１５８２２９号公報

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、ＡＣ２００Ｖに誤接続されても、系統ライン間の雷サージ吸収手段が破損することなく、かつ十分なサージ対策を行うことが可能な蓄電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電システムは、
１００Ｖ連系型の蓄電システムであって、
系統に接続される系統入力端と、
負荷に接続される自立出力端と、
直流電源に接続されるパワーコンディショナと、
前記パワーコンディショナに制御電圧を供給する制御電源と、
前記パワーコンディショナと前記系統入力端とを接続する系統ラインおよび前記パワーコンディショナと前記自立出力端とを接続する自立出力ラインに設けられた第１リレー回路と、
前記制御電源に接続されたノイズフィルタ回路と、
前記系統入力端と前記第１リレー回路との間において前記系統ラインから分岐し、前記ノイズフィルタ回路に接続される系統分岐ラインと、
前記系統分岐ラインに設けられた第２リレー回路と、
前記第２リレー回路と前記ノイズフィルタ回路との間において前記系統分岐ライン間に設けられた雷サージ吸収手段と、
を備え、
前記第２リレー回路は、前記系統の停電時と、前記系統から入力される系統電圧が所定値よりも高い異常時に、前記系統分岐ラインを非導通状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、第２リレー回路は系統電圧が所定値よりも高い異常時（例えば、ＡＣ２００Ｖに誤接続された時）に系統分岐ラインを非導通状態にするので、系統電圧により雷サージ吸収手段が破損することはない。その結果、雷サージ吸収手段の動作電圧を下げることが可能となり、十分なサージ対策を行うことが可能となる。

前記第２リレー回路は、
前記系統分岐ラインに介装されたリレー接点と、
前記停電時の場合に前記リレー接点をオフ状態にする一方、前記系統が通電時の場合に前記リレー接点をオン状態にするリレー駆動回路と、
前記系統電圧が前記所定値よりも高いことを検出して、前記リレー駆動回路に前記リレー接点をオフ状態にさせる異常電圧検出回路と、を備えるよう構成できる。

上記蓄電システムは、
前記系統ラインからの前記系統分岐ラインの分岐点と前記系統入力端との間において、前記系統ラインに介装された第１ヒューズと、
前記分岐点と前記第２リレー回路との間において、前記系統分岐ラインに介装された、前記第１ヒューズよりも電流定格の小さい第２ヒューズと、を備えるよう構成できる。

上記蓄電システムは、
前記系統ラインに含まれる第１系統ラインとフレームグランド間の雷サージを吸収する第１雷サージ吸収回路と、
前記系統ラインに含まれる第２系統ラインと前記フレームグランド間の雷サージを吸収する第２雷サージ吸収回路と、を備えるよう構成できる。

前記第１雷サージ吸収回路は、第１バリスタおよび放電管の直列回路からなり、
前記第２雷サージ吸収回路は、第２バリスタおよび前記放電管の直列回路からなり、
前記雷サージ吸収手段は、第３バリスタからなるよう構成できる。

本発明によれば、ＡＣ２００Ｖに誤接続されても、系統ライン間の雷サージ吸収手段が破損することなく、かつ十分なサージ対策を行う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を示す図である。 本発明の第２リレー回路の回路図である。 従来の蓄電システムを示す図である。

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１を示す。蓄電システム１は、蓄電池ＢＴと、パワーコンディショナ１０と、制御電源２０と、ノイズフィルタ回路３０と、リレーＳ１～Ｓ９と、バリスタＸ１～Ｘ３と、放電管Ｚ１と、ヒューズＦ１，Ｆ２と、系統入力端Ｔ１，Ｔ２と、自立出力端Ｔ３，Ｔ４とを備える。リレーＳ１～Ｓ９のうち、リレーＳ１～Ｓ６は第１リレー回路４０を構成し、リレーＳ８，Ｓ９は第２リレー回路５０を構成する。

蓄電システム１は、系統入力端Ｔ１，Ｔ２を系統のＵ－Ｗ間（ＡＣ２００Ｖ）に接続するのではなく、系統のＵ－Ｏ間またはＷ－Ｏ間（ＡＣ１００Ｖ）に接続する１００Ｖ連系型の蓄電システムである。

蓄電池ＢＴは、本発明の「直流電源」に相当し、少なくとも１個の電池ユニットと、電池ユニットに取り付けられたバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）とを含む。バッテリーマネージメントシステムは、電池ユニットの電池情報（例えば、蓄電量）を取得し、パワーコンディショナ１０の制御回路１３に送信する。なお、バッテリーマネージメントシステムは、制御回路１３に含まれていてもよい。

パワーコンディショナ１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、双方向インバータ１２と、制御回路１３と、ノイズフィルタ１４とを備える。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、一端側にリレーＳ７を介して蓄電池ＢＴが接続され、他端側に双方向インバータ１２が接続される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、制御回路１３の制御下で、双方向インバータ１２から供給された直流電圧を昇圧または降圧して蓄電池ＢＴに供給したり、蓄電池ＢＴから供給された直流の放電電圧を昇圧または降圧して双方向インバータ１２に供給したりする。

双方向インバータ１２は、一端側に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続され、他端側にノイズフィルタ１４が接続される。双方向インバータ１２は、制御回路１３の制御下で、ノイズフィルタ１４側から供給された交流電圧を直流化して双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に供給したり、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から供給された直流電圧を交流化してノイズフィルタ１４側に供給したりする。

制御回路１３は、例えば、マイコンおよび／または専用のＩＣからなり、蓄電池ＢＴの状態を監視しつつ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１および双方向インバータ１２を制御する。

ノイズフィルタ１４は、一方側に双方向インバータ１２が接続され、他方側にリレーＳ１～Ｓ６を含む第１リレー回路４０が接続される。ノイズフィルタ１４は、例えば、双方向インバータ１２から入力された交流電圧のノイズを除去して、第１リレー回路４０に出力する。

制御電源２０は、一端側にリレーＳ７を介して蓄電池ＢＴが接続され、他端側にノイズフィルタ回路３０が接続される。また、制御電源２０は、パワーコンディショナ１０の制御回路１３に制御電圧（電源電圧）を供給する。

ノイズフィルタ回路３０は、一方側に制御電源２０が接続され、他方側にリレーＳ８，Ｓ９を含む第２リレー回路５０が接続される。ノイズフィルタ回路３０は、例えば、第２リレー回路５０側から入力された交流電圧のノイズを除去して、制御電源２０に出力する。また、ノイズフィルタ回路３０は、グランド接続された少なくとも１つのＹコンデンサを備える。

第１リレー回路４０は、リレーＳ１～Ｓ６と、リレーＳ１～Ｓ６を駆動する駆動回路（図示略）とを備える。なお、駆動回路は、パワーコンディショナ１０の制御回路１３に含まれていてもよい。

リレーＳ１は、系統入力端Ｔ１とパワーコンディショナ１０とを接続する交流ラインＬ１に介装され、リレーＳ２は、系統入力端Ｔ２とパワーコンディショナ１０とを接続する交流ラインＬ２に介装される。交流ラインＬ１，Ｌ２は、本発明の「系統ライン」に相当する。

リレーＳ５は、自立出力端Ｔ３とパワーコンディショナ１０とを接続する交流ラインＬ５に介装され、リレーＳ６は、自立出力端Ｔ４とパワーコンディショナ１０とを接続する交流ラインＬ６に介装される。交流ラインＬ５，Ｌ６は、本発明の「自立出力ライン」に相当する。

リレーＳ３は、リレーＳ１と系統入力端Ｔ１との間でかつリレーＳ５と自立出力端Ｔ３との間において、交流ラインＬ１と交流ラインＬ５とを接続する交流ラインＬ３に介装される。リレーＳ４は、リレーＳ２と系統入力端Ｔ２との間でかつリレーＳ６と自立出力端Ｔ４との間において、交流ラインＬ２と交流ラインＬ６とを接続する交流ラインＬ４に介装される。

第１リレー回路４０のリレーＳ１～Ｓ６は、系統の状態によって、オン状態とオフ状態とが切り替わる。例えば、系統通電時は、リレーＳ１～Ｓ４がオン状態になり、リレーＳ５，Ｓ６がオフ状態になる。一方、系統停電時は、リレーＳ１～Ｓ４がオフ状態になり、リレーＳ５，Ｓ６がオン状態になる。

第２リレー回路５０は、系統入力端Ｔ１，Ｔ２と第１リレー回路４０との間において交流ラインＬ１，Ｌ２から分岐してノイズフィルタ回路３０に接続される交流ラインＬ７，Ｌ８（本発明の「系統分岐ライン」に相当）に設けられている。

第２リレー回路５０は、ノイズフィルタ回路３０のＹコンデンサから系統へ流出するノイズを防ぐために、系統停電時に交流ラインＬ７，Ｌ８を非導通状態にする。また、第２リレー回路５０は、系統入力端Ｔ１，Ｔ２に入力された系統電圧が所定値よりも高い異常時（例えば、系統入力端Ｔ１，Ｔ２がＡＣ２００Ｖに誤接続された時）にも、交流ラインＬ７，Ｌ８を非導通状態にする。

図２に、第２リレー回路５０の回路図を示す。同図に示すとおり、第２リレー回路５０は、リレーＳ８，Ｓ９と、リレー駆動回路５１と、異常電圧検出回路５２とを備える。

リレーＳ８，Ｓ９は、本発明の「リレー接点」に相当する。リレーＳ８は、交流ラインＬ７に介装され、リレーＳ９は、交流ラインＬ８に介装される。

リレー駆動回路５１は、サーミスタＴＨ１と、ブリッジダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１～Ｒ４と、ダイオードＤ２～Ｄ４と、リレーＳ８用のリレーコイルＲＣ１と、リレーＳ９用のリレーコイルＲＣ２と、トランジスタＱ１とを備える。

ブリッジダイオードＤ１の入力端は、突入電流防止用のサーミスタＴＨ１を介して、交流ラインＬ７，Ｌ８間に接続される。ブリッジダイオードＤ１の出力端間には、平滑用のコンデンサＣ１が接続され、抵抗Ｒ１およびリレーコイルＲＣ１，ＲＣ２の直列回路がトランジスタＱ１の電流路（コレクタ－エミッタ間）を介して接続される。

リレーコイルＲＣ１にはダイオードＤ２が逆並列接続され、リレーコイルＲＣ２にはダイオードＤ３が逆並列接続される。また、ブリッジダイオードＤ１の出力端間には、抵抗Ｒ２，Ｒ３、ダイオードＤ４および抵抗Ｒ４の直列回路が接続される。ダイオードＤ４のカソードと抵抗Ｒ４の接続点に、トランジスタＱ１のベースが接続される。

異常電圧検出回路５２は、コンデンサＣ２と、トランジスタＱ２と、定電圧ダイオードＺＤ１と、抵抗Ｒ５，Ｒ６とを備える。

コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ４に並列接続される。定電圧ダイオードＺＤ１および抵抗Ｒ５，Ｒ６は直列接続され、当該直列回路はブリッジダイオードＤ１の出力端間に接続される。トランジスタＱ２は、ベースが抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点に接続され、コレクタがダイオードＤ４のアノードに接続され、エミッタが抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２の接続点に接続される。定電圧ダイオードＺＤ１は、系統入力端Ｔ１，Ｔ２がＡＣ１００Ｖに接続された場合は導通せず、系統入力端Ｔ１，Ｔ２がＡＣ２００Ｖに誤接続された場合に導通して電流が流れる。

系統入力端Ｔ１，Ｔ２がＡＣ２００Ｖに誤接続され、定電圧ダイオードＺＤ１に電流が流れると、トランジスタＱ２がオンするので、トランジスタＱ１にはベース電流が流れない。このため、トランジスタＱ１はオフし、リレーコイルＲＣ１，ＲＣ２に電流が流れず、リレーＳ８，Ｓ９はオフする。その結果、制御電源２０は系統から切り離されるので、ＡＣ２００Ｖへの誤接続により制御電源２０が破損することはない。なお、リレー駆動回路５１および異常電圧検出回路５２は、系統入力端Ｔ１，Ｔ２がＡＣ２００Ｖに誤接続されても耐えられるように設計されている。

再び図１を参照して、交流ラインＬ１とフレームグランドＦＧとの間には、交流ラインＬ１とフレームグランドＦＧ間の雷サージを吸収するための、バリスタＸ１および放電管Ｚ１の直列回路（本発明の「第１雷サージ吸収回路」に相当）が設けられている。バリスタＸ１の動作電圧（バリスタ電圧）は、例えば２７０Ｖであり、放電管Ｚ１の動作電圧（放電開始電圧）は、例えば３０００Ｖである。

交流ラインＬ２とフレームグランドＦＧとの間には、交流ラインＬ２とフレームグランドＦＧ間の雷サージを吸収するための、バリスタＸ２および放電管Ｚ１の直列回路（本発明の「第２雷サージ吸収回路」に相当）が設けられている。バリスタＸ２の動作電圧は、例えば２７０Ｖである。

第２リレー回路５０とノイズフィルタ回路３０との間における交流ラインＬ７，Ｌ８間には、交流ラインＬ１，Ｌ２間および交流ラインＬ７，Ｌ８間の雷サージを吸収するためのバリスタＸ３（本発明の「雷サージ吸収手段」に相当）が設けられている。

本実施形態では、系統入力端Ｔ１，Ｔ２がＡＣ２００Ｖに誤接続された場合にリレーＳ８，Ｓ９はオフするので、バリスタＸ３の動作電圧を従来の４７０Ｖから２７０Ｖに下げることができる。その結果、従来よりも多くの雷サージを吸収することが可能になり、十分なサージ対策を行うことが可能になる。

ヒューズＦ１は、本発明の「第１ヒューズ」に相当し、交流ラインＬ７の分岐点と系統入力端Ｔ１との間において、交流ラインＬ１に介装される。ヒューズＦ１は、電流定格が大きく、バリスタＸ３がショートで破損しても溶断しない。

ヒューズＦ２は、本発明の「第２ヒューズ」に相当し、リレーＳ８よりも系統入力端Ｔ１側において、交流ラインＬ７に介装される。ヒューズＦ２は、制御電源２０に異常が発生した場合を考慮して設けられているが、電流定格がヒューズＦ１よりも小さく、バリスタＸ３がショートで破損した場合に溶断するので、バリスタＸ３の保護を兼ねることができる。すなわち、本実施形態では、従来のヒューズＦ３（図３参照）を必要としない。

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、本発明の第２リレー回路は、系統停電時と、系統から入力される系統電圧が所定値よりも高い異常時（例えば、ＡＣ２００Ｖに誤接続された時）に、系統分岐ライン（交流ラインＬ７，Ｌ８）を非導通状態にするのであれば、適宜構成を変更できる。

本発明の雷サージ吸収手段は、第２リレー回路５０とノイズフィルタ回路３０との間において系統分岐ライン（交流ラインＬ７，Ｌ８）間に設けられるのであれば、バリスタＸ３以外のものを用いてもよい。

本発明のパワーコンディショナおよび／または本発明の第１リレー回路は、適宜構成を変更できる。

上記実施形態では、蓄電システム１が直流電源（蓄電池ＢＴ）を含む構成をとっているが、本発明の蓄電システムは、直流電源に接続可能な構成であれば、直流電源を含まなくてもよい。

１ 蓄電システム
１０ パワーコンディショナ
１１ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 双方向インバータ
１３ 制御回路
１４ ノイズフィルタ
２０ 制御電源
３０ ノイズフィルタ回路
４０ 第１リレー回路
５０ 第２リレー回路
５１ リレー駆動回路
５２ 異常電圧検出回路

Claims (5)

1. １００Ｖ連系型の蓄電システムであって、
   系統に接続される系統入力端と、
   負荷に接続される自立出力端と、
   直流電源に接続されるパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナに制御電圧を供給する制御電源と、
   前記パワーコンディショナと前記系統入力端とを接続する系統ラインおよび前記パワーコンディショナと前記自立出力端とを接続する自立出力ラインに設けられた第１リレー回路と、
   前記制御電源に接続されたノイズフィルタ回路と、
   前記系統入力端と前記第１リレー回路との間において前記系統ラインから分岐し、前記ノイズフィルタ回路に接続される系統分岐ラインと、
   前記系統分岐ラインに設けられた第２リレー回路と、
   前記第２リレー回路と前記ノイズフィルタ回路との間において前記系統分岐ライン間に設けられた雷サージ吸収手段と、
   を備え、
   前記第２リレー回路は、前記系統の停電時と、前記系統から入力される系統電圧が所定値よりも高い異常時に、前記系統分岐ラインを非導通状態にすることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記第２リレー回路は、
   前記系統分岐ラインに介装されたリレー接点と、
   前記停電時の場合に前記リレー接点をオフ状態にする一方、前記系統が通電時の場合に前記リレー接点をオン状態にするリレー駆動回路と、
   前記系統電圧が前記所定値よりも高いことを検出して、前記リレー駆動回路に前記リレー接点をオフ状態にさせる異常電圧検出回路と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記系統ラインからの前記系統分岐ラインの分岐点と前記系統入力端との間において、前記系統ラインに介装された第１ヒューズと、
   前記分岐点と前記第２リレー回路との間において、前記系統分岐ラインに介装された、前記第１ヒューズよりも電流定格の小さい第２ヒューズと、を備え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。
4. 前記系統ラインに含まれる第１系統ラインとフレームグランド間の雷サージを吸収する第１雷サージ吸収回路と、
   前記系統ラインに含まれる第２系統ラインと前記フレームグランド間の雷サージを吸収する第２雷サージ吸収回路と、を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電システム。
5. 前記第１雷サージ吸収回路は、第１バリスタおよび放電管の直列回路からなり、
   前記第２雷サージ吸収回路は、第２バリスタおよび前記放電管の直列回路からなり、
   前記雷サージ吸収手段は、第３バリスタからなることを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。

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