JP7405704B2

JP7405704B2 - 蓄電システム

Info

Publication number: JP7405704B2
Application number: JP2020104533A
Authority: JP
Inventors: 直久岡本
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2023-12-26
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: JP2021197868A

Description

本発明は、少なくとも電力系統の系統電圧および蓄電池の放電電圧を用いて所定の電源電圧を生成する蓄電システムに関する。

近年、低価格の深夜電力を利用して蓄電池に充電し、その蓄電池の電力を電力需要の大きい昼間に放電することで、電気料金の低減および電力需要の平準化を図った蓄電システムが普及しつつある。

図３に、従来の蓄電システムの一例として、特許文献１に開示された蓄電システム１０１を示す。蓄電システム１０１は、蓄電池側双方向電力変換部１０３と、系統側双方向電力変換部１０４と、を備えている。系統側双方向電力変換部１０４は、４つのスイッチング素子および還流ダイオードからなる電圧形インバータ１４１と、平滑用のコンデンサ１４２とを含む。蓄電システム１０１では、商用電力系統Ｇの系統電圧が系統側双方向電力変換部１０４により直流電圧に変換され、蓄電池側双方向電力変換部１０３によって直流電圧が降圧されて蓄電池Ｂに充電される。また、放電時には、蓄電池Ｂの放電電圧が、蓄電池側双方向電力変換部１０３により昇圧され、系統側双方向電力変換部１０４により交流電圧に変換されて商用電力系統Ｇに向けて出力される。

上述の蓄電システム１０１は、商用電力系統Ｇの系統電圧から生成した第１直流電圧を出力する第１電源部１０２ａと、第２直流電圧を出力する第２電源部１０２ｂと、第１電源部１０２ａおよび第２電源部１０２ｂの双方に接続され、第１直流電圧および第２直流電圧のうちの大きい方をスイッチングするスイッチング部１０９と、第１制御部１０６ａおよび第２制御部１０６ｂにそれぞれ電源電圧を供給する第１電源電圧生成部１１０ａおよび第２電源電圧生成部１１０ｂとをさらに備えている。

第２電源部１０２ｂは、ダイオード１２３、ダイオード１２４、第１トランス１２５、第１スイッチング素子１２７、整流用のダイオード１２８および平滑用のコンデンサ１３９、１２２を含む。コンデンサ１２２は、第１電源部１０２ａの構成要素でもある。第２電源部１０２ｂには、上述の系統側双方向電力変換部１０４のコンデンサ１４２の両端に現れる電圧である代替電圧が、ダイオード１２４を通じて入力される。蓄電池Ｂの放電電圧が代替電圧よりも大きい場合、第１トランス１２５の一次巻線Ｎ１２５および第１スイッチング素子１２７からなる直列回路には、ダイオード１２３を通じて放電電圧が印加される。一方、蓄電池Ｂの放電電圧が代替電圧よりも小さい場合、上記直列回路には、ダイオード１２４を通じて代替電圧が印加される。

ここで、商用電力系統Ｇに停電が発生していない通常時であって、蓄電池側双方向電力変換部１０３および系統側双方向電力変換部１０４が停止している待機状態においては、系統電圧に由来する第３直流電圧が代替電圧となる。この代替電圧は、放電電圧よりも大きく設定されている。

第１スイッチング素子１２７がオン／オフを繰り返すと、放電電圧または代替電圧がスイッチングされ、第１トランス１２５の二次巻線Ｎ１２６に交流電圧が誘起される。そして、第２電源部１０２ｂは、ダイオード１２８およびコンデンサ１２２によりこの交流電圧を直流化して、系統電圧から生成された第１直流電圧の下限値よりも小さい第２直流電圧を生成する。

停電が発生していない通常時においては、第１直流電圧と第２直流電圧のうちの大きい方、すなわち、第１直流電圧がコンデンサ１２２の両端に現れる。このとき、第２電源部１０２ｂは、無負荷で動作していると言える。一方、停電時においては、第１直流電圧および第２直流電圧の大小関係が逆転し、第２直流電圧がコンデンサ１２２の両端に現れる。

スイッチング部１０９は、第２トランス１９１の一次巻線Ｎ１９１ａおよび第２スイッチング素子１９３からなる直列回路を含む。第２スイッチング素子１９３がオン／オフを繰り返すと、コンデンサ１２２の両端に現れた第１直流電圧または第２直流電圧がスイッチングされ、第２トランス１９１の他の巻線、すなわち、一次巻線Ｎ１９１ｂおよび二次巻線Ｎ１９２に交流電圧が誘起される。第１電源電圧生成部１１０ａおよび第２電源電圧生成部１１０ｂは、一次巻線Ｎ１９１ｂおよび二次巻線Ｎ１９２にそれぞれ誘起された電圧を直流化して電源電圧を生成する。

この蓄電システム１０１では、通常時においては、系統電圧に由来する第１直流電圧に基づいて電源電圧が生成され、停電時においては、放電電圧に由来する第２直流電圧に基づいて電源電圧が生成される。よって、停電時においても第１制御部１０６ａおよび第２制御部１０６ｂに電源電圧を供給し続けることができる。また、蓄電システム１０１では、ダイオードの整流作用により第１直流電圧および第２直流電圧のうちの大きい方が自動的に選択される。このため、スイッチングする対象を第１直流電圧と第２直流電圧との間で切り替える際に、空白期間が生じることはない。さらに、蓄電システム１０１では、第２直流電圧は第１直流電圧よりも低くなるように設定されているので、通常時は第２電源部１０２ｂは無負荷で動作していると言える。よって、通常時に蓄電池Ｂが消耗することはほとんどない。

また、蓄電システム１０１は、第２電源部１０２ｂにおいて第１トランス１２５により絶縁されている。仮に、第２電源部１０２ｂにおいて絶縁されていない場合には、商用電力系統Ｇから蓄電池Ｂに向かって流れる電流が、系統側双方向電力変換部１０４および蓄電池側双方向電力変換部１０３を経由する経路と、第１電源部１０２ａおよび第２電源部１０２ｂを経由する経路とに分流する。これにより、第１電源部１０２ａおよび第２電源部１０２ｂに過大な電流が流れる。蓄電システム１０１では、第２電源部１０２ｂにおいて絶縁されているので、第１電源部１０２ａおよび第２電源部１０２ｂに過大な電流が流れるのを防ぐことができる。

特開２０１７－１７５８３０号公報

しかしながら、上述の蓄電システムのように、電源部に過大な電流が流れるのを防ぐためにトランスを備えた絶縁形電源を採用した場合には、コストが増大するという問題があった。

本発明の目的は、コストの増大を抑えつつ、蓄電池の消耗を抑制することが可能な蓄電システムを提供することである。

本発明の蓄電システムは、少なくとも電力系統の系統電圧および蓄電池の放電電圧を用いて所定の電源電圧を生成する蓄電システムであって、前記系統電圧を直流化して得た第１直流電圧を出力可能な第１電源部と、前記第１直流電圧よりも小さく設定された第２直流電圧を出力する第２電源部と、前記第１電源部および前記第２電源部の双方に接続され、前記第１直流電圧および前記第２直流電圧のいずれか大きい方をスイッチングするように構成された、スイッチング素子およびトランスの一次巻線からなるスイッチング部と、前記スイッチング部により前記トランスの他の巻線に誘起された電圧を直流化して前記電源電圧を生成する少なくとも１つの電源電圧生成部と、前記電力系統に停電が生じたことを検出する系統停電検出部と、を備えている。前記第２電源部は、前記蓄電池のプラス側端子に電気的に接続された直流プラス端子に接点を有する第１リレーと、前記蓄電池のマイナス側端子に電気的に接続された直流マイナス端子に接点を有する第２リレーとを有しており、前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わる。

この構成によると、第２電源部は、第１リレーおよび第２リレーにより、電力系統に停電が生じていない通常時においては絶縁状態となり、電力系統に停電が生じている停電時には通電状態となる。したがって、通常時には、スイッチング部には第１電源部から給電され、第２電源部から給電されないことから通常時の蓄電池の消耗を抑えることができる。また、絶縁形電源を採用することなく第２電源部を絶縁することができるので、コストの増大を抑えることができる。

また、上述の蓄電システムにおいては、前記第１電源部は、平滑用の第１コンデンサを有しており、前記第２電源部は、平滑用の第２コンデンサを有しており、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの容量は、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されてから、前記第１リレーおよび前記第２リレーがオフ状態からオン状態に切り替わるまでの間、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサに充電された電荷で前記スイッチング素子を駆動する電圧を出力可能な大きさである。

この構成によると、系統停電検出部によって電力系統に停電が発生したと検出されてから、第１リレーおよび第２リレーがオフ状態からオン状態に切り替わるまでの間も、確実にスイッチング部に電圧を出力することができる。

さらに、上述の蓄電システムは、前記蓄電池に一方のＤＣ入出力端子が接続された蓄電池側双方向電力変換部と、前記蓄電池側双方向電力変換部の他方のＤＣ入出力端子にＤＣ入出力端が接続されるとともに前記電力系統にＡＣ入出力端子が接続された、系統側双方向電力変換部と、前記電力系統と前記系統側双方向電力変換部との間に介装された第３リレーと、をさらに備え、前記第３リレーは、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わり、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたとき、前記第３リレーがオフ状態からオン状態に切り替わる前に、オン状態からオフ状態に切り替わる。

この構成によると、電力系統が復電したと検出されたとき、第１リレーおよび第２リレーと、第３リレーとが、同時にオン状態となることがないので、電源部に過大な電流が流れるのを確実に防ぐことができる。

加えて、上述の蓄電システムにおいては、前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したことが検出されてから所定時間の間、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したことが継続して検出されなかった場合に、オン状態からオフ状態に切り替わる。

この構成によると、電力系統に断続した停電が発生した場合に、第１リレーおよび第２リレーがオン／オフ動作を繰り返してばたつきが生じるのを防ぐことができる。

本発明によれば、コストの増大を抑えつつ、蓄電池の消耗を抑制することが可能な蓄電システムを得ることができる。

本発明の一実施形態にかかる蓄電システムの回路図である。図１に示す蓄電システムで行われる制御の流れを示すフローチャートである。従来の蓄電システムの回路図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態にかかる蓄電システム１は、蓄電池Ｂ、蓄電池側双方向電力変換部３、系統側双方向電力変換部４、系統電圧検出回路５、第１制御部６ａ、第２制御部６ｂを主に備えている。蓄電システム１は、交流電源である商用電力系統Ｇに接続されている。蓄電池Ｂは、例えばリチウムイオン電池であり、直流電源として機能する。蓄電システム１においては、商用電力系統Ｇから供給される系統電圧（商用系統電圧）により蓄電池Ｂを充電することができる。また、蓄電池Ｂの放電電圧を商用電力系統Ｇ側に出力することができる。

蓄電池側双方向電力変換部３は、蓄電池Ｂに一方のＤＣ入出力端が接続されている。系統側双方向電力変換部４は、蓄電池側双方向電力変換部３の他方のＤＣ入出力端にＤＣ入出力端が接続されるとともに、本発明の「第３リレー」に相当するメインリレー１１を介して商用電力系統ＧにＡＣ入出力端が接続されている。メインリレー１１は、商用電力系統Ｇと系統側双方向電力変換部４との間に位置する端子に接点を有する。より詳細には、メインリレー１１の接点は、後述する配線７１と配線７３との接合点と系統側双方向電力変換部４との間、および、後述する配線７２と配線７４との接合点と系統側双方向電力変換部４との間に位置する。

蓄電池側双方向電力変換部３は、系統側双方向電力変換部４から供給された直流電力を降圧して蓄電池Ｂに供給する。また、蓄電池側双方向電力変換部３は、蓄電池Ｂから供給された直流電力（放電電力）を昇圧して系統側双方向電力変換部４に供給する。

系統側双方向電力変換部４は、商用電力系統Ｇから供給された系統電圧を直流電圧に変換して蓄電池側双方向電力変換部３に供給する。また、系統側双方向電力変換部４は、蓄電池側双方向電力変換部３から供給された直流電圧を交流電圧に変換して商用電力系統Ｇ側に出力する。

系統側双方向電力変換部４は、４つのスイッチング素子および各スイッチング素子に逆向きに並列接続された還流ダイオードからなる電圧形インバータ４１と、電圧形インバータ４１のＤＣ入出力端側に設けられた平滑用のコンデンサ４２と、電圧形インバータ４１のＡＣ入出力端側に設けられたノイズフィルタ４３とを含む。

系統電圧検出回路５は、商用電力系統Ｇから供給される系統電圧を検出する。第１制御部６ａおよび第２制御部６ｂは、蓄電システム１の各部を制御する。第１制御部６ａは、蓄電システム１の１次側制御回路である。第２制御部６ｂは、蓄電システム１の２次側制御回路である。

第１制御部６ａは、系統電圧検出回路５で検出された系統電圧に基づいて商用電力系統Ｇでの停電の発生の有無を検出し、検出結果を第２制御部６ｂのマイコン（図示せず）に伝達する。第２制御部６ｂのマイコンは、第１制御部６ａから伝達された商用電力系統Ｇでの停電の有無の検出結果に基づいてメインリレー１１のオン／オフを制御する制御信号を送信する。

具体的には、商用電力系統Ｇに停電が発生したと検出されたとき、第２制御部６ｂのマイコンは、メインリレー１１をオン状態からオフ状態に切り替える制御信号を送信する。また、停電していた商用電力系統Ｇが復電したと検出されたとき、第２制御部６ｂのマイコンは、メインリレー１１をオフ状態からオン状態に切り替える制御信号を送信する。なお、メインリレー１１は、系統連系リレーである。メインリレー１１は、系統連系規格により復電が検出されてから所定時間Ｔ１経過後でないとオン状態に切り替えることができない規定となっている。したがって、第２制御部６ｂのマイコンは、復電が検出されてから所定時間Ｔ１経過後にメインリレー１１をオフ状態からオン状態に切り替える制御信号を送信する。

蓄電システム１は、第１電源部２ａ、第２電源部２ｂ、スイッチング部９、第１電源電圧生成部１０ａおよび第２電源電圧生成部１０ｂをさらに備えている。第１電源部２ａは、商用電力系統Ｇからの系統電圧を直流化（整流および平滑）して得た第１直流電圧を出力する。第２電源部２ｂは、蓄電池Ｂの放電電圧から得た直流電圧（第２直流電圧）を出力する。第２直流電圧は第１直流電圧の下限値よりも小さい電圧値に設定される。スイッチング部９は、第１電源部２ａおよび第２電源部２ｂの双方に接続され、、第１電源部２ａおよび第２電源部２ｂのいずれかから出力された電圧をスイッチングする。第１電源電圧生成部１０ａは、第１制御部６ａに電源電圧を供給する。第２電源電圧生成部１０ｂは、第２制御部６ｂに電源電圧を供給する。

第１電源部２ａは、整流用のダイオード２１および平滑用のコンデンサ２２を含む。ダイオード２１は、商用電力系統Ｇとメインリレー１１とを接続する配線７１、７２からそれぞれ分岐した配線７３、７４が接続されている。第１電源部２ａは、これらにより系統電圧を整流した後に平滑として直流化して第１直流電圧を生成する。

第２電源部２ｂは、ダイオード２３、ダイオード２４、第１リレー２５、第２リレー２６、リレー制御回路２７、パワーサーミスタ２８および平滑用のコンデンサ２２、２９を含む。なお、コンデンサ２２は、第１電源部２ａの構成要素でもある。ダイオード２３は、蓄電池Ｂのプラス側端子と蓄電池側双方向電力変換部３とを接続する配線８１から分岐した配線８３に設けられている。ダイオード２３は、蓄電池Ｂの放電電圧を第２電源部２ｂに入力する。ダイオード２４は、蓄電池側双方向電力変換部３と系統側双方向電力変換部４とを接続する配線８２から分岐する配線８４に設けられている。ダイオード２４は、コンデンサ４２の両端に現れる電圧（以下、「代替電圧」と称する）を第２電源部２ｂに入力する。

第１リレー２５は、配線８５によって配線８３と配線８４との接合点と電気的に接続された接点を有する。すなわち、第１リレー２５は、蓄電池Ｂのプラス側端子に接続された直流プラス端子に接点を有する。第２リレー２６は、配線８６によって蓄電池Ｂのマイナス側端子に接続された接点を有する。配線８５には、パワーサーミスタ２８が設けられている。

リレー制御回路２７は、系統電圧検出回路５によって検出された系統電圧に基づいて、第１リレー２５および第２リレー２６のオン／オフを制御する。具体的には、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧が閾値以下となり、商用電力系統Ｇに停電が発生したことが検出されたとき、リレー制御回路２７は第１リレー２５および第２リレー２６をオフ状態からオン状態に切り替える。また、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧が閾値を超え、停電していた商用電力系統Ｇが復電したことが検出されたとき、リレー制御回路２７は第１リレー２５および第２リレー２６をオン状態からオフ状態に切り替える。

商用電力系統Ｇに停電が発生していない通常時においては、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態であり、第２電源部２ｂは絶縁状態となる。つまり、通常時は、第２電源部２ｂから電圧が出力されることはない。一方、商用電力系統Ｇに停電が発生している停電時においては、第１リレー２５および第２リレー２６がオン状態であり、第２電源部２ｂは通電状態となる。

停電時においては、蓄電池側双方向電力変換部３および系統側双方向電力変換部４が停止し、蓄電池側双方向電力変換部３のＤＣ入出力端から出力される蓄電池Ｂの放電電圧にほぼ等しい直流電圧が代替電圧となる。この代替電圧は、当然ながら蓄電池Ｂの電圧にほぼ等しい。したがって、停電時は、第２電源部２ｂから放電電圧または代替電圧が第２直流電圧として出力される。

ここで、復電が検出されたときの第１リレー２５および第２リレー２６の詳細な制御について説明する。リレー制御回路２７は、停電していた商用電力系統Ｇが復電したと検出されてから所定時間Ｔ２の間、商用電力系統Ｇに停電が発生したことが継続して検出されなかった場合に、第１リレー２５および第２リレー２６をオン状態からオフ状態に切り替える。すなわち、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧が閾値を超えた後、所定時間Ｔ２の間継続して系統電圧が閾値を超えた場合に、第１リレー２５および第２リレー２６はオン状態からオフ状態に切り替わる。

また、上述のように、停電していた商用電力系統Ｇが復電したと検出されたとき、メインリレー１１は、復電が検出されてから所定時間Ｔ１経過後にオフ状態からオン状態に切り替わる。第１リレー２５および第２リレー２６は、停電していた商用電力系統Ｇが復電したと検出されたとき、メインリレー１１がオフ状態からオン状態に切り替わる前に、オン状態からオフ状態に切り替わる。つまり、所定時間Ｔ２は所定時間Ｔ１より短い。

なお、第１リレー２５および第２リレー２６のオン／オフ制御は、第２制御部６ｂのマイコン（図示せず）で行ってもよい。本実施形態のように、リレー制御回路２７を設けて回路構成によりオン／オフ制御を行うことで、マイコンによりオン／オフ制御を行う場合に比べて第１リレー２５および第２リレー２６を切り替える際の遅延時間を短くすることができる。

ここで、本発明の「系統停電検出部」は、第１制御部６ａおよび系統電圧検出回路５に対応する。すなわち、上述のように、メインリレー１１のオン／オン制御は、系統電圧検出回路５で検出された系統電圧に基づいて第１制御部６ａで停電の有無を検出し、その検出結果に基づいて第２制御部６ｂのマイコン（図示せず）から送信された制御信号によってなされる。つまり、このときは第１制御部６ａが「系統停電検出部」に対応する。また、第１リレー２５および第２リレー２６のオン／オフ制御は、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧が閾値以下となったときと閾値を超えたときとにリレー制御回路２７によってなされる。つまり、このときは系統電圧検出回路５が「系統停電検出部」に対応する。

コンデンサ２２およびコンデンサ２９の容量は、商用電力系統Ｇに停電が発生したと検出されてから、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わるまでの間、コンデンサ２２およびコンデンサ２９に充電された電荷でスイッチング部９に電圧を出力可能な大きさである。上述のように、本実施形態においては、回路構成により第１リレー２５および第２リレー２６のオン／オフ制御を行うので、停電の発生が検出されてから第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わるまでの遅延時間は比較的短い。したがって、コンデンサ２２およびコンデンサ２９として大容量のコンデンサを採用する必要はない。

なお、停電の発生が検出されてから第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わるまでの遅延時間にコンデンサ２２、２９が放電されるので、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わった時、第１リレー２５および第２リレー２６の接点に突入電流が流れる。本実施形態においては、ダイオード２３、２４と第１リレー２５との間にパワーサーミスタ２８が設けられているので、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わった時に流れる突入電流を抑制することができる。パワーサーミスタ２８は、第１リレー２５とコンデンサ２９との間に設けられていてもよい。

商用電力系統Ｇに停電が発生していない通常時においては、上述のように第２電源部２ｂは絶縁されているので第２電源部２ｂから電圧が出力されることがない。したがって、第１電源部２ａから出力された第１直流電圧がコンデンサ２２の両端に現れる。商用電力系統Ｇに停電が発生している停電時においては、第１電源部２ａからの第１直流電圧が出力されなくなる。停電時、第２電源部２ｂは通電状態となるので、第２電源部２ｂから出力された第２直流電圧がコンデンサ２２の両端に現れる。

スイッチング部９は、トランス９１の一次巻線Ｎ９１ａおよびスイッチング素子９３からなる直列回路を含む。スイッチング素子９３がオン／オフを繰り返すと、コンデンサ２２の両端に現れた第１直流電圧または第２直流電圧がスイッチングされ、トランス９１の他の巻線、すなわち、一次巻線Ｎ９１ｂおよび二次巻線Ｎ９２に交流電圧が誘起される。スイッチング部９は、商用電力系統Ｇに停電が発生していない通常時においては第１直流電圧を、商用電力系統Ｇに停電が発生している停電時においては第２直流電圧をスイッチングする。

第１電源電圧生成部１０ａは、一次巻線Ｎ９１ｂ、整流用のダイオード１２および平滑用のコンデンサ１３を含む。ダイオード１２およびコンデンサ１３は、スイッチング素子９３のスイッチングにより一次巻線Ｎ９１ｂに誘起された交流電圧を直流化する。そして、この直流化により得られた電圧は、第１制御部６ａに電源電圧として供給される。

同様に、第２電源電圧生成部１０ｂは、二次巻線Ｎ９２、整流用のダイオード１４および平滑用のコンデンサ１５を含む。ダイオード１４およびコンデンサ１５は、スイッチング素子９３のスイッチングにより二次巻線Ｎ９２に誘起された交流電圧を直流化する。そして、この直流化により得られた電圧は、第２制御部６ｂに電源電圧として供給される。

次に、図２を参照しつつ、蓄電システム１で行われる制御の流れについて説明する。図２のフローチャートで示す制御の流れは、蓄電システム１の電源が投入されている間は継続して実行されるものである。

まず、商用電力系統Ｇに停電が発生していない通常時においては、通常運転制御が行われる（Ｓ１）。通常運転制御では、商用電力系統Ｇから供給される系統電圧を直流化して得た第１直流電圧が第１電源部２ａからスイッチング部９に出力される。そして、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧に基づいて、商用電力系統Ｇに停電が発生したか否かの判断が行われる（Ｓ２）。なお、通常時においては、メインリレー１１はオン状態（閉状態）とされ、第１リレー２５および第２リレー２６はオフ状態（開状態）とされている。

系統電圧検出回路５の検出結果に基づき、停電が発生していないと判断した場合には（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ１に戻って通常運転制御を続ける。一方、停電が発生したと判断した場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、リレー制御回路２７により第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替えられ、かつ、第２制御部６ｂのマイコンから送信される制御信号により、メインリレー１１がオン状態からオフ状態に切り替えられる（Ｓ３）。なお、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替えられるタイミングと、メインリレー１１がオン状態からオフ状態に切り替えられるタイミングとはいずれが先であってもよい。

続いて、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧に基づいて、停電していた商用電力系統Ｇが復電したか否かの判断が行われる（Ｓ４）。Ｓ４の判断は、復電したと判断するまで繰り返し行われる。そして、復電したと判断した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、復電が検出されてからの経過時間のカウントをスタートする（Ｓ５）。

続いて、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧に基づいて、商用電力系統Ｇに停電が発生したか否かの判断が行われる（Ｓ６）。停電が発生したと判断した場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、Ｓ４で復電が検出されてからの経過時間のカウントをリセットし（Ｓ７）、上述のＳ４に戻る。一方、停電が発生していないと判断した場合には（Ｓ６：ＮＯ）、Ｓ４で復電が検出されてからの経過時間が所定時間Ｔ２を経過したか否かを判断する（Ｓ８）。

未だ所定時間Ｔ２が経過していないと判断した場合には（Ｓ８：ＮＯ）、Ｓ６に戻る。そして、所定時間Ｔ２が経過したと判断した場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、リレー制御回路２７により第１リレー２５および第２リレー２６がオン状態からオフ状態に切り替えられる（Ｓ９）。その後（復電を検知してから所定時間Ｔ１経過後、所定時間Ｔ１＞所定時間Ｔ２）、第２制御部６ｂのマイコンから送信される制御信号により、メインリレー１１がオフ状態からオン状態に切り替えられ（Ｓ１０）、Ｓ１に戻る。

以上のように、本実施形態の蓄電システム１は、系統電圧を直流化して得た電圧を出力可能な第１電源部２ａと、蓄電池Ｂの放電電圧から得た電圧を出力可能な第２電源部２ｂと、第１電源部２ａおよび第２電源部２ｂのいずれかから出力された電圧をスイッチングするように構成されたスイッチング部９と、スイッチング部９によりトランス９１の他の巻線（一次巻線Ｎ９１ｂおよび二次巻線Ｎ９２）に誘起された電圧を直流化して電源電圧を生成する第１電源電圧生成部１０ａおよび第２電源電圧生成部１０ｂと、商用電力系統Ｇから供給される系統電圧を検出する系統電圧検出回路５と、を備えている。第２電源部２ｂは、蓄電池Ｂのプラス側端子に接続された直流プラス端子に接点を有する第１リレー２５と、蓄電池Ｂのマイナス側端子に接続された直流マイナス端子に接点を有する第２リレー２６とを有しており、第１リレー２５および第２リレー２６は、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧が閾値以下となり商用電力系統Ｇに停電が発生したことが検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、系統電圧検出回路５によって検出される系統電圧が閾値を超え商用電力系統Ｇが復電したことが検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わる。

上述の構成によると、第２電源部２ｂは、第１リレー２５および第２リレー２６により、商用電力系統Ｇに停電が生じていない通常時においては絶縁状態となり、商用電力系統Ｇに停電が生じている停電時には通電状態となる。したがって、通常時には、スイッチング部９には第１電源部２ａから給電され、第２電源部２ｂから給電されないことから通常時の蓄電池Ｂの消耗を抑えることができる。また、絶縁形電源を採用することなく第２電源部２ｂを絶縁することができるので、コストの増大を抑えることができる。

さらに、本実施形態においては、図３に示す従来の蓄電システム１０１の第１スイッチング素子１２７が不要である。よって、停電時の制御電源変換効率が向上し、かつ、通電時にスイッチングのために消費する電力およびスイッチングにより生ずるノイズを削減することができる。また、通電時においては、第１リレー２５および第２リレー２６の接点で機械的に絶縁されているので、雷サージが蓄電池Ｂおよび蓄電池側双方向電力変換部３に浸入することがない。

本実施形態の蓄電システム１では、第１電源部２ａは、平滑用のコンデンサ２２を有しており、第２電源部２ｂは、平滑用のコンデンサ２９を有しており、コンデンサ２２およびコンデンサ２９の容量は、商用電力系統Ｇに停電が発生したことが検出されてから、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わるまでの間、コンデンサ２２およびコンデンサ２９に充電された電荷で電圧を出力可能な大きさである。したがって、商用電力系統Ｇに停電が発生したと検出されてから、第１リレー２５および第２リレー２６がオフ状態からオン状態に切り替わるまでの間も、確実にスイッチング部９に電圧を出力することができる。

本実施形態の蓄電システム１では、蓄電池Ｂに一方のＤＣ入出力端子が接続された蓄電池側双方向電力変換部３と、蓄電池側双方向電力変換部３の他方のＤＣ入出力端子にＤＣ入出力端が接続されるとともに商用電力系統ＧにＡＣ入出力端子が接続され、４つのスイッチング素子および還流ダイオードからなる電圧形インバータ４１と平滑用のコンデンサ４２とを含む系統側双方向電力変換部４と、商用電力系統Ｇと系統側双方向電力変換部４との間に位置する端子に接点を有するメインリレー１１と、をさらに備えている。メインリレー１１は、第１制御部６ａによって商用電力系統Ｇに停電が発生したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わり、第１制御部６ａによって停電していた商用電力系統Ｇが復電したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、第１リレー２５および第２リレー２６は、商用電力系統Ｇが復電したと検出されたとき、メインリレー１１がオフ状態からオン状態に切り替わる前に、オン状態からオフ状態に切り替わる。したがって、商用電力系統Ｇが復電したと検出されたとき、第１リレー２５および第２リレー２６と、メインリレー１１とが、同時にオン状態となることがないので、第１電源部２ａおよび第２電源部２ｂに過大な電流が流れるのを確実に防ぐことができる。

本実施形態の蓄電システム１では、第１リレー２５および第２リレー２６は、停電していた商用電力系統Ｇが復電したことが検出されてから所定時間Ｔ２の間、商用電力系統Ｇに停電が発生したことが継続して検出されなかった場合に、オン状態からオフ状態に切り替わる。したがって、商用電力系統Ｇに断続した停電が発生した場合に、第１リレー２５および第２リレー２６がオン／オフ動作を繰り返してばたつきが生じるのを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでない。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上述の実施形態では、第１電源電圧生成部１０ａおよび第２電源電圧生成部１０ｂを備えている場合について説明したが、電源電圧を生成する電源電圧生成部の個数は２つに限定されるものではない。電源電圧生成部は、少なくとも１つ備えていればよく、３つ以上備えていてもよい。

上述の実施形態では、第１リレー２５および第２リレー２６は、停電していた商用電力系統Ｇが復電したことが検出されてから所定時間Ｔ２の間、商用電力系統Ｇに停電が発生したことが継続して検出されなかった場合に、オン状態からオフ状態に切り替わる場合について説明したが、これには限定されない。リレーの繰り返し切り替え動作が支障にならない範囲で第１リレー２５および第２リレー２６は、停電していた商用電力系統Ｇが復電したことが検出されたとき、直ちにオン状態からオフ状態に切り替わってもよい。

上述の実施形態においては、第２電源部２ｂがパワーサーミスタ２８を有している場合について説明したが、パワーサーミスタ２８はなくてもよい。また、パワーサーミスタ２８に代わる他の突入電流防止手段を用いてもよい。

上述の実施形態においては、商用電力系統Ｇに接続された蓄電システム１について説明したが、これには限定されない。蓄電システム１は、商用の系統電力網に限定されず、事業所内などの限られた範囲内に構築された構内の系統電力網に接続されていてもよい。

また、蓄電システム１は、太陽電池等の発電装置に基づく発電電圧を代替電圧としてもよい。この場合、発電装置に繋がる発電装置側電力変換部の出力端を蓄電池側双方向電力変換部３と系統側双方向電力変換部４との相互接続点に接続すればよい。

１蓄電システム
２ａ第１電源部
２ｂ第２電源部
３蓄電池側双方向電力変換部
４系統側双方向電力変換部
５系統電圧検出回路（系統停電検出部）
６ａ第１制御部（系統停電検出部）
９スイッチング部
１０a、１０ｂ第１電源電圧生成部
１１メインリレー（第３リレー）
２２コンデンサ（第１コンデンサ）
２５第１リレー
２６第２リレー
２９コンデンサ（第２コンデンサ）

Claims

少なくとも電力系統の系統電圧および蓄電池の放電電圧を用いて所定の電源電圧を生成する蓄電システムであって、
前記系統電圧を直流化して得た第１直流電圧を出力可能な第１電源部と、
前記第１直流電圧よりも小さく設定された第２直流電圧を出力する第２電源部と、
前記第１電源部および前記第２電源部の双方に接続され、前記第１直流電圧および前記第２直流電圧のいずれか大きい方をスイッチングするように構成された、スイッチング素子およびトランスの一次巻線からなるスイッチング部と、
前記スイッチング部により前記トランスの他の巻線に誘起された電圧を直流化して前記電源電圧を生成する少なくとも１つの電源電圧生成部と、
前記電力系統に停電が生じたことを検出する系統停電検出部と、
を備え、
前記第２電源部は、前記蓄電池のプラス側端子に電気的に接続された直流プラス端子に接点を有する第１リレーと、前記蓄電池のマイナス側端子に電気的に接続された直流マイナス端子に接点を有する第２リレーとを有しており、
前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わり、
前記第１電源部は、平滑用の第１コンデンサを有しており、
前記第２電源部は、平滑用の第２コンデンサを有しており、
前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの容量は、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されてから、前記第１リレーおよび前記第２リレーがオフ状態からオン状態に切り替わるまでの間、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサに充電された電荷で前記スイッチング素子を駆動する電圧を出力可能な大きさであることを特徴とする蓄電システム。
前記蓄電池に一方のＤＣ入出力端子が接続された蓄電池側双方向電力変換部と、
前記蓄電池側双方向電力変換部の他方のＤＣ入出力端子にＤＣ入出力端が接続されるとともに前記電力系統にＡＣ入出力端子が接続された系統側双方向電力変換部と、
前記電力系統と前記系統側双方向電力変換部との間に介装された第３リレーと、をさらに備え、
前記第３リレーは、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わり、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、
前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたとき、前記第３リレーがオフ状態からオン状態に切り替わる前に、オン状態からオフ状態に切り替わることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
少なくとも電力系統の系統電圧および蓄電池の放電電圧を用いて所定の電源電圧を生成する蓄電システムであって、
前記系統電圧を直流化して得た第１直流電圧を出力可能な第１電源部と、
前記第１直流電圧よりも小さく設定された第２直流電圧を出力する第２電源部と、
前記第１電源部および前記第２電源部の双方に接続され、前記第１直流電圧および前記第２直流電圧のいずれか大きい方をスイッチングするように構成された、スイッチング素子およびトランスの一次巻線からなるスイッチング部と、
前記スイッチング部により前記トランスの他の巻線に誘起された電圧を直流化して前記電源電圧を生成する少なくとも１つの電源電圧生成部と、
前記電力系統に停電が生じたことを検出する系統停電検出部と、
を備え、
前記第２電源部は、前記蓄電池のプラス側端子に電気的に接続された直流プラス端子に接点を有する第１リレーと、前記蓄電池のマイナス側端子に電気的に接続された直流マイナス端子に接点を有する第２リレーとを有しており、
前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わり、
前記蓄電池に一方のＤＣ入出力端子が接続された蓄電池側双方向電力変換部と、
前記蓄電池側双方向電力変換部の他方のＤＣ入出力端子にＤＣ入出力端が接続されるとともに前記電力系統にＡＣ入出力端子が接続された系統側双方向電力変換部と、
前記電力系統と前記系統側双方向電力変換部との間に介装された第３リレーと、をさらに備え、
前記第３リレーは、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したと検出されたときはオン状態からオフ状態に切り替わり、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたときはオフ状態からオン状態に切り替わり、
前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したと検出されたとき、前記第３リレーがオフ状態からオン状態に切り替わる前に、オン状態からオフ状態に切り替わることを特徴とする蓄電システム。
前記第１リレーおよび前記第２リレーは、前記系統停電検出部によって停電していた前記電力系統が復電したことが検出されてから所定時間の間、前記系統停電検出部によって前記電力系統に停電が発生したことが継続して検出されなかった場合に、オン状態からオフ状態に切り替わることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電システム。