JP7357531B2 - Hybrid energy storage system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池等の直流発電装置および蓄電池に接続して使用されるハイブリッド蓄電システムに関する。 The present invention relates to a hybrid power storage system that is used by being connected to a DC power generation device such as a solar cell and a storage battery.
近年、商用電力系統から供給される電力と、需要家に設置された太陽電池および蓄電池から供給される電力とを併用することにより、１日における電力需要の平準化と、停電時における負荷（特に重要負荷）の継続的な稼働とを目指したハイブリッド蓄電システムの普及が進められている。 In recent years, the combined use of electricity supplied from commercial power grids and electricity supplied from solar cells and storage batteries installed at consumers has helped level out electricity demand throughout the day and reduce load during power outages (especially Hybrid energy storage systems are becoming more widespread, with the aim of ensuring continuous operation of critical loads.
図１０に示すように、ハイブリッド蓄電システム１００は、太陽電池２０に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と、蓄電池３０に接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と、直流側がＤＣ／ＤＣコンバータ１０１および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に接続されるとともに交流側が商用電力系統５０および重要負荷４０に接続される双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０５と、これらの相互接続部に設けられた第１コンデンサＣ１とを主に備えている（例えば、特許文献１参照）。
As shown in FIG. 10, a hybrid
同図に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、太陽電池２０の出力電圧を検知する電圧検知部１０２と、第２コンデンサＣ２と、太陽電池２０の出力電圧を昇圧する際に制御部１０６の制御下でオンオフを繰り返す第１スイッチ素子Ｑ１とを有している。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、蓄電池３０の出力電圧を検知する電圧検知部１０４と、第３コンデンサＣ３と、蓄電池３０を放電させる際に制御部１０６の制御下でオンオフを繰り返す第２スイッチ素子Ｑ２と、蓄電池３０を充電する際に制御部１０６の制御下でオンオフを繰り返す第３スイッチ素子Ｑ３とを有している。
As shown in the figure, the DC/
このハイブリッド蓄電システム１００は、商用電力系統５０に停電等の異常が発生していない通常時に、制御部１０６によってリレーＳＡ，ＳＢ，ＳＤがオン状態とされ、かつリレーＳＣがオフ状態とされる。このとき、ハイブリッド蓄電システム１００は、［動作１ａ］夜間の安価な系統電力を重要負荷４０に供給しながら該系統電力で蓄電池３０を充電すること、［動作２ａ］昼間の高価な系統電力の購入量を削減するため、蓄電池３０の放電電力を重要負荷４０に供給すること、［動作３ａ］昼間の高価な系統電力の購入量を削減するため、太陽電池２０の発電電力を重要負荷４０に供給すること、等が可能である。なお、［動作３ａ］において太陽電池２０の発電電力に余剰分がある場合は、その余剰分で蓄電池３０を充電することもできる。
In this hybrid
一方、このハイブリッド蓄電システム１００は、停電時に、制御部１０６によってリレーＳＡ，ＳＢがオフ状態とされ、かつリレーＳＣ，ＳＤがオン状態とされる。このとき、ハイブリッド蓄電システム１００は、重要負荷４０を継続的に稼働させるために、［動作１ｂ］蓄電池３０の放電電力を重要負荷４０に供給すること、［動作２ｂ］太陽電池２０の発電電力を重要負荷４０に供給すること、等が可能である。なお、［動作２ｂ］において太陽電池２０の発電電力に余剰分がある場合は、その余剰分で蓄電池３０を充電することもできる。
On the other hand, in this hybrid
構成によるが、太陽電池２０の出力電圧は最大で４５０［Ｖ］である。このため、上記ハイブリッド蓄電システム１００では、通常、５００［Ｖ］程度の定格電圧を有するコンデンサが第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２として使用される。
Depending on the configuration, the maximum output voltage of the
一方、これも構成によるが、蓄電池３０の出力電圧は最大で２００［Ｖ］である。このため、正常な動作だけを考慮するのであれば、第３コンデンサＣ３として使用するコンデンサの定格電圧は２５０［Ｖ］程度でよい。しかしながら、実際には、第３スイッチ素子Ｑ３が短絡故障したときに、太陽電池２０が出力する４５０［Ｖ］の電圧が印加されることを考慮して、第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２と同程度の定格電圧を有するコンデンサが第３コンデンサＣ３として使用されており、これが、大型化およびコスト増の一因となっていた。
On the other hand, although this also depends on the configuration, the output voltage of the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサとして従来よりも定格電圧が低いコンデンサの使用が可能なハイブリッド蓄電システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hybrid power storage system in which a capacitor with a lower rated voltage than conventional capacitors can be used as a capacitor of a bidirectional DC/DC converter.
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド蓄電システムは、入力端が直流発電装置に接続され得るＤＣ／ＤＣコンバータと、一方の入出力端が蓄電池に接続され得るとともに他方の入出力端がＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるスイッチ素子を制御する制御部とを備えたシステムであって、ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端の電圧を昇圧して出力端から出力する際にオンオフを繰り返す第１スイッチ素子を有し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方の入出力端の電圧を昇圧して他方の入出力端から出力する際にオンオフを繰り返す第２スイッチ素子と、他方の入出力端の電圧を降圧して一方の入出力端から出力する際にオンオフを繰り返す第３スイッチ素子と、一方の入出力端に設けられた電圧検知部とを有し、制御部は、第３スイッチ素子が短絡故障しているときに、電圧検知部によって検知された一方の入出力端の電圧が予め設定された第１閾値を超えると、第１スイッチ素子をオン状態とする、との構成を有している。 In order to solve the above problems, a hybrid power storage system according to the present invention includes a DC/DC converter whose input end can be connected to a DC power generation device, one input/output end which can be connected to a storage battery, and the other input/output end which can be connected to a storage battery. A system comprising: a bidirectional DC/DC converter connected to an output end of the DC/DC converter; and a control unit that controls the DC/DC converter and a switching element included in the bidirectional DC/DC converter, The DC/DC converter has a first switching element that repeatedly turns on and off when boosting the voltage at the input terminal and outputting it from the output terminal, and the bidirectional DC/DC converter boosts the voltage at one input and output terminal. a second switching element that repeatedly turns on and off when outputting from the other input/output terminal, and a third switching element that repeatedly turns on and off when lowering the voltage at the other input/output terminal and outputting it from one input/output terminal; and a voltage detection unit provided at one input/output terminal, and the control unit is configured to detect the voltage at the one input/output terminal detected by the voltage detection unit in advance when the third switch element is short-circuited. The configuration is such that when the set first threshold value is exceeded, the first switch element is turned on.
この構成では、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ内の第３スイッチ素子が短絡故障しているときに、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ内の電圧検知部によって検知された一方の入出力端の電圧が予め設定された第１閾値を超えると、制御部によって双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ内の第１スイッチ素子がオン状態とされる。したがって、この構成によれば、第１閾値を適切に設定しておくことで、蓄電池の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータを介してほとんどそのまま印加されることによる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの破損等を防ぐことができる。 In this configuration, when the third switch element in the bidirectional DC/DC converter is short-circuited, the voltage at one input/output terminal detected by the voltage detection section in the bidirectional DC/DC converter is set in advance. When the first threshold value is exceeded, the first switch element in the bidirectional DC/DC converter is turned on by the control section. Therefore, according to this configuration, by appropriately setting the first threshold value, damage to the bidirectional DC/DC converter due to the output voltage of the storage battery being applied almost unchanged via the DC/DC converter can be prevented. It can be prevented.
上記ハイブリッド蓄電システムは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが、一方の入出力端の電圧が予め設定された第２閾値を超えているか否かを示す信号を出力する過電圧検知部をさらに有し、ＤＣ／ＤＣコンバータが、制御部による制御とは無関係に第１スイッチ素子を強制的にオン状態とすることが可能なオン状態強制部をさらに有し、かつ、オン状態強制部が、一方の入出力端の電圧が第２閾値を超えていることを上記信号が示しているときに、第１スイッチ素子をオン状態とするように構成されている、ことが好ましい。 The above-mentioned hybrid power storage system further includes an overvoltage detection section in which the bidirectional DC/DC converter outputs a signal indicating whether or not the voltage at one input/output terminal exceeds a preset second threshold; The /DC converter further includes an on-state forcing section capable of forcibly turning on the first switch element regardless of control by the control section, and the on-state forcing section is configured to control one input/output. Preferably, the first switch element is configured to be turned on when the signal indicates that the voltage at the end exceeds the second threshold.
この構成によれば、過電圧検知部とオン状態強制部とが協働して第１スイッチ素子を素早くオン状態とすることにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの破損等をより確実に防ぐことができる。 According to this configuration, the overvoltage detection section and the on-state forcing section cooperate to quickly turn on the first switch element, thereby making it possible to more reliably prevent damage to the bidirectional DC/DC converter. .
上記ハイブリッド蓄電システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に設けられた第１コンデンサをさらに備え、ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端に設けられた第２コンデンサをさらに有し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方の入出力端に設けられた第３コンデンサをさらに有し、第３コンデンサの定格電圧は、第１コンデンサおよび第２コンデンサの定格電圧よりも低い、との構成を有していてもよい。 The hybrid power storage system further includes a first capacitor provided at the output end of the DC/DC converter, the DC/DC converter further includes a second capacitor provided at the input end, and the bidirectional DC/DC converter further includes a third capacitor provided at one input/output terminal, and the rated voltage of the third capacitor is lower than the rated voltages of the first capacitor and the second capacitor. good.
また、上記ハイブリッド蓄電システムは、系統電圧、出力端の電圧および一方の入出力端の電圧のいずれかから制御部のための電源電圧を生成する制御電源部をさらに備える、との構成を有していてもよい。 The hybrid power storage system further includes a control power supply unit that generates a power supply voltage for the control unit from either the grid voltage, the voltage at the output terminal, or the voltage at one input/output terminal. You may do so.
本発明によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサとして従来よりも定格電圧が低いコンデンサの使用が可能なハイブリッド蓄電システムを提供することができる。言い換えると、本発明によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるコンデンサを選定する際に、蓄電池の最大出力電圧だけを考慮すればよいハイブリッド蓄電システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hybrid power storage system in which a capacitor with a lower rated voltage than conventional capacitors can be used as a capacitor of a bidirectional DC/DC converter. In other words, according to the present invention, it is possible to provide a hybrid power storage system in which only the maximum output voltage of the storage battery needs to be considered when selecting a capacitor included in a bidirectional DC/DC converter.
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るハイブリッド蓄電システムの実施例について説明する。 Embodiments of the hybrid power storage system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０を示す。同図に示すように、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０は、太陽電池２０（本発明の「直流発電装置」に相当）に接続され得る端子Ｔ１，Ｔ２と、蓄電池３０に接続され得る端子Ｔ３，Ｔ４と、重要負荷４０に接続され得る端子Ｔ５，Ｔ６と、商用電力系統５０に接続され得る端子Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａと、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１５と、リレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤと、第１コンデンサＣ１とを備えている。第１コンデンサＣ１は、定格電圧が５００［Ｖ］である。
[First example]
FIG. 1 shows a hybrid
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａは、端子Ｔ１，Ｔ２を介して太陽電池２０に接続され得る入力端と、第１コンデンサＣ１に接続された出力端と、入力端に設けられた電圧検知部１２および第２コンデンサＣ２と、昇圧回路を構成する第１インダクタＬ１、第１ダイオードＤ１および第１スイッチ素子Ｑ１とを有している。電圧検知部１２は、太陽電池２０の出力電圧（本実施例では、５０～４５０［Ｖ］）を検知するとともに検知結果に対応した信号を出力する。第２コンデンサＣ２は、定格電圧が５００［Ｖ］である。また、第１スイッチ素子Ｑ１は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）からなる。
The DC/
第１スイッチ素子Ｑ１は、入力端の電圧（太陽電池２０の出力電圧）を昇圧して出力端から出力する際に、後述する制御部１７の制御下でオンオフを繰り返す。
The first switching element Q1 repeats on/off under the control of the
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａは、端子Ｔ３，Ｔ４およびリレーＳＤを介して蓄電池３０に接続され得る一方の入出力端と、第１コンデンサＣ１に接続された他方の入出力端と、一方の入出力端に設けられた電圧検知部１４および第３コンデンサＣ３と、昇降圧回路を構成する第２インダクタＬ２、第２スイッチ素子Ｑ２および第３スイッチ素子Ｑ３とを有している。電圧検知部１４は、蓄電池３０の出力電圧（本実施例では、１５０～２００［Ｖ］）を検知するとともに検知結果に対応した信号を出力する。第３コンデンサＣ３は、定格電圧が２５０［Ｖ］である。また、第２スイッチ素子Ｑ２および第３スイッチ素子Ｑ３は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴからなる。
The bidirectional DC/
第２スイッチ素子Ｑ２は、一方の入出力端の電圧（蓄電池３０の出力電圧）を昇圧して他方の入出力端から出力する際（すなわち、蓄電池３０を放電させる際）に、制御部１７の制御下でオンオフを繰り返す。このとき、第３スイッチ素子Ｑ３は、オフ状態とされ、ダイオードの役割を果たす。
The second switch element Q2 controls the
第３スイッチ素子Ｑ３は、他方の入出力端の電圧を降圧して一方の入出力端から出力する際（すなわち、蓄電池３０を充電する際）に、制御部１７の制御下でオンオフを繰り返す。このとき、第２スイッチ素子Ｑ２は、オフ状態とされ、ダイオードの役割を果たす。
The third switching element Q3 repeats on/off under the control of the
双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１５は、第１コンデンサＣ１に接続された直流側入出力端と、リレーＳＣを介して端子Ｔ５，Ｔ６に接続されるとともにリレーＳＡを介して端子Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９に接続された交流側入出力端とを有している。前述した通り、端子Ｔ５，Ｔ６は、重要負荷４０に接続され得る。また、端子Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９は、商用電力系統５０に接続され得る。
The bidirectional AC/
リレーＳＢは、端子Ｔ５と端子Ｔ９との間、および端子Ｔ６と端子Ｔ８との間に設けられている。 Relay S B is provided between terminal T 5 and terminal T 9 and between terminal T 6 and terminal T 8 .
本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０は、制御電源部１６と、制御部１７と、第２ダイオードＤ２と、第３ダイオードＤ３とをさらに備えている。
The hybrid
制御電源部１６は、系統電圧から制御部１７のための電源電圧を生成する。また、制御電源部１６は、停電のために系統電圧が利用できない場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの一方の入出力端の電圧のいずれかから制御部１７のための電源電圧を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧は、第２ダイオードＤ２を介して制御電源部１６に入力される。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの一方の入出力端の電圧は、第３ダイオードＤ３を介して制御電源部１６に入力される。
The control
制御電源部１６は、系統電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの一方の入出力端の電圧のいずれかが予め設定された起動電圧（本実施例では、４０［Ｖ］）まで上昇すると起動し、制御部１７のための電源電圧を出力し始める。また、制御電源部１６は、系統電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの一方の入出力端の電圧のうちの最も高いものが予め設定された停止電圧（本実施例では、３０［Ｖ］）まで下降すると動作し得なくなり、電源電圧の出力を停止する。
The control
図１には示していないが、制御電源部１６は、第１スイッチ素子Ｑ１、第２スイッチ素子Ｑ２および第３スイッチ素子Ｑ３を駆動するドライブ回路のための電源電圧（本実施例では、１８［Ｖ］）も生成する。 Although not shown in FIG . 1 , the control power supply section 16 has a power supply voltage (in this embodiment, , 18 [V]) is also generated.
制御部１７は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ，Micro Processing Unit）等からなっている。制御部１７は、電圧検知部１２が検知した太陽電池２０の出力電圧、電圧検知部１４が検知した蓄電池３０の出力電圧、系統電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの自己診断の結果および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの自己診断の結果等に基づいて、リレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤおよびスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を制御する。これにより、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０は、従来のハイブリッド蓄電システム１００と同様、上記［動作１ａ］、［動作２ａ］、［動作３ａ］、［動作１ｂ］および［動作２ｂ］等を行うことができる。
The
続いて、第３スイッチ素子Ｑ３が何らかの原因で短絡故障したときの制御部１７の動作について説明する。
Next, the operation of the
［故障状況１］停電：なし、太陽電池２０：発電あり
制御部１７は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの自己診断の結果から第３スイッチ素子Ｑ３が短絡故障したことを知ると、全てのリレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤおよびスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態として［動作１ａ］、［動作２ａ］および［動作３ａ］等を停止させる。なお、全てのリレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤがオフ状態となっても、制御電源部１６は、系統電圧から制御部１７のための電源電圧を生成し続けることができる。
[Failure situation 1] Power outage: None, solar cell 20: Power generation When the
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオフ状態となると、第１インダクタＬ１、第１ダイオードＤ１、短絡故障した第３スイッチ素子Ｑ３および第２インダクタＬ２を介して太陽電池２０の出力電圧がほとんどそのまま第３コンデンサＣ３に印加されることとなる。太陽電池２０の出力電圧が第３コンデンサＣ３の定格電圧（２５０［Ｖ］）を超えていなければ、太陽電池２０の出力電圧が印加されても第３コンデンサＣ３は破損も劣化もしない。一方、２５０［Ｖ］を超えた出力電圧が第３コンデンサＣ３に印加されると、第３コンデンサＣ３は破損等してしまう。
When the switch elements Q 1 and Q 2 are turned off, the output voltage of the
そこで、本実施例では、電圧検知部１４によって検知された電圧が予め設定された第１閾値（本実施例では、第３コンデンサＣ３の定格電圧より僅かに低い２４０［Ｖ］）を超えると、制御部１７がＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態に変化させる。これにより、第３コンデンサＣ３の電圧は低下していき、第３コンデンサＣ３の破損等が防がれる。
Therefore, in this embodiment, if the voltage detected by the
なお、第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態とし続けると、第１インダクタＬ１および第１スイッチ素子Ｑ１に太陽電池２０の短絡電流が流れ続けることになるが、通常、太陽電池２０の短絡電流は１２［Ａ］程度とそれほど多くはないので、これにより第１インダクタＬ１および第１スイッチ素子Ｑ１が破損等することはない。
Note that if the first switch element Q1 continues to be in the on state, the short circuit current of the
［故障状況２］停電：あり、蓄電池３０：残量あり、太陽電池２０：発電あり
制御部１７は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの自己診断の結果から第３スイッチ素子Ｑ３が短絡故障したことを知ると、リレーＳＤ以外のリレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣおよびスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態として［動作１ｂ］および［動作２ｂ］等を停止させる。なお、この場合、制御電源部１６は、系統電圧を利用することができないので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの一方の入出力端の電圧のいずれかから制御部１７のための電源電圧を生成する。
[Failure situation 2] Power outage: Yes, Storage battery 30: Remaining capacity, Solar battery 20: Generating power The
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオフ状態となると、［故障状況１］の場合と同様、第１インダクタＬ１、第１ダイオードＤ１、短絡故障した第３スイッチ素子Ｑ３および第２インダクタＬ２を介して太陽電池２０の出力電圧がほとんどそのまま第３コンデンサＣ３に印加される。そして、電圧検知部１４によって検知された電圧が２４０［Ｖ］を超えると、制御部１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態に変化させ、第３コンデンサＣ３の電圧を低下させる。
When the switching elements Q 1 and Q 2 are turned off, the first inductor L 1 , the first diode D 1 , the short-circuited third switching element Q 3 and the second inductor L 2 are turned off, as in the case of [failure situation 1]. The output voltage of the
［故障状況３］停電：あり、蓄電池３０：残量なし、太陽電池２０：発電あり
制御部１７は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの自己診断の結果から第３スイッチ素子Ｑ３が短絡故障したことを知ると、全てのリレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤおよびスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態として［動作１ｂ］および［動作２ｂ］等を停止させる。なお、この場合、制御電源部１６は、系統電圧および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの一方の入出力端の電圧を利用することができないので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧から制御部１７のための電源電圧を生成する。
[Failure situation 3] Power outage: Power outage: Storage battery 30: No remaining power, Solar battery 20: Generating power The
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオフ状態となると、［故障状況１］の場合と同様、第１インダクタＬ１、第１ダイオードＤ１、短絡故障した第３スイッチ素子Ｑ３および第２インダクタＬ２を介して太陽電池２０の出力電圧がほとんどそのまま第３コンデンサＣ３に印加される。そして、電圧検知部１４によって検知された電圧が２４０［Ｖ］を超えると、制御部１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態に変化させ、第３コンデンサＣ３の電圧を低下させる。
When the switching elements Q 1 and Q 2 are turned off, the first inductor L 1 , the first diode D 1 , the short-circuited third switching element Q 3 and the second inductor L 2 are turned off, as in the case of [failure situation 1]. The output voltage of the
ここで、第３コンデンサＣ３の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧にほぼ等しい。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧は、制御電源部１６において電源電圧として利用されている。このため、制御部１７がＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態に変化させると、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧が３０［Ｖ］まで低下したときに制御電源部１６および制御部１７の動作が停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの第１スイッチ素子Ｑ１はオフ状態に戻る。
Here, the voltage of the third capacitor C3 is approximately equal to the voltage at the output end of the DC/
第１スイッチ素子Ｑ１がオフ状態に戻ると、太陽電池２０の出力電圧による第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２の充電が始まる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの出力端の電圧が４０［Ｖ］を超えると、制御電源部１６が再起動し、所定の起動時間ｔｄが経過した後に制御部１７が再起動する。ここで、起動時間ｔｄとは、制御部１７を構成するマイクロプロセッサがリレーＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤおよびスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を制御することができるようになるまでの時間である。
When the first switch element Q 1 returns to the off state, charging of the first capacitor C 1 and the second capacitor C 2 by the output voltage of the
第３コンデンサＣ３の電圧が再び２４０［Ｖ］になるまでの時間よりも起動時間ｔｄが短ければ、再起動した制御部１７がＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの第１スイッチ素子Ｑ１を再びオン状態に変化させ、第３コンデンサＣ３に過電圧が印加されるのを防ぐことができる。一方、起動時間ｔｄの方が長ければ、図３に示すように、第３コンデンサＣ３に過電圧が印加されてしまうことがある。
If the startup time td is shorter than the time it takes for the voltage of the third capacitor C3 to become 240 [V] again, the restarted
［第２実施例］
第１実施例における上記の問題を解決するために、本発明の第２実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの代わりに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂ（図４参照）を備えるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂ（図５参照）を備えている。
[Second example]
In order to solve the above problems in the first embodiment, the hybrid
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂは、第１ツェナーダイオードＺＤ１、第２ツェナーダイオードＺＤ２、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、サイリスタＳＣＲ、第４コンデンサＣ４およびフォトダイオードＰＤからなる過電圧検知部をさらに備えている点で、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａと相違しているが、その他の点については双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａと共通している。
The bidirectional DC/
第１ツェナーダイオードＺＤ１は、カソードが第３コンデンサＣ３の高電位側の一端に接続されている。第１抵抗Ｒ１は、一端が第１ツェナーダイオードＺＤ１のアノードに接続されている。また、第２抵抗Ｒ２は、一端が第１抵抗Ｒ１の他端に接続されるとともに、他端が第３コンデンサＣ３の低電位側の一端に接続されている。 The cathode of the first Zener diode ZD1 is connected to one end of the high potential side of the third capacitor C3 . The first resistor R1 has one end connected to the anode of the first Zener diode ZD1 . Furthermore, one end of the second resistor R2 is connected to the other end of the first resistor R1 , and the other end is connected to one end of the third capacitor C3 on the low potential side.
第３抵抗Ｒ３は、一端が第３コンデンサＣ３の高電位側の一端に接続されている。第２ツェナーダイオードＺＤ２は、カソードが第３抵抗Ｒ３の他端に接続されている。フォトダイオードＰＤは、アノードが第２ツェナーダイオードＺＤ２のアノードに接続されている。サイリスタＳＣＲは、アノードがフォトダイオードＰＤのカソードに接続されるとともに、カソードが第３コンデンサＣ３の低電位側の一端に接続されている。また、第４コンデンサＣ４は、一端がサイリスタＳＣＲの制御端子および第２抵抗Ｒ２の一端に接続されるとともに、他端が第３コンデンサＣ３の低電位側の一端に接続されている。 One end of the third resistor R3 is connected to one end of the third capacitor C3 on the high potential side. The second Zener diode ZD2 has a cathode connected to the other end of the third resistor R3 . The anode of the photodiode PD is connected to the anode of the second Zener diode ZD2 . The thyristor SCR has an anode connected to the cathode of the photodiode PD, and a cathode connected to one end of the third capacitor C3 on the low potential side. Furthermore, one end of the fourth capacitor C4 is connected to the control terminal of the thyristor SCR and one end of the second resistor R2 , and the other end is connected to one end of the third capacitor C3 on the low potential side.
第１ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧は、予め定められた第２閾値（本実施例では、第３コンデンサＣ３の定格電圧より僅かに低い２４０［Ｖ］）に設定されている。また、第２ツェナーダイオードＺＤ２の降伏電圧は、３０［Ｖ］に設定されている。 The breakdown voltage of the first Zener diode ZD1 is set to a predetermined second threshold (in this embodiment, 240 [V], which is slightly lower than the rated voltage of the third capacitor C3 ). Furthermore, the breakdown voltage of the second Zener diode ZD2 is set to 30 [V].
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂは、フォトトランジスタＰＴ、ＮＰＮトランジスタＱ４、第４抵抗Ｒ４および第５抵抗Ｒ５からなるオン状態強制部をさらに備えている点で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａと相違しているが、その他の点についてはＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａと共通している。なお、図１では、第６抵抗Ｒ６、第７抵抗Ｒ７およびドライブ回路１８の図示が省略されている。
The DC/
第４抵抗Ｒ４および第５抵抗Ｒ５は、一端に制御電源部１６が生成した電源電圧（１８［Ｖ］）が印加される。フォトトランジスタＰＴは、フォトダイオードＰＤとともにフォトカプラを構成するもので、コレクタが第４抵抗Ｒ４の他端に接続されるとともに、エミッタがＮＰＮトランジスタＱ４のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ４は、コレクタが第５抵抗Ｒ５の他端に接続されている。
A power supply voltage (18 [V]) generated by the control
第６抵抗Ｒ６は、一端が第１スイッチ素子Ｑ１のゲートに接続されるとともに、他端が第１スイッチ素子Ｑ１のソースに接続されている。第７抵抗Ｒ７は、一端が第６抵抗Ｒ６の一端に接続されるとともに、他端がＮＰＮトランジスタＱ４のエミッタに接続されている。また、ドライブ回路１８は、入力端が制御部１７に接続されるとともに、出力端が第７抵抗Ｒ７の他端に接続されている。
The sixth resistor R6 has one end connected to the gate of the first switch element Q1 , and the other end connected to the source of the first switch element Q1 . The seventh resistor R7 has one end connected to one end of the sixth resistor R6 , and the other end connected to the emitter of the NPN transistor Q4 . Further, the
本実施例では、フォトダイオードＰＤの発光の有無が、蓄電池３０に接続され得る一方の入出力端の電圧が２４０［Ｖ］を超えているか否かを示す信号となる。
In this embodiment, the presence or absence of light emission from the photodiode PD serves as a signal indicating whether the voltage at one input/output terminal that can be connected to the
第３コンデンサＣ３の電圧が第１ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧である２４０［Ｖ］を超えると、第１ツェナーダイオードＺＤ１がオン状態となる。そして、これを受けてサイリスタＳＣＲがオン状態となり、フォトダイオードＰＤが発光する。 When the voltage of the third capacitor C3 exceeds 240 [V], which is the breakdown voltage of the first Zener diode ZD1 , the first Zener diode ZD1 is turned on. Then, in response to this, the thyristor SCR is turned on, and the photodiode PD emits light.
フォトダイオードＰＤが発光すると、フォトトランジスタＰＴがオン状態となり、次いでＮＰＮトランジスタＱ４がオン状態となる。そして、これにより、第１スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧が１８［Ｖ］に引き上げられ、第１スイッチ素子Ｑ１がオン状態となる。 When the photodiode PD emits light, the phototransistor PT is turned on, and then the NPN transistor Q4 is turned on. As a result, the gate voltage of the first switch element Q1 is raised to 18 [V], and the first switch element Q1 is turned on.
このように、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０では、第３コンデンサＣ３の電圧が２４０［Ｖ］を超えたときに、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂの過電圧検知部とＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂのオン状態強制部とが協働して、制御部１７による制御とは無関係に第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態に変化させるようになっている。このため、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０によれば、起動時間ｔｄが比較的長い場合においても、第３コンデンサＣ３の電圧が２４０［Ｖ］を超えたときに即座に第１スイッチ素子Ｑ１をオン状態に変化させて第３コンデンサＣ３の破損等を防ぐことができる（図６参照）。
As described above, in the hybrid
［第３実施例］
本発明の第３実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂの代わりに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｃ（図７参照）を備えるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｃ（図８参照）を備えている。
[Third example]
The hybrid
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｃは、過電圧検知部が第２ツェナーダイオードＺＤ２およびフォトダイオードＰＤを備えていない点において双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂと相違しているが、その他の点については双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂと共通している。
The bidirectional DC/
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｃは、オン状態強制部が第８抵抗Ｒ８、第９抵抗Ｒ９、第１０抵抗Ｒ１０およびＰＮＰトランジスタＱ５からなっている点においてＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂと相違しているが、その他の点についてはＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｂと共通している。
The DC/DC converter 11C differs from the DC/
第８抵抗Ｒ８は、一端に制御電源部１６が生成した電源電圧（１８［Ｖ］）が印加される。第９抵抗Ｒ９は、一端が第８抵抗Ｒ８の他端に接続されるとともに、他端が過電圧検知部を構成する第３抵抗Ｒ３の他端に接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ５は、エミッタに制御電源部１６が生成した電源電圧が印加されるとともに、ベースが第８抵抗Ｒ８の他端に接続されている。また、第１０抵抗Ｒ１０は、一端がＰＮＰトランジスタＱ５のコレクタに接続されるとともに、他端が第７抵抗Ｒ７の他端に接続されている。
A power supply voltage (18 [V]) generated by the control
本実施例では、第３抵抗Ｒ３の他端の電位が、蓄電池３０に接続され得る一方の入出力端の電圧が２４０［Ｖ］を超えているか否かを示す信号となる。
In this embodiment, the potential at the other end of the third resistor R 3 serves as a signal indicating whether the voltage at one input/output end that can be connected to the
第３コンデンサＣ３の電圧が第１ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧である２４０［Ｖ］を超えると、第１ツェナーダイオードＺＤ１がオン状態となる。そして、これを受けてサイリスタＳＣＲがオン状態となり、第３抵抗Ｒ３の他端の電位が低下する。 When the voltage of the third capacitor C3 exceeds 240 [V], which is the breakdown voltage of the first Zener diode ZD1 , the first Zener diode ZD1 is turned on. Then, in response to this, the thyristor SCR turns on, and the potential at the other end of the third resistor R3 decreases.
第３抵抗Ｒ３の他端の電位が低下すると、ＰＮＰトランジスタＱ５のベースの電位が低下し、ＰＮＰトランジスタＱ５がオン状態となる。そして、これにより、第１スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧が１８［Ｖ］に引き上げられ、第１スイッチ素子Ｑ１がオン状態となる。 When the potential at the other end of the third resistor R3 decreases, the potential at the base of the PNP transistor Q5 decreases, turning the PNP transistor Q5 into an on state. As a result, the gate voltage of the first switch element Q1 is raised to 18 [V], and the first switch element Q1 is turned on.
このように、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０では、過電圧検知部およびオン状態強制部がフォトカプラを有していない。このため、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０によれば、過電圧検知部およびオン状態強制部を追加することによるコスト増を抑えることができる。また、当然ではあるが、本実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０によれば、第２実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０と同様の作用効果を得ることもできる。
As described above, in the hybrid
［変形例］
以上、本発明の第１実施例～第３実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。
[Modified example]
Although the hybrid
例えば、本発明に係るハイブリッド蓄電システム１０は、図９に示すように、複数の太陽電池２０－１，２０－２・・・との接続を可能にするために、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａ－１，１１Ａ－２・・・を備えていてもよい。もちろん、図９における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａを双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂまたは双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｃに置き換えたり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａ－１，１１Ａ－２・・・をＤＣ／ＤＣコンバータ１１ＢまたはＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ｃに置き換えたりすることも可能である。ただし、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａを双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂに置き換える場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａ－１，１１Ａ－２・・・の数に応じてフォトダイオードＰＤの数を増やす必要がある。
For example, as shown in FIG. 9, the hybrid
また、本発明に係るハイブリッド蓄電システム１０は、第１閾値と第２閾値とが同一でなくてもよい。本発明では、第１閾値および第２閾値のそれぞれを、第３コンデンサＣ３の定格電圧よりも低い任意の電圧に設定することができる。
Further, in the hybrid
また、本発明の第１実施例～第３実施例に係るハイブリッド蓄電システム１０では、直流発電装置としての太陽電池２０がＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａ，１１Ｂ、１１Ｃの入力端に接続されているが、これに限定されない。例えば、風力、水力等の再生可能エネルギーに基づく直流電力（例えば、風力、水力等により発生した交流電力を直流に変換した電力）を発生させる直流発電装置がＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａ，１１Ｂ、１１Ｃの入力端に接続されていてもよい。また、図９に示すハイブリッド蓄電システム１０では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａ－１，１１Ａ－２・・・に対して同種の直流発電装置が接続されているが、これに限らず、複数種の直流発電装置が混在して接続されていてもよい。
Further, in the hybrid
１０ ハイブリッド蓄電システム
１１Ａ，１１Ｂ、１１Ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 電圧検知部
１３Ａ，１３Ｂ、１３Ｃ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 電圧検知部
１５ 双方向ＡＣ／ＤＣインバータ
１６ 制御電源部
１７ 制御部
１８ ドライブ回路
２０ 太陽電池（直流発電装置）
３０ 蓄電池
４０ 重要負荷
５０ 商用電力系統
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｃ３ 第３コンデンサ
Ｑ１ 第１スイッチ素子
Ｑ２ 第２スイッチ素子
Ｑ３ 第３スイッチ素子
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ リレー
10 Hybrid
30
Claims (4)
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入力端の電圧を昇圧して前記出力端から出力する際にオンオフを繰り返す第１スイッチ素子を有し、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記一方の入出力端の電圧を昇圧して前記他方の入出力端から出力する際にオンオフを繰り返す第２スイッチ素子と、前記他方の入出力端の電圧を降圧して前記一方の入出力端から出力する際にオンオフを繰り返す第３スイッチ素子と、前記一方の入出力端に設けられた電圧検知部とを有し、
前記制御部は、前記第３スイッチ素子が短絡故障しているときに、前記電圧検知部によって検知された前記一方の入出力端の電圧が予め設定された第１閾値を超えると、前記第１スイッチ素子をオン状態とする
ことを特徴とするハイブリッド蓄電システム。 A DC/DC converter whose input end can be connected to a DC power generator, and a bidirectional DC/DC converter whose one input/output end can be connected to a storage battery and whose other input/output end is connected to the output end of the DC/DC converter. A hybrid power storage system comprising a DC converter and a control unit that controls switch elements included in the DC/DC converter and the bidirectional DC/DC converter,
The DC/DC converter has a first switching element that repeats on and off when boosting the voltage at the input terminal and outputting it from the output terminal,
The bidirectional DC/DC converter includes a second switch element that repeatedly turns on and off when boosting the voltage at the one input/output terminal and outputting it from the other input/output terminal; a third switch element that repeats on and off when lowering the voltage and outputting it from the one input/output terminal, and a voltage detection section provided at the one input/output terminal,
The control unit is configured to control the first input/output terminal when the voltage at the one input/output terminal detected by the voltage detection unit exceeds a first threshold value set in advance when the third switch element has a short-circuit failure. A hybrid power storage system characterized by turning on a switch element.
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記制御部による制御とは無関係に前記第１スイッチ素子を強制的にオン状態とすることが可能なオン状態強制部をさらに有し、
前記オン状態強制部は、前記一方の入出力端の電圧が前記第２閾値を超えていることを前記信号が示しているときに、前記第１スイッチ素子をオン状態とする
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド蓄電システム。 The bidirectional DC/DC converter further includes an overvoltage detection unit that outputs a signal indicating whether the voltage at the one input/output terminal exceeds a preset second threshold,
The DC/DC converter further includes an on-state forcing section that can forcibly turn on the first switch element regardless of control by the control section,
The on-state forcing section is characterized in that the first switch element is turned on when the signal indicates that the voltage at the one input/output terminal exceeds the second threshold. The hybrid power storage system according to claim 1.
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入力端に設けられた第２コンデンサをさらに有し、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記一方の入出力端に設けられた第３コンデンサをさらに有し、
前記第３コンデンサの定格電圧は、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの定格電圧よりも低い
ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド蓄電システム。 further comprising a first capacitor provided at the output end,
The DC/DC converter further includes a second capacitor provided at the input end,
The bidirectional DC/DC converter further includes a third capacitor provided at the one input/output end,
The hybrid power storage system according to claim 1 or 2, wherein the rated voltage of the third capacitor is lower than the rated voltages of the first capacitor and the second capacitor.
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電システム。 Claims 1 to 3, further comprising a control power supply unit that generates a power supply voltage for the control unit from any one of the system voltage, the voltage at the output terminal, and the voltage at the one input/output terminal. The hybrid power storage system according to any one of the items.
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