JPWO2013012064A1

JPWO2013012064A1 - フィードバック回路及び電力調整装置

Info

Publication number: JPWO2013012064A1
Application number: JP2013524750A
Authority: JP
Inventors: 一男石本; 中島　武; 武中島; 中井　智通; 智通中井; 博志佐伯
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2015-02-23
Also published as: WO2013012064A1

Abstract

フィードバック回路３１は、充電装置２０から二次電池３９への充電電力及び二次電池３９から負荷装置４０への放電電力が伝送される共通の電力伝送経路１に充電電力が伝送されるときは充電用電力上限値Ｐlim1で充電電力値Ｐ1を制限し、放電電力が伝送されるときは放電用電力上限値Ｐlim2で放電電力値Ｐ2を制限する制限回路３６を備える。

Description

本発明は、電力調整装置に用いられるフィードバック回路及びそれを用いる電力調整装置に関する。

近年、二次電池を利用することで、エネルギの有効活用を行うことが考えられている。例えば、環境に優しいクリーンエネルギとして太陽電池モジュールの開発が盛んに行なわれているが、太陽光を電力に変換する太陽電池モジュールは蓄電機能を備えていないため、二次電池と組み合わせて使用されることがある。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、太陽電池と、この太陽電池で充電される複数の二次電池と、各々の二次電池と太陽電池との間に接続されて二次電池の充電を制御する充電スイッチと、各々の二次電池と負荷との間に接続してなる放電スイッチと、充電スイッチと放電スイッチとを制御する制御回路とを備える太陽電池の電源装置が開示されている。ここでは、制御回路が、複数の充電スイッチを制御して充電する二次電池の優先順位を特定し、優先順位の高い二次電池を優先順位の低い二次電池よりも先に充電し、優先順位の高い二次電池が所定容量充電されると、優先順位の低い二次電池を充電するようにしてなることが開示されている。

特開２００３−１１１３０１号公報

ところで、一般的に、二次電池に対する充電電力の上限電力値及び放電電力の上限電力値は異なる。そこで、充電電力経路と放電電力経路を単純に共通の伝送経路にした場合には、充電電力と放電電力の低い方の電力上限値を充電電力の上限電力値及び放電電力の電力上限値と設定することとなる。このため、充電電力と放電電力の高い方の電力上限値を最大限に活用することができない可能性がある。これに対し、二次電池に対する充電電力経路と放電電力経路とを別々の経路に分ければ、それぞれに上限電力値の設定が可能であるが、経路数が増えると周辺回路の構成等が複雑になる可能性もあり、また、コスト増大にも繋がる可能性もある。

本発明の目的は、二次電池の能力を最大限に活用しつつ、二次電池に対する充電電力及び放電電力の伝送経路を共通とすることを可能とするフィードバック回路、及び、これを用いる電力調整装置を提供することである。

本発明に係るフィードバック回路は、充電装置から二次電池への充電電力及び二次電池から負荷装置への放電電力が伝送される共通の電力伝送経路に充電電力が伝送されるときは充電用電力上限値で充電電力値を制限し、共通の電力伝送経路に放電電力が伝送されるときは放電用電力上限値で放電電力値を制限する制限回路を備える。

また、本発明に係る電力調整装置は、上記フィードバック回路と、充電用電力上限値及び放電用電力上限値をそれぞれ設定する設定回路と、を備える。

本発明によれば、充電電力及び放電電力の共通の伝送経路において、充電電力及び放電電力についてそれぞれ異なる電力上限値で制限することができる。これにより、充電電力及び放電電力についてのそれぞれの電力上限値を最大限に活用しつつ、二次電池に対する充電電力及び放電電力の伝送経路を共通とすることができる。

本発明に係る実施の形態において、電力調整装置の蓄電システムを示す図である。本発明に係る実施の形態において、フィードバック回路の構成を示す図である。本発明に係る実施の形態において、制御部の動作手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、設定回路の動作手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、スイッチ回路の双方向性を示す図である。本発明に係る実施の形態において、蓄電システムの変形例を示す図である。本発明に係る実施の形態において、蓄電システムの変形例のフィードバック回路の構成を示す図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において、同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、電力調整装置３０を含む蓄電システム１０を示す図である。蓄電システム１０は、充電装置２０と、制御装置２５と、電力調整装置３０を含む蓄電装置２８と、負荷装置４０とを備える。蓄電システム１０は、充電装置２０から負荷装置４０に供給される電力値を調整する。なお、電力調整装置３０は、電力伝送経路１を流れる充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂の充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を設定するが、詳細な説明については後述する。

最初に、蓄電システム１０の各電力伝送経路について説明する。

電力伝送経路１は、充電装置２０から蓄電装置２８の二次電池３９に充電電力を供給するための経路であり、二次電池３９から負荷装置４０に放電電力を供給するための経路でもある。すなわち、電力伝送経路１は、充電電力及び放電電力を伝送する共通の伝送経路である。電力伝送経路１は、蓄電装置２８の端子５と、蓄電装置２８の端子７とを接続する。

電力伝送経路２は、充電装置２０の太陽電池モジュール１１から蓄電装置２８及び負荷装置４０側に電力を供給するための経路である。電力伝送経路２は、充電装置２０の経路切替回路１３と、接続点６とを接続する。

電力伝送経路３は、充電装置２０の系統電力源１４から蓄電装置２８及び負荷装置４０側へ電力を供給するための経路である。電力伝送経路３は、充電装置２０のＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、接続点６とを接続する。

電力伝送経路４は、充電装置２０及び蓄電装置２８から負荷装置４０への電力を供給するための経路である。電力伝送経路４は、スイッチ回路４２を介して負荷４４と接続点６とを接続する。

続いて、蓄電システム１０の各構成について説明する。充電装置２０は、太陽電池モジュール１１と、直並列切替回路１２と、経路切替回路１３と、系統電力源１４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路１５と、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、スイッチ回路１７と、スイッチ回路１８とを備える。充電装置２０は、太陽電池モジュール１１、系統電力源１４の電力を蓄電装置２８及び負荷装置４０側に供給する。

太陽電池モジュール１１は、入射された太陽光を電力に変換する電力機器である。太陽電池モジュール１１は、太陽光を直流電力に変換する２つの光電変換部１１１，１１２を含む。

直並列切替回路１２は、２つの光電変換部１１１，１１２についての接続関係を直列接続または並列接続に切り替える回路である。

経路切替回路１３は、太陽電池モジュール１１の直流電力を蓄電装置２８及び負荷装置４０側へ供給するか、系統電力源１４側へ供給するか、を切り替える回路である。

系統電力源１４は、電力会社等が保有する商用の配電線網を用いて電力を供給するための電力設備である。

ＤＣ／ＡＣ変換回路１５は、経路切替回路１３と系統電力源１４との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路１５によって、太陽電池モジュール１１の直流電力を交流電力に変換して系統電力源１４に逆潮流させることができる。

ＡＣ／ＤＣ変換回路１６は、スイッチ回路１８と系統電力源１４との間に配置される電力変換回路である。ＡＣ／ＤＣ変換回路１６によって、系統電力源１４から供給された交流電力を直流電力に変換し、蓄電装置２８及び負荷装置４０側に供給することができる。

スイッチ回路１７は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路２を遮断または接続する回路である。スイッチ回路１８は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路３を遮断または接続する回路である。

負荷装置４０は、スイッチ回路４２と、負荷４４とを備える。スイッチ回路４２は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路４を遮断または接続する回路である。負荷４４は、直流電力で動作する照明機器等である。

制御装置２５は、蓄電システム１０を構成する各要素の動作を制御する。制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、光電変換部１１１，１１２について、直列接続または並列接続のいずれかに切り替えるための切替信号を、直並列切替回路１２に出力する。また、制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、直並列切替回路１２の出力をＤＣ／ＡＣ変換回路１５またはスイッチ回路１７のいずれか一方に供給されるように切り替えるための切替信号を、経路切替回路１３に出力する。

また、制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、スイッチ回路１７，１８，４２のスイッチング制御を行う。例えば、制御装置２５は、太陽電池モジュール１１からの電力を蓄電装置２８及び負荷装置４０側に供給させる場合には、スイッチ回路１７、スイッチ回路４２をオンし、スイッチ回路１８をオフするように、制御信号を出力する。また、制御装置２５は、例えば、系統電力源１４からの電力を蓄電装置２８及び負荷装置４０側に供給させる場合には、スイッチ回路１８、スイッチ回路４２をオンし、スイッチ回路１７をオフするように、制御信号を出力する。また、制御装置２５は、充電装置２０の状態及び負荷装置４０の状態に応じて電力調整装置３０の機能を制御する。

蓄電装置２８は、電力調整装置３０と二次電池３９とを備える。ここで、二次電池３９は、太陽電池モジュール１１または系統電力源１４からの充電電力によって充電される蓄電池である。そして、二次電池３９から放電された放電電力は、負荷装置４０の負荷４４に供給される。

電力調整装置３０は、フィードバック回路３１と、設定回路３２とを備える。ここでは、まずフィードバック回路３１について説明した後で、設定回路３２について説明する。

フィードバック回路３１は、二次電池３９に対する充電電力及び放電電力についての電力センサ３３と、制限回路３４と、スイッチ回路３５とを備える。フィードバック回路３１は、二次電池３９に対する充電電力の電力値を示す充電電力値Ｐ₁及び放電電力の電力値を示す放電電力値Ｐ₂が、それぞれ対応する充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないようにフィードバック制御を行う。

図２は、フィードバック回路３１の構成を示す図である。

電力センサ３３は、二次電池３９と、スイッチ回路３５と、制限回路３４の増幅回路３４２との間に配置され、電力伝送経路１における充電電力値Ｐ₁及び充電電力値Ｐ₂を常時検出する検出部である。また、電力センサ３３によって検出された電力値は、制限回路３４の増幅回路３４２に供給される。

スイッチ回路３５は、電力伝送経路１を遮断または接続する回路である。すなわち、スイッチ回路３５がオンのときは電力伝送経路１を接続し、スイッチ回路３５がオフのときは電力伝送経路１を遮断する。スイッチ回路３５の具体的な構成等については後述する。

制限回路３４は、増幅回路３４２と、Ａ／Ｄ変換回路３４４と、制御部３４６と、レベルシフト回路３４８とを備える。

増幅回路３４２は、電力センサ３３とＡ／Ｄ変換回路３４４との間に配置される回路である。また、増幅回路３４２は、電力センサ３３によって検出された電力値を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３４４へと供給する。

Ａ／Ｄ変換回路３４４は、増幅回路３４２と制御部３４６との間に配置される回路である。また、Ａ／Ｄ変換回路３４４は、増幅回路３４２によって増幅された電力値を、アナログ値からデジタル値へと変換して制御部３４６へ供給する。なお、Ａ／Ｄ変換回路３４４のビット数は、例えば、１２ビットであり、後述するＡ／Ｄ変換回路３６３に比べて分解能が高く、より高精度なＡ／Ｄ変換を行うことができる。

レベルシフト回路３４８は、制御部３４６とスイッチ回路３５との間に配置される回路である。また、レベルシフト回路３４８は、制御部３４６から供給された出力信号のレベル変換を行い、スイッチ回路３５のオンまたはオフのための制御信号としてスイッチ回路３５へ供給する。

制御部３４６は、Ａ／Ｄ変換回路３４４の出力と設定回路３２から入力される充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を入力信号とする。そして、制御部３４６は、スイッチ回路３５の制御信号の元となる信号をレベルシフト回路３４８に出力する。制御部３４６は、電力センサ３３、増幅回路３４２、Ａ／Ｄ変換回路３４４、制御部３４６、レベルシフト回路３４８及びスイッチ回路３５を接続するフィードバック経路を用い、充電電力値Ｐ₁及び放電電力値Ｐ₂が、設定回路３２によって設定された充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないようにスイッチ回路３５のスイッチング制御を行う制御回路である。なお、制御部３４６は、例えば、ＣＰＵを用いて構成することができるが、もちろん、その他の回路を用いて構成してもよい。例えば、組み合わせ回路を用いて構成することもできる。

ここで、制御部３４６の動作について、図３を用いて説明する。図３は、制御部３４６の動作手順を示すフローチャートである。

制御部３４６は、電力センサ３３から取得する検出信号に基づいて、電力伝送経路１を流れる電力値が、充電電力値Ｐ₁であるか否かを判断する（Ｓ２）。なお、制御部３４６は、Ｓ２の処理を行う前に、スイッチ回路３５をオンさせるための信号を出力する。ここで、例えば、充電電力が流れる方向が正の値となるように電力センサ３３を設定すると、充電電力とは反対方向に流れる放電電力が負の値として検出されるため、充電電力値Ｐ₁と放電電力値Ｐ₂の区別を行うことができる。

Ｓ２の工程において、電力伝送経路１を流れる電力値が充電電力値Ｐ₁であると判断したときは、充電用電力上限値Ｐ_lim1＞充電電力値Ｐ₁であるか否かを判断する（Ｓ４）。

そして、Ｓ４の工程において、充電用電力上限値Ｐ_lim1＞充電電力値Ｐ₁であると判断した場合には、スイッチ回路３５を常時オンさせるための信号を出力する（Ｓ８）。

また、Ｓ４の工程において、充電用電力上限値Ｐ_lim1＞充電電力値Ｐ₁でないと判断した場合には、Ｐ_lim1／Ｐ₁のＤｕｔｙ比でスイッチ回路３５のオンまたはオフを繰り返させるための信号を出力する（Ｓ１０）。

Ｓ２の工程において、電力伝送経路１を流れる電力値が充電電力値Ｐ₁でないと判断したときは、電力伝送経路１を流れる電力値は放電電力値Ｐ₂であるので、放電用電力上限値Ｐ_lim2＞放電電力値Ｐ₂であるか否かを判断する（Ｓ６）。

そして、Ｓ６の工程において、放電用電力上限値Ｐ_lim2＞放電電力値Ｐ₂であると判断した場合には、Ｓ８の工程へと進む。

また、Ｓ６の工程において、放電電力上限値Ｐ_lim2＞放電電力値Ｐ₂でないと判断した場合には、Ｐ_lim2／Ｐ₂のＤｕｔｙ比でスイッチ回路３５のオンまたはオフを繰り返させるための信号を出力する（Ｓ１２）。

Ｓ８の工程とＳ１０の工程とＳ１２の工程の後は、それぞれリターン処理を介してＳ２へ戻る。このように、制御部３４６によれば、電力伝送経路１を流れる電力値が充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂のいずれであるかを判断することができる。そして、電力伝送経路１を流れる電力値が充電電力値Ｐ₁と判断し、充電電力値Ｐ₁が充電用電力上限値Ｐ_lim1を超えた場合には、充電用電力上限値Ｐ_lim1となるまでＤｕｔｙ比を適宜変更するフィードバック制御を行うことで、充電電力値Ｐ₁が充電用電力上限値Ｐ_lim1以下となるように制限する。また、電力伝送経路１を流れる電力値が放電電力値Ｐ₂と判断し、放電電力値Ｐ₂が放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えた場合には、放電用電力上限値Ｐ_lim2となるまでＤｕｔｙ比を適宜変更するフィードバック制御を行うことで、放電電力値Ｐ₂が放電用電力上限値Ｐ_lim2以下となるように制限する。なお、設定回路３２によって充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2が変更された場合には、変更後の電力上限値Ｐ_lim1，Ｐ_lim2によって上記各工程を実行する。

次に、設定回路３２について説明する。設定回路３２は、二次電池３９の能力を超えないように充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を設定する。また、設定回路３２は、二次電池３９の蓄電状態を示すＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）、二次電池３９の温度、二次電池３９の劣化程度等を取得する。そして、設定回路３２は、二次電池３９から取得したＳＯＣ等に基づいて、二次電池３９に対する充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を変更する。設定回路３２によって設定された充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2は、制限回路３４の制御部３４６に伝送される。

ここで、設定回路３２の動作について、図４を用いて説明する。図４は、設定回路３２の動作手順を示すフローチャートである。

最初に、設定回路３２は、Ｐ_lim2＞Ｐ_lim1の関係を満たすように充電用電力上限値Ｐ_lim1と放電用電力上限値Ｐ_lim2を初期設定する（Ｓ２０）。

次に、二次電池３９のＳＯＣが予め定められた基準値Ａよりも大きいか否かを判断する（Ｓ２２）。基準値Ａは、二次電池３９の過充電限度等に基づいて設定される。Ｓ２２の工程において、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ａよりも大きくないと判断すれば、Ｓ２４の工程へと進む。

Ｓ２２の工程において、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ａよりも大きいと判断すれば、過充電となることを防止するために、充電用電力上限値Ｐ_lim1を小さくし、放電用電力上限値Ｐ_lim2を大きくする（Ｓ２６）。Ｓ２６の工程の後は、リターン処理を介してＳ２２の工程へと戻る。Ｓ２６の工程により、二次電池３９が過充電状態となることを防止することができる。

Ｓ２４の工程では、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ｂよりも小さいか否かを判断する（Ｓ２４）。基準値Ｂは、二次電池３９の過放電限度等に基づいて定められる。Ｓ２４の工程において、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ｂよりも小さくないと判断すれば、リターン処理を介してＳ２２の工程へと戻る。

Ｓ２４の工程において、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ｂよりも小さいと判断すれば、過放電となることを防止するために、Ｐ_lim2＞Ｐ_lim1の関係を満たしつつ、充電用電力上限値Ｐ_lim1を大きくし、放電用電力上限値Ｐ_lim2を小さくする（Ｓ２８）。Ｓ２８の工程の後は、リターン処理を介してＳ２２の工程へと戻る。Ｓ２８の工程により、二次電池３９が過放電状態となることを防止することができる。

上記のように、設定回路３２によれば、充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を異なる値に設定できるとともに、二次電池３９のＳＯＣの値に応じて、充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を変更することもできる。

次に、スイッチ回路３５について説明する。スイッチ回路３５は、電力センサ３３と、端子７とを接続し、電力伝送経路１を遮断または接続する。すなわち、スイッチ回路３５がオンのときは電力伝送経路１を接続し、スイッチ回路３５がオフのときは電力伝送経路１を遮断する。

図５は、スイッチ回路３５の双方向性を示す図である。スイッチ回路３５は、トランジスタ３５１と、スイッチ部３５２と、電力源３５３と、トランジスタ３５４と、スイッチ部３５５と、電力源３５６とを備える。

トランジスタ３５１は、電力センサ３３と端子７との間においてトランジスタ３５４と直列に接続されて設けられる。トランジスタ３５１は、パワーＭＯＳＦＥＴを用いて構成されるｎチャネルトランジスタである。ここで、トランジスタ３５１のボディーダイオード３５１ａのカソード端子は、トランジスタ３５４のボディーダイオード３５４ａのカソード端子と接続される。

スイッチ部３５２は、電力源３５３とトランジスタ３５１の間に配置される。スイッチ部３５２は、レベルシフト回路３４８からの制御信号によってオンまたはオフされる制御がなされる。そして、スイッチ部３５２がオンされたときに、電力源３５３の電力値がトランジスタ３５１のゲート−ソース間に与えられる。

なお、トランジスタ３５４と、スイッチ部３５５と、電力源３５６は、それぞれトランジスタ３５１と、スイッチ部３５２と、電力源３５３と同じ構成であるため、詳細な説明は省略する。

ここで、スイッチ回路３５の動作について述べると、レベルシフト回路３４８からのオンオフ制御信号によってスイッチ部３５２及びスイッチ部３５５はオンオフする。

具体的には、充電装置２０から二次電池３９へ充電電力が流れる場合には、トランジスタ３５４がオフしトランジスタ３５１がオンするように制御される。これにより、トランジスタ３５４のボディーダイオード３５４ａとトランジスタ３５１のドレイン−ソースを介して充電電力が流れることとなる。一方、二次電池３９から負荷４４に放電電力が流れる場合には、トランジスタ３５１がオフしトランジスタ３５４は、オンするように制御される。これにより、トランジスタ３５１のボディーダイオード３５１ａとトランジスタ３５４のドレイン−ソースを介して放電電力が流れることとなる。このように、スイッチ回路３５では双方向に電力が流れる。

また、レベルシフト回路３４８からスイッチ部３５２及びスイッチ部３５５に対してそれぞれオフ制御信号が出力されると、スイッチ部３５２及びスイッチ部３５５はオフする。これにより、電力源３５３、電力源３５６の出力電力がそれぞれトランジスタ３５１、トランジスタ３５４のゲート−ソース間が与えられないためトランジスタ３５１、トランジスタ３５４がオフする。すなわち、スイッチ回路３５がオフすることにより、二次電池３９に対する放電電力及び充電電力が流れる共通の電力伝送経路１が遮断される。

続いて、上記構成の蓄電システム１０の作用について説明する。

一般的に、二次電池３９に対する充電電力値、放電電力値についての充電電力の上限電力値及び放電電力の上限電力値は異なる。ここで、従来技術では、二次電池３９に対する充電電力経路と放電電力経路とを別々の経路に分けて、充電電力の上限電力値及び放電電力の上限電力値が設定することが考えられるが、経路数が増えると周辺回路の構成等が複雑になる可能性もあり、また、コスト増大にも繋がる可能性もあるが、従来技術がこのような構成であったのには、次のような理由がある。例えば、充電電力経路と放電電力経路を単純に共通の電力伝送経路にした場合には、二次電池３９の特性に悪影響を及ぼさないようにするために、充電電力と放電電力の低い方の電力上限値を蓄電システム１０の電力上限値と設定することとなる。これにより、充電電力と放電電力の高い方の電力上限値を最大限に活用することができない可能性があるためであった。

しかしながら、図１の構成の蓄電システム１０によれば、共通の電力伝送経路１に充電電力及び放電電力が伝送され、充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂のそれぞれに対して充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を異なる値で設定することができる。そして、図３を用いた制御部３４６の動作説明の際に述べたように、電力伝送経路１を流れる電力値が充電電力値Ｐ₁と判断した場合には、充電電力値Ｐ₁が充電用電力上限値Ｐ_lim1を超えないように制限する。また、電力伝送経路１を流れる電力値が放電電力値Ｐ₂と判断した場合には、放電電力値Ｐ₂が放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないように制限する。このように、充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2はそれぞれ異なる値が設定でき、さらに、充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂がそれぞれ充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないようにスイッチ回路３５のスイッチング制御が行われる。これにより、充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2のそれぞれを最大限に活用しつつ、充電電力及び放電電力を共通の電力伝送経路１に伝送させることができる。したがって、経路数を削減することができ、周辺回路の構成等も単純なものにすることができる。

次に、蓄電システム１０の変形例である蓄電システム１０ａについて説明する。図６は、蓄電システム１０ａを示す図である。蓄電システム１０ａと蓄電システム１０との相違は、制限回路３６であるため、以下では、制限回路３６を中心に説明する。

図７は、制限回路３６の構成を示す図である。制限回路３６は、増幅回路３６１と、ローパスフィルタ３６２と、Ａ／Ｄ変換回路３６３と、比較回路３６４と、Ｄ／Ａ変換回路３６５と、制御部３６６と、レベルシフト回路３６７とを備える。ここで、増幅回路３６１と、レベルシフト回路３６７は、蓄電システム１０の増幅回路３４２と、レベルシフト回路３４８と同じものであるため、詳細な説明は省略する。

ローパスフィルタ３６２は、増幅回路３６１とＡ／Ｄ変換回路３６３の間に配置される。ローパスフィルタ３６２は、増幅回路３６１によって増幅された電力値であるアナログ値のうち低周波数の帯域成分を通過（フィルタリング）させて、Ａ／Ｄ変換回路３６３へ供給する。

Ａ／Ｄ変換回路３６３は、ローパスフィルタ３６２と制御部３６６との間に配置される。Ａ／Ｄ変換回路３６３は、ローパスフィルタ３６２によってフィルタリングされた電力値をアナログ値からデジタル値へと変換して制御部３６６へ供給する。なお、Ａ／Ｄ変換回路３６３のビット数は１０ビットであるため、上述のＡ／Ｄ変換回路３４４に比べて分解能が低くなる。このため、Ａ／Ｄ変換精度も多少劣るので変換後の電力値がＡ／Ｄ変換回路３４４による変換後の電力値よりも粗い値となる。換言すれば、Ａ／Ｄ変換回路３６３から出力される電力値は平滑電力値となる。しかし、Ａ／Ｄ変換回路３６３は、Ａ／Ｄ変換回路３４４に比べて分解能が低い分、安価であるためコスト的なメリットがある。

Ｄ／Ａ変換回路３６５は、制御部３６６と比較回路３６４の間に配置される。制御部３６６から出力された基準電力値をデジタル値からアナログ値に変換して比較回路３６４に供給する。

比較回路３６４は、増幅回路３６１から入力される電力値と、Ｄ／Ａ変換回路３６５から入力される基準電力値と、を比較する。具体的には、比較回路３６４は、増幅回路３６１から入力される電力値が、Ｄ／Ａ変換回路３６５から入力される基準電力値を超える場合にはＨｉｇｈを出力し、当該電力値が基準電力値を超えない場合にはＬｏｗを出力する。

制御部３６６は、Ａ／Ｄ変換回路３６３の出力と、比較回路３６４の出力と、設定回路３２から入力される充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2と、を入力信号とする。そして、制御部３６６は、スイッチ回路３５の制御信号の元となる信号をレベルシフト回路３６７に出力する。制御部３６６は、電力センサ３３、増幅回路３６１、ローパスフィルタ３６２、Ａ／Ｄ変換回路３６３、制御部３６６、レベルシフト回路３６７及びスイッチ回路３５を接続するフィードバック経路を用い、充電電力値Ｐ₁及び放電電力値Ｐ₂が設定回路３２によって設定された充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないようにスイッチ回路３５のスイッチング制御を行う制御回路である。なお、Ａ／Ｄ変換回路３６３から出力される値は上記のように平滑電力値であるが、電力値に基づいて制御部３６６がフィードバック制御を行う点については、制御部３４６と同様であるため、具体的な制御の詳細な説明は省略する。

また、制御部３６６は、比較回路３６４の出力がＨｉｇｈの期間中はスイッチ回路３５を強制的にオフするための停止信号を出力する。なお、制御部３６６は、上記Ｄ／Ａ変換回路３６５へ供給するための基準電力値を出力する。ここで、当該基準電力値は、二次電池３９に対する充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂が急峻に変化して充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えるような場合、換言すれば、Ａ／Ｄ変換回路３６３では検出できないような急峻な電力変化があったことを検出するために予め求められた電力値である。

続いて、上記構成の蓄電システム１０ａの作用について説明する。

蓄電システム１０ａにおいても、蓄電システム１０と同様に、制御部３６６の制御により、電力伝送経路１を流れる電力値が充電電力値Ｐ₁と判断した場合には、充電電力値Ｐ₁が充電用電力上限値Ｐ_lim1を超えないように制限する。また、電力伝送経路１を流れる電力値が放電電力値Ｐ₂と判断した場合には、放電電力値Ｐ₂が放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないように制限する。これにより、蓄電システム１０と同様に、経路数を削減することができ、周辺回路の構成等も単純なものにすることができる。

また、蓄電システム１０ａにおいても、蓄電システム１０と同様に、設定回路３２の動作により、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ａよりも大きいと判断すれば、過充電となることを防止するために、充電用電力上限値Ｐ_lim1を小さくし、放電用電力上限値Ｐ_lim2を大きくする。また、二次電池３９のＳＯＣが基準値Ｂよりも小さいと判断すれば、過放電となることを防止するために、充電用電力上限値Ｐ_lim1を大きくし、放電用電力上限値Ｐ_lim2を小さくする。これにより、蓄電システム１０と同様に、二次電池３９に対する負担が軽減されるため二次電池３９の特性の劣化を防止することができる。

蓄電システム１０ａでは、Ａ／Ｄ変換回路３４４に比べて安価なＡ／Ｄ変換回路３６３によって変換された平滑電力値を用いて、二次電池３９に対する充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂が充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えないようにスイッチ回路３５のスイッチング制御を行っている。そして、仮に、二次電池３９に対する充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂が急峻に変化して、充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えるような場合、換言すれば、Ａ／Ｄ変換回路３６３では検出できないような急峻な電力変化があったとする。このような場合には、電力値の比較を行なう比較回路３６４によって充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を超えたことが検出される。これにより、比較回路３６４がＨｉｇｈへと変化してスイッチ回路３５が強制的にオフされて、二次電池３９への充放電が停止されるため二次電池３９への負担を軽減することができる。これにより、Ａ／Ｄ変換回路３６３がＡ／Ｄ変換回路３４４に比べて精度が劣る点を補うことができる。したがって、蓄電システム１０ａでは、コスト的なメリットを確保しつつ、二次電池３９の特性の劣化を防止することができる。また、蓄電システム１０ａでは、比較回路３６４によって充電電力値Ｐ₁、放電電力値Ｐ₂の急峻な変化を検出するのでＡ／Ｄ変換回路３６３の時間的な分解能を下げることができ、制御部３６６の処理の負担を軽減することができる。なお、ここでは、Ｄ／Ａ変換回路３６５と比較回路３６４とをあわせた一組の回路を用いてスイッチ回路３５を制御するものとして説明したが、複数組の回路を用意してそれぞれ異なる閾値を検出するものとしてもよい。

なお、上記蓄電システム１０，１０ａでは、設定回路３２は、二次電池３９から取得したＳＯＣに基づいて、充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を変更するものとして説明したが、もちろん、その他の情報を用いて変更してもよい。例えば、一般的に、新品の二次電池と使用中の二次電池とを比較すると、使用中の二次電池の方が新品の二次電池に比べると充電量が小さく、充電しにくい状態となる。したがって、二次電池３９の劣化状態に応じて充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を変更するものとしてもよい。また、一般的に、二次電池３９の温度が低い状態では高い状態に比べて充電しにくい状態となる。したがって、二次電池３９の温度に応じて充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を変更するものとしてもよい。なお、二次電池３９のＳＯＣが低い場合には、予備充電が必要な場合があり、この場合には充電用電力上限値Ｐ_lim1及び放電用電力上限値Ｐ_lim2を下げる必要がある。

上記以外にも、例えば、設定回路３２は、蓄電システム１０，１０ａが設置される施設の時間帯に基づいて、充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2を変更することができる。例えば、太陽電池モジュール１１の発電電力が期待できる昼間は、発電電力を最大限に充電できるように充電用電力上限値Ｐ_lim1を大きく設定する。また、安価な深夜電力にて充電する場合には深夜時間帯を通して、充電が完了すればよく、充電電流値Ｐ₁を下げるように充電用電力上限値Ｐ_lim1を設定する。なお、充電電力が小さいほど、二次電池３９の特性劣化を抑制することができる。

さらに、上記蓄電システム１０，１０ａにおいて、充電用電力上限値Ｐ_lim1，放電用電力上限値Ｐ_lim2の設定は設定回路３２が行うものとして説明したが、制限回路３４の制御部３４６において設定してもよく、制御装置２５において設定してもよい。

そして、上記蓄電システム１０，１０ａにおいて、電力調整装置３０による調整対象は電力であるものとして説明したが、電流であってもよく、電圧であってもよい。

また、上記蓄電システム１０，１０ａでは、充電装置２０及び蓄電装置２８から電力が供給される負荷は、負荷４４の１つであるとして説明したが、もちろん、それ以上の負荷が接続されてもよい。また、負荷の種類はＤＣ負荷、ＡＣ負荷のいずれであってもよい。

１，２，３，４電力伝送経路、５端子、６接続点、７端子、１０，１０ａ蓄電システム、１１太陽電池モジュール、１２直並列切替回路、１３経路切替回路、１４系統電力源、１５ＤＣ／ＡＣ変換回路、１６ＡＣ／ＤＣ変換回路、１７，１８スイッチ回路、２０充電装置、２５制御装置、２６制御回路、２８蓄電装置、３０電力調整装置、３１フィードバック回路、３２設定回路、３３電力センサ、３４制限回路、３５スイッチ回路、３６制限回路、３９二次電池、４０負荷装置、４２スイッチ回路、４４負荷、１１１，１１２光電変換部、３４２増幅回路、３４４Ａ／Ｄ変換回路、３４６制御部、３４８レベルシフト回路、３５１トランジスタ、３５１ａボディーダイオード、３５２スイッチ部、３５３電力源、３５４トランジスタ、３５４ａボディーダイオード、３５５スイッチ部、３５６電力源、３６１増幅回路、３６２ローパスフィルタ、３６３Ａ／Ｄ変換回路、３６４比較回路、３６５Ｄ／Ａ変換回路、３６６制御部、３６７レベルシフト回路。

Claims

充電装置から二次電池への充電電力及び前記二次電池から負荷装置への放電電力が伝送される共通の電力伝送経路に前記充電電力が伝送されるときは充電用電力上限値で充電電力値を制限し、
前記共通の電力伝送経路に前記放電電力が伝送されるときは放電用電力上限値で放電電力値を制限する制限回路
を備えるフィードバック回路。
請求項１に記載のフィードバック回路において、
前記共通の電力伝送経路を遮断または接続するスイッチ回路と、
前記共通の電力伝送経路に伝送される電力値を検出する検出部と、を備え、
前記制限回路は、
前記検出部によって検出された電力値が前記充電電力値の場合には、前記充電用電力上限値を超えないように前記スイッチ回路のスイッチング制御を行い、
前記検出部によって検出された電力値が前記放電電力値の場合には、前記放電用電力上限値を超えないように前記スイッチ回路のスイッチング制御を行うフィードバック回路。
請求項２に記載のフィードバック回路において、
前記スイッチ回路は、
前記共通の電力伝送経路に設けられる第１トランジスタと、
前記第１トランジスタと直列接続され、ボディーダイオードの一方側端子が前記第１トランジスタのボディーダイオードの一方側端子と接続される第２トランジスタと、
前記第１トランジスタをオンまたはオフするための第１スイッチ部と、
前記第２トランジスタをオンまたはオフするための第２スイッチ部と、
を含むフィードバック回路。
請求項２または請求項３に記載のフィードバック回路において、
前記制限回路は、
前記検出部によって検出された電力値を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力であるアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力に基づいて前記スイッチング制御を行う制御回路と、
を備えるフィードバック回路。
請求項２または請求項３に記載のフィードバック回路において、
前記制限回路は、
前記検出部によって検出された電力値を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力であるアナログ値の低周波数領域を通過させるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力であるアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記増幅回路の出力と予め定められた基準電力値とを比較する比較回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力に基づいて前記スイッチング制御を行うとともに、前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を強制的にオフさせる制御を行う制御回路と、
を備えるフィードバック回路。
請求項１から請求項５のいずれか１に記載のフィードバック回路において、
前記放電用電力上限値は、前記充電用電力上限値よりも大きいフィードバック回路。
請求項１から請求項６のいずれか１に記載のフィードバック回路において、
前記放電用電力上限値及び前記充電用電力上限値は、前記二次電池の蓄電状態に応じて設定されるフィードバック回路。
請求項１から請求項７のいずれか１に記載のフィードバック回路と、
前記充電用電力上限値及び前記放電用電力上限値をそれぞれ設定する設定回路と、
を備える電力調整装置。