JPWO2010125878A1

JPWO2010125878A1 - 制御装置および制御方法

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Publication number: JPWO2010125878A1
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Abstract

ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力点追尾動作から出力電圧制御動作への切り替えを瞬時に行い、負荷に常に電力供給することができる制御装置を提供する。第１の電力供給機器と、電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する第２の電力供給機器と、前記第１の電力供給機器と第２の電力供給機器の電力を所望の電力に変換する電力変換装置と、前記第２の電力供給機器の機器情報及び前記電力変換装置の出力情報を取得する監視部と、前記監視部が取得した情報に基づき、前記電力変換装置を制御する制御部とを備える。

Description

本発明は、第一の電力供給機器と、電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する第二の電力供給機器を備えた制御装置及び制御方法に関する。上記第一の電力供給機器としては、例えば、太陽電池、風力発電機、エンジン式発電機や燃料電池がある。また、状態に応じて供給電圧が変化する電力供給機器としては、二次電池やキャパシタがある。

太陽電池、風力発電機、エンジン式発電機や燃料電池を用いた分散型電源が近年普及し、また、太陽電池や風力発電等、出力変動を生じる分散型電源の出力を平準化させるための蓄電設備との併用技術の開発も進んでいる。しかし、分散型電源が発電する電力を蓄電池へ充電する際、及び負荷へ電力を供給する際、電力変換装置を多数回経由することによる電力変換損失が問題となっている。
太陽電池と蓄電池を電力供給機器とする電力供給装置に関して、上記課題を解決する方法が特開２００７−２０１２５７号公報に述べられている。太陽電池に蓄電池を並列接続した太陽光発電システムは、太陽電池が蓄電池電圧に規定されて動作するため、太陽光発電システム内のＤＣ／ＤＣコンバータは、最大電力点追尾動作を行えないことが知られている。しかし、蓄電池が満充電になった場合は、それ以上充電が行えないため、蓄電池を太陽電池から一旦切り離し、その間ＤＣ／ＤＣコンバータは最大電力点追尾動作を行うことができる。
特開２００７−２０１２５７号公報は、このような問題を解決したものであり、満充電時に蓄電池を切り離した場合、満充電状態もしくは遮断素子のオフ状態を検出して、ＤＣ／ＤＣコンバータを出力電圧制御動作から最大電力点追尾動作へ移行する技術を開示している。

上記特開２００７−２０１２５７号公報は、ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力点追尾動作から出力電圧制御動作へ移行する場合、所定の時間経過後の移行する。上記特開２００７−２０１２５７号公報では、負荷量を制御するため、上記の動作切り替え時間は問題にならない。
しかし、太陽光発電システムが一般家庭に設置される場合、負荷量は家庭の電力ニーズによって変動するため、次のような課題が生じる。例えば、蓄電池が満充電になり太陽電池から切り離されて、ＤＣ／ＤＣコンバータが最大電力点追尾動作を行っていた場合、負荷量変動や日射変動により蓄電池からの電力供給を要求されるケースが存在する。その場合、蓄電池から出力するためにはＤＣ／ＤＣコンバータの動作を出力電圧制御動作に切り替えなければならない。この動作切り替えの際には、少なくともインバータの入出力電力に関する情報を監視する必要がある。もし、ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力点追尾動作から出力電圧制御動作への切り替えが遅れると、負荷は十分な電力供給を受けられず、動作停止しなければならなくなったり、システムとして最適な電力供給ができなくなったりする恐れがある。

ここで、最適な動作電圧をもつ電力供給機器と電圧が可変な電力供給機器の２つをもつ電力供給装置について、一般的な説明をする。便宜上、前者の電力供給機器を太陽電池、後者の電力供給機器を蓄電池とする。
図６に示すように、太陽電池１０１は第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２を介して出力端子１０３に接続される。一方、蓄電池１０４はオン・オフスイッチ１０５を介して第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０６に接続され、更に出力端子１０３に接続される。出力端子１０３は負荷（図示しない）接続され、電源を供給する。または系統電力に接続され、逆潮流により売電される。このような接続において、第１のＤＣ/ＤＣコンバータ１０２は常に最大電力点追尾動作を行い、太陽電池をフル出力させる。一方、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、蓄電池の残量情報や外部機器からの出力指令を受けて、出力電圧または出力電流を制御する。また、場合によっては、太陽電池１０１あるいは出力端子１０３から電力供給を受け、蓄電池１０４へ電力供給し、蓄電池１０４を充電する。その場合には蓄電池への電流制御を行う。
図６に示す構成の場合、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は最大電力点追尾動作を行い、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は出力電圧または出力電流を制御するものであり、各ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を切り替える必要はない。しかし、２台のＤＣ／ＤＣコンバータが必要となり、大型化、高コストになる。

また、上記では太陽電池と蓄電池を例に挙げて説明したが、本課題は、太陽電池と蓄電池の間にのみ起こる課題ではなく、太陽電池、風力発電装置、エンジン式発電機や燃料電池のような最適動作電圧が存在する分散型電源と、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池、コンデンサ等に代表される、電圧源として動作し、状態（電池ＳＯＣ等）に応じて供給する電圧が変動する蓄電装置を並列接続した場合に共通する課題である。
また、蓄電池充電量が空になった場合の遮断回路及び遮断状態からの復帰回路にも同様の問題が生じる。
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力点追尾動作から出力電圧制御動作への切り替えを瞬時に行い、負荷に常に電力供給することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
また、太陽電池によって蓄電池の充電を可能にし、また充電中は出力を禁止する回路を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、以上の課題を解決するものであり、第１の電力供給機器と、電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する第２の電力供給機器と、前記第１の電力供給機器と第２の電力供給機器の電力を所望の電力に変換する電力変換装置と、前記第２の電力供給機器の機器情報を取得する監視部と、前記監視部が取得した情報に基づき、前記電力変換装置を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
本発明において、上記第１の電力供給機器は、例えば、太陽電池、風力発電装置、エンジン式発電機や燃料電池等であり、一般的には最適な発電電圧が存在する。第２の電力供給機器は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池、コンデンサ等である。本発明の制御装置は、上記特徴を備えることにより、第２の電力供給機器が切り離されている場合、第１の電力供給機器を最適な発電電圧状態で動作させ、第２の電力供給機器が接続されている場合は、出力電圧制御動作を行い、安定した電力供給する。

また、本発明は実施形態では、監視部は、更に前記電力変換機器の出力電流または出力電力情報を取得し、前記出力電流または出力電力情報に基づき、前記電力変換装置を制御する制御部を備えることを特徴とする。また、前記電力供給機器の少なくとも１つは蓄電装置であって、前記監視部は前記蓄電装置の充電量（ＳＯＣ）情報を取得し、制御部は充電量（ＳＯＣ）情報に基づいて前記電力変換装置を制御する。

また、本発明は別の観点によれば、以上の課題を解決する制御方法であり、最適な発電電圧が存在する第１の電力供給機器と、電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する第２の電力供給機器の電力を所望の電力に変換して出力する電力変換装置と、前記第２の電力供給機器の出力情報を取得し、その出力情報に基づき、前記電力変換装置を制御する制御部を備える制御装置において、前記制御部が前記第２の電力供給機器の充電量を検出するステップと、前記充電量が０％以上１００％未満を判断するステップと、充電量が０％以上１００％未満を判断した場合に、前記電力変換装置の運転禁止及び出力制御動作モードの切替制御信号を出力するステップを備える。
更に、前記第２の電力供給機器と電力変換装置の間にスイッチ素子を備え、充電量が１００％のとき、スイッチ素子を遮断するステップと、前記電力変換装置の運転許可と最大電力点追尾動作モードの切替制御信号を出力するステップを備える。更に、充電量が０％のとき、前記電力変換装置に運転停止モードの切替指令を出力するステップを備える。

本発明により、第２の電力供給機器が第１の電力供給機器から切り離された状態において、電力変換装置が最大電力点追尾動作を行っていた場合に、負荷量変化等による蓄電池の出力要求時に電力変換装置を出力電圧制御動作へ瞬時に切り替え可能とし、第２の電力供給機器から出力可能となる。
また、蓄電池が空になった場合にスイッチを遮断するのではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止することにより、蓄電池の出力を不可能とすることに加えて、蓄電池が太陽電池からの充電を常に可能とする状態にすることができる。

本発明の第１の実施形態による制御装置のブロック図を示す。本発明の電力変換装置が最大電力点追尾動作をする場合の電圧―電力特性図を示す。本発明の制御装置の遷移条件を示すフローチャート図を示す。本発明の第２の実施形態による制御装置のブロック図を示す。本発明の第２の実施形態による制御装置のブロック図を示す。従来の最適な動作電圧をもつ電力供給機器と電圧が可変な電力供給機器の２つをもつ電力供給装置のブロック図を示す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による制御装置のブロック図を示す。このブロック図において、第１の電力供給機器と第２の電力供給機器を備える。第１の電力供給機器は、最適な発電電圧が存在する電力供給機器であり、例えば、太陽電池である。また、第２の電力供給機器は、電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する電力供給機器であり、例えば、二次電池である。しかし、太陽電池に代えて燃料電池、風力発電機、エンジン式発電機を用いることが可能である。燃料電池またはエンジン式発電機を使用する場合、本発明はハイブリッド式自動車に適用することが可能である。また二次電池に代えてキャパシタを用いることが可能である。
図１に示すように、この第１の実施形態の制御装置は、太陽電池１と、二次電池２と、二次電池２から太陽電池１への逆流を防ぐためのダイオード３と、二次電池への充電を遮断するスイッチ素子４と、監視部５と、制御部６と、電力変換装置７とを備える。太陽電池１の出力端子にダイオード３が太陽電池１の出力方向を順方向にして接続され、更にダイオード３を介して、電力変換装置７の入力端子に接続される。二次電池２はスイッチ素子４を介して、電力変換装置７の入力端子に接続される。
監視部５は、二次電池２の充電量（ＳＯＣ（State of Charge））のような機器情報を取得して、制御部６に制御信号を与える。また電力変換装置７の出力電流または出力電力のような出力情報を取得して、制御部６に制御信号を与える。制御部６は、スイッチ素子４をオンまたはオフにする制御信号をスイッチ素子４に与える。また、制御部６は、電力変換装置７を運転許可モードまたは運転禁止モードに制御する制御信号と、最大電力点追尾動作モードまたは出力電圧制御動作モードに制御する制御信号を出力する。

本発明に用いられる太陽電池１は、結晶系の太陽電池セルを複数枚接続して構成される結晶系太陽電池モジュール、ガラス基板上にＣＶＤ等の方法により形成されたシリコン系半導体あるいは化合物系半導体よりなる薄膜状の太陽電池を複数直列接続したセルを用いた薄膜太陽電池モジュール、結晶系のシリコンとアモルファスシリコンを積層したタンデム構造の太陽電池モジュールなどが挙げられる。中でもガラス基板上にＣＶＤ等の方法により、シリコン系半導体よりなる太陽電池素子を複数直列接続した薄膜状の太陽電池モジュールは高電圧出力であり、温度係数が小さいので好ましい。

二次電池２には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などの化学反応を利用した二次電池や、電気二重層キャパシタなどが使用可能である。特に、リチウムイオン電池は、充放電反応に基本的に副反応を伴わず、充放電による電力効率が高いので好ましい。リチウムイオン電池は充電不足によるサイクル劣化やメモリー効果などがなく、また充電終止電圧の温度依存性がないため、本発明の二次電池としては好適に使用することができる。本発明に使用するリチウムイオンは、正極材料、負極材料ともに種々なものが提案されており、それらすべてが使用可能である。中でもLｉＦｅＰＯ₄を正極に用いたリチウムイオン電池はその充放電曲線が平坦であり、特に好ましい。
二次電池の保護回路として、過充電防止回路、過放電防止回路、過電流防止回路、直列に接続された蓄電池デバイスの各セルの電圧監視回路、各セルの電圧を調整するバランス回路などを備えるとよい。
また蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）を検出する充電量（ＳＯＣ）検出器２１を備える。充電量（ＳＯＣ）検出器２１は蓄電池２の出力電圧を測定する電圧計であり、電圧を計測するが、場合によっては積算充電量をさらに計測しても構わない。充電量（ＳＯＣ）は、１００％が満充電であり、０％が放電終了である。従って、充電量（ＳＯＣ）が１００％以上は過充電であり、０％以下は過放電の状態である。

スイッチ素子４は、例えばメカニカルに入り切りを制御するスイッチやＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのような電界効果型の半導体スイッチを用いることが可能である。本発明はオンオフ制御が容易なＩＧＢＴ電界効果型半導体スイッチを用いる。

電力変換装置７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１と、インバータ７２よりなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は太陽電池１の出力電圧を所望の電圧に変換し、インバータ７２は直流電力を交流電力に変換し、出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、一方向コンバータまたは双方向コンバータよりなる。インバータ７２は、一方向インバータまたは双方向インバータよりなり、少なくとも出力電力を検出する出力電力検出器７２ａを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１及びインバータ７２には公知のものが使用可能である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は制御部６の制御信号に従い、動作モードを最大電力追尾動作モードまたは出力制御動作モードに遷移し、インバータ７２は制御部６の制御信号に従い、運転許可モードまたは運転停止モードに遷移する。
上記最大電力追尾動作モードは、太陽電池が出力電流によって出力電圧が変化するので、太陽電池から最大の電力を取出すためのＤＣ／ＤＣコンバータ７１の動作モードである。この制御はＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御とも呼ばれている。この制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１が入力電流を制御しながら、入力電力または出力電力を監視することにより、出力電力が最大となるように電流と電圧とが調節される制御である。この制御が実施されると、日射量や表面温度によって太陽電池の出力が時々刻々と変化しても出力電力が最大となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１の入力電圧が追従する。例えば、入力電流を増加させたときに、入力電力または出力電力が前回の値より増加した場合は、入力電流をさらに増加させ、入力電力または出力電力が前回の値より減少した場合は、入力電流を減少させるように制御する。

図２は、ある日射条件における太陽電池の電力―電圧特性図を示す。図２は、横軸が電圧、縦軸が電力を示す。図２を用いて最大電力点追尾動作を説明する。まず、ＤＣ/ＤＣコンバータが出力していない場合、ＤＣ/ＤＣコンバータの入力電圧はＶｏｐであり、入力電流はゼロである（図２中の点Ａ）。ＤＣ/Ｄコンバータが入力電流を増加させると、入力電力も増加する。点Ｂまで動作点が移動した後、さらにＤＣ/ＤＣコンバータの入力電流を増加させた場合、動作点は、点Ｃに移動する。点Ｂと点Ｃを比較すると、点Ｃの方が入力電力が大きいので、ＤＣ/ＤＣコンバータはさらに入力電流を増加させる。すると、動作点は点Ｄに移動する。点Ｃと点Ｄを比較すると、点Ｃの方が入力電力が大きいので、ＤＣ/ＤＣコンバータは入力電流を減少させる。このようにして、太陽電池が最大電力点Ｃ付近で動作することを可能にしている。

上記出力制御動作モードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力電圧もしくは出力電流もしくは出力電力を所定の電圧に保つようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１の動作を制御する動作である。
上記運転許可モードは、インバータ７２の運転を許可する動作である。
上記運転停止モードは、インバータ７２の運転を停止させる動作である。従って、インバータ７２の動作は行なわれず、出力は得られない。

監視部５は、インバータ７２の出力電力を検出する出力電力検出器７２ａより電力値の検出出力、及び蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）検出器２１より充電量（ＳＯＣ）検出出力を取得する。
そして、制御部６は、監視部５が取得したインバータ７２の出力電力情報と蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）情報に基づいて、スイッチ素子４に導通／遮断命令を出力し、またＤＣ／ＤＣコンバータ７１へ最大電力追尾動作モードまたは出力制御動作モード切り替える動作モード切替え制御信号を出力する。また、インバータ７２へ運転許可モードまたは運転停止モードに切り替える制御信号を出力する。制御部６は、例えばマイクロコンピュータのような制御部よりなり、図３に示すフローチャートのように動作する。

インバータ７２の出力電力情報を取得するためインバータ出力電力情報取得ライン５１、蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）検出出力を取得するための充電量（ＳＯＣ）情報取得ライン５２、スイッチ素子３に導通／遮断命令を出力するスイッチ素子制御ライン６１、およびＤＣ／ＤＣコンバータ７１へ動作モード切替指令を出力する動作モード切替ライン６２、インバータ７２へ運転許可／禁止命令を出力するインバータ動作命令出力ライン６３を備える。これらライン５１，５２、６１〜６３は、各々接続線を配線してもよいし、バスラインによって接続してもよい。ライン５１、５２、６１〜６３またはバスラインで通信をする場合、ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５など通信プロトコルが使用可能である。

図１に示す本発明の電力供給装置は、太陽電池１、二次電池２、ダイオード３、スイッチ素子４がそれぞれ１つである場合を示したが、これらは各々複数であってもよいし、どれかが複数であってもよい。その場合、太陽電池１とダイオード３の直列接続と、二次電池２とスイッチ素子３の直列接続がそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータ７１の入力に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力は直流幹線７３によりインバータ７２に接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１とインバータ７２を接続している直流幹線７３に、直流で動作するＤＣ負荷７４が接続される。従って、直流幹線７３にＤＣ出力端子が複数接続される。ＤＣ負荷７４としては、ノート型携帯パソコン、電灯、携帯電話の充電器、電熱器具、湯沸しポットなどがある。
またインバータ７２の出力には交流電力で動作するＡＣ負荷７５と、系統電力７６が接続される。従って、インバータ７２の出力に複数のＡＣ出力端子が接続される。ＡＣ負荷７５としては、一般家庭であれば、エアコン、冷蔵庫、洗濯機などがある。オフィスでは、パソコン、プリンター、複写機などがある。
本発明の電力供給装置は、系統電力７６に接続され、太陽電池１が発電し、ＤＣ負荷７４及びＡＣ負荷７５で電力消費されず、また蓄電池２にも充電されない余剰電力は逆潮流され、売電される。

図３は本発明の制御装置の遷移条件を示すフローチャートである。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、出力制御動作モード、最大電力点追尾動作モードで動作し、インバータ７２は、運転許可モードまたは運転停止モードで動作することができる。
次に、図３のフローチャートに従い、本発明の制御装置の動作説明をする。
まず、制御装置が動作開始すると、監視部５が蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）検出器２１より、蓄電池充電量（ＳＯＣ）を取得する。制御部６は監視部５が取得した蓄電池充電量（ＳＯＣ）情報に基づき、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０〜１００％の間にある場合、ステップＳ１では、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０％に等しくないと判断し、ステップＳ２では、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が１００％に等しくないと判断する。そして、ステップＳ３では、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０％以下でもなく、１００％以上でもないと判断する。もし、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０％未満、又は１００％より大きいと判断した場合は、蓄電池２は過放電または過充電状態であり、ステップＳ３１で、システム異常であるとして、このフローの処理を終了する。
上記ステップＳ１〜Ｓ３は、充電量（ＳＯＣ）が０％以上１００％未満を判断するステップであり、従って、ステップＳ１〜Ｓ３の順番はこの順でなくてもよく、例えば、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２の順、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ３の順、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ１の順、Ｓ３、Ｓ１、Ｓ２の順、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ１の順であってもよい。

以上のように、ステップＳ１〜Ｓ３により、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０〜１００％の間にあると判断されたので、次に、ステップＳ４ではインバータ７２の運転禁止を命令する。ステップＳ５では、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を出力制御動作モードに遷移するように、動作モード切替制御信号を出力する。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、所定の出力電圧を保つように動作し、ＤＣ負荷７４に電力を供給する。
この動作状態では、スイッチ４は導通状態にあるので、蓄電池２は充電も放電も可能である。またインバータ７２はステップＳ４で、運転禁止状態になっているので、ＤＣ幹線７３の電力をＡＣ機器７５、および系統電力７６へ供給しない。従って、この動作状態では、（太陽電池の出力量）−（ＤＣ負荷量）の電力がリチウムイオン二次電池２に充電される。もしくは太陽電池の出力量がＤＣ負荷量より低下した場合は、二次電池が放電して、ＤＣ負荷７４に電力供給する。

次に、監視部５が蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）検出器２１よって、蓄電池充電量（ＳＯＣ）がＳＯＣ＝１００％検出情報を取得した場合、その情報に基づき制御部６はステップＳ１では蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０％でないと判断し、ステップＳ２では、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が１００％であると判断する。そのため、ステップＳ１１に移行し、スイッチ素子４を遮断する。また、制御部６はステップＳ１２で、インバータ７２の動作許可命令を出力し、ステップＳ１３で、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を最大電力点追尾動作モードに遷移するよう動作命令を出力する。また、制御部６はインバータ７２に出力許可命令を送る。

上記ステップＳ１３の動作状態では、太陽電池１は最大電力点追尾動作を行う。従って、（太陽電池の出力量）−（ＤＣ負荷量）の電力量がインバータ７２を通過してＡＣ負荷７５、もしくは系統電力７６へ供給される。
この動作状態において、ステップＳ１４では、インバータ７２の通過電力量を監視し、日射変動やＤＣ負荷量の増加などにより（太陽電池の出力量）-（ＤＣ負荷量）がゼロ以下かどうか判断する。もしゼロ以下になった場合、インバータ通過電力量がゼロまたはそれ以下になる。その場合には、ステップＳ１５はスイッチ素子４を導通させ、ステップＳ４に移行して、インバータ７２を運転禁止とし、ステップＳ５で、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を出力制御動作モードに変更する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は最大電力点追尾動作モードから出力制御動作モードに瞬時に切り替わる。しかし、インバータ７２の通過電力量が０より大きければ、このフローを終了する。
このようにして、本発明はインバータ７２の出力電流を監視することにより、直流幹線７３に接続された直流負荷の電力消費量と、太陽電池出力及び蓄電池電圧がバランスしているか、どうかを判断し、直流負荷の消費電力が太陽電池の出力電力より大きい場合は、インバータ７２を運転禁止とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１より負荷に電力供給する。しかし、直流負荷の消費電力が太陽電池の出力電力より小さい場合は、インバータ７２に運転許可が与えられインバータ７２より負荷に電力供給する。

次に、監視部５が蓄電池２の充電量（ＳＯＣ）検出器２１により、蓄電池充電量（ＳＯＣ）がＳＯＣ＝０％の検出情報を取得した場合、その情報に基づき制御部６はステップＳ１で、蓄電池充電量（ＳＯＣ）が０％であると判断する。そのため、ステップＳ２１に移行する。ステップＳ２１では、監視部４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１を運転停止モードへ遷移するよう動作切替指令を出力する。

この動作状態では、制御部６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の電力融通を禁止して、太陽電池１の出力をすべて二次電池２に充電するよう制御する。充電量（ＳＯＣ）が０より大きくなった場合に、すぐさまＤＣ／ＤＣコンバータ７１が出力制御動作モードへ遷移すると、（太陽電池の出力量）-（ＤＣ負荷量）の値によってはまたすぐＳＯＣ＝０％となり、システムがチャタリングを起こす可能性がある。そのため、充電量（ＳＯＣ）が１０％以上まで回復しないかぎり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は出力制御動作モードへ移行しないように、ステップＳ２２は、充電量（ＳＯＣ）が１０％以上か否か判断する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態のブロック図を示す。図１に示した第１の実施形態とは、太陽電池１が燃料電池１１に変わったこと以外に変更はない。太陽電池１は、一般的に最大電力点追尾動作すると最も電力を供給することが可能と知られており、燃料電池１１は、一般的に最適動作電圧で出力することが望ましいということが知られている。
そのため、第２の実施形態において、蓄電池定格電圧は、燃料電池１１の最適動作電圧付近であるようなシステム設計をしておく。蓄電池接続時には、燃料電池１１は蓄電池電圧に規定されて動作することになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は出力電圧制御動作モードで動作する。（上記第１の実施形態と同じ）蓄電池ＳＯＣが０％、１００％、もしくは異常モード等で切り離された場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は燃料電池１１を最適動作させることを目的とした入力電圧最適動作モードとなる（太陽電池における最大電力点追尾動作モードと意味合いは同じ）。この出力電圧制御動作モード及び入力電圧最適動作モードは、蓄電池がキャパシタに代わった場合も同じである。
また、燃料電池本体の動作、停止に関してはどのように動作してもよい。それは、例えば蓄電池のＳＯＣ状態や、ＤＣ負荷量や、時刻に応じて動作、停止してもよいし、年中動作していてもよい。また、制御部は燃料電池本体の動作停止を制御してもよい。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態のブロック図を示す。図１に示した第１の実施形態と異なる点は、出力電力系統がＡＣではなく、マイクログリッド等を想定したＤＣグリッド８３になっている点、インバータ７２をスイッチ部８２に置き換えた点である。第１の実施形態ではインバータ７２の出力電力を検出していたが、第３の実施形態では前記スイッチ部８２の電流を検出する点である。しかし、電流検出に代えて電力検出しても構わない。前記スイッチ部８２の動作は、第１の実施形態とインバータの運転／停止に相当し、運転の場合はオン、停止の場合はオフに相当する。その他は第１の実施形態と同じである。

（第４の実施形態）
上記第１の実施形態は、ＳＯＣ＝０％の状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は動作停止モードとなり、出力が得られず、そのためＤＣ負荷７４への電力供給を行うことができない。しかし、インバータ７２として双方向インバータを使用すると、ＳＯＣ＝０％の場合のみ系統電力７６からＤＣ負荷７４に電力供給することができる。またＤＣ／ＤＣコンバータ７１を双方向コンバータとし、かつ双方向インバータを深夜に動作するよう、時間制御すると、電力料金が安い深夜電力時間帯に系統電力から二次電池を充電することができる。その他の構成及び動作は、第１の実施形態と同じである。

（第５の実施形態）
上記第１の実施形態は、制御部６がスイッチ素子４の導通／遮断命令、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の動作モードの切り替え、およびインバータ７２の出力許可／禁止命令を行う。そして、監視部５は、スイッチ素子４、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１、インバータ７２の各状態の監視は行っていない。しかし、監視部５にスイッチ素子４の導通／遮断状態、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の制御動作の切り替え状態、およびインバータ７２の出力許可／禁止状態の監視部を備え、これらの監視を行うことにより、システムとしての正確性が向上し、誤動作等を防止することが可能となる。

（第６の実施形態）
上記第１の実施形態は、スイッチ素子４は充電方向のみ遮断するＩＧＢＴ素子を使用したが、両方向を遮断するＩＧＢＴ素子を使用すると、ＳＯＣ＝０％の状態のとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の動作停止モードはＤＣ／ＤＣコンバータ７１の動作停止モードとせず、充電側ＩＧＢＴ素子を遮断してもよい。しかし、太陽電池が次に出力開始した場合に、充電側ＩＧＢＴ素子を遮断したままでは、蓄電池への充電を開始せずＤＣ／ＤＣコンバータ７１が直流幹線７３に電力を供給する状態となるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の出力状況等を監視して充電側ＩＧＢＴ素子を導通させる制御がさらに必要となる。

（第７の実施形態）
上記第１の実施形態は、ステップＳ１でＳＯＣ＝０、ステップＳ２でＳＯＣ＝１００を判断して状態遷移を行っているが、ステップＳ１をＡ≦ＳＯＣ＜１００、ステップＳ２を０＜ＳＯＣ≦Ｂのように設定した場合に、ＡとＢは０〜５０の間であればいくつでも構わない。ＳＯＣがどのような状態で状態遷移をしてほしいのかは、設計指針によって異なる。また、上記実施形態では、ＳＯＣの値をもとに状態遷移を行っているが、蓄電池電圧をもとに状態遷移を行っても構わない。

（第８の実施形態）
上記第１の実施形態で、０＜ＳＯＣ＜１００の状態のとき、インバータ７２の出力を禁止したが、このような数値設定は、システムの設計指針の問題である。そのため設計指針によっては、０＜ＳＯＣ＜１００の状態の間にインバータ７２の動作を許可し、ＡＣ負荷７５へ電力を供給したり、系統電力７６へ逆潮流したりしてもよい。それは、例えば９時から１０時の間は電力系統へ１ｋＷの逆潮流を義務つけられた場合において、その時間に限り、０＜ＳＯＣ＜１００の範囲であっても、インバータ７２の出力を禁止するフローを通過せず、制御部６がインバータ７２に１ｋＷの出力を命令するフローを追加することで達成できる。
上記実施形態では、ＳＯＣ＝１００％の場合において、ステップＳ１４では、インバータの出力電力量を監視して制御を行っているが、インバータの出力電力量は（太陽電池の出力量）-（ＤＣ負荷量）と同じである。そのため、太陽電池の出力電力量と、ＤＣ負荷の消費電力量の両方を計測し、その引き算の値を使用してもかまわない。

（第９の実施形態）
上記第１の実施形態では、ＳＯＣ＝０％の状態の場合、充電量（ＳＯＣ）が１０％以上まで回復しないかぎり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は出力電圧制御動作モードへ移行しないと定義した。しかし、１０％という数値に特に制限はなく、システムとしてチャタリングを起こさなければどのような数値でも構わない。また、同様にＳＯＣ＝１００％の状態の場合においても、インバータ７２が運転許可／禁止を行うとシステムとしてチャタリングを起こす場合がある。そこで、インバータ７２は運転許可／禁止を切り替えた場合、しばらくは切り替えを行わない等のチャタリング防止を行うとよい。

１太陽電池
２蓄電池
３ダイオード
４スイッチ素子
５監視部
６制御部
７電力変換装置
７１ＤＣ／ＤＣコンバータ
７２インバータ
７３直流幹線
７４ＤＣ負荷
７５ＡＣ負荷
７６系統電力

Claims

第１の電力供給機器と、
電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する第２の電力供給機器と、
前記第１の電力供給機器と第２の電力供給機器の電力を所望の電力に変換する電力変換装置と、
前記第２の電力供給機器の機器情報を取得する監視部と、
前記監視部が取得した機器情報に基づき、前記電力変換装置を制御する制御部と
を備えることを特徴とする制御装置。
前記監視部は、更に前記電力変換装置の出力電流または出力電力情報を取得し、前記制御部は、前記出力電流または出力電力情報に基づき、前記電力変換装置を制御する請求項１に記載の制御装置。
前記第２の電力供給機器は蓄電装置であって、前記監視部は前記蓄電装置の充電量情報を取得し、制御部は充電量情報に基づいて前記電力変換装置を制御する請求項１または２に記載の制御装置。
前記蓄電装置と前記電力変換装置の間に、オン・オフスイッチを備え、前記制御部は充電量情報に基づいて前記オン・オフスイッチを制御する請求項１から３までのいずれか１項に記載の制御装置。
前記第１の電力供給機器は太陽電池であって、前記監視部は前記蓄電装置の充電量情報を取得し、制御部は充電量情報に基づいて前記電力変換装置を最大電力点追尾動作モードと、出力制御動作モードに制御する請求項１から４までのいずれか１項に記載の制御装置。
前記第１の電力供給機器は燃料電池であって、前記監視部は前記蓄電装置の充電量情報を取得し、制御部は充電量情報に基づいて前記電力変換装置を入力電圧最適動作モードと、出力制御動作モードに制御する請求項１から５までのいずれか１項に記載の制御装置。
前記制御部は、更に前記電力変換装置を動作停止モードに制御する請求項５または６に記載の制御装置。
前記電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータを備え、前記ＤＣ/ＤＣコンバータは最大電力点追尾動作モードと、出力制御動作モードに制御され、前記インバータは動作許可モードと動作停止モードに制御される請求項１から７までのいずれか１項に記載の制御装置。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、一方向または双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである請求項１から８までのいずれか１項に記載の制御装置。
前記インバータは、一方向インバータまたは双方向インバータである請求項１から８までのいずれか１項に記載の制御装置。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力をスイッチ部を介してＤＣグリッドに接続し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に負荷を接続し、前記スイッチ部の出力を前記監視部によって監視することにより、前記スイッチ部のオンオフを制御する請求項８に記載の制御装置。
最適な発電電圧が存在する第１の電力供給機器と、電圧源として動作し、状態に応じて供給電圧が変化する第２の電力供給機器の電力を所望の電力に変換して出力する電力変換装置と、前記第２の電力供給機器の出力情報を取得し、その出力情報に基づき、前記電力変換装置を制御する制御部を備える制御装置において、
前記制御部が
前記第２の電力供給機器の充電量を検出するステップと、
前記充電量が０％以上１００％未満を判断するステップと、
充電量が０％以上１００％未満を判断した場合に、前記電力変換装置の動作禁止及び出力制御動作モードに切替指令を出力するステップ
を備える制御方法。
更に、前記第２の電力供給機器と電力変換装置の間にスイッチ素子を備え、充電量が１００％のとき、スイッチ素子を遮断するステップと、
前記電力変換装置の動作許可と最大電力点追尾動作モードの切替指令を出力するステップ
を備える請求項１２に記載の制御方法。
更に、充電量が０％のとき、前記電力変換装置に動作停止モードの切替指令を出力するステップ
を備える請求項１２または１３に記載の制御方法。