WO2012050194A1 - 充放電回路 - Google Patents

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WO2012050194A1
WO2012050194A1 PCT/JP2011/073690 JP2011073690W WO2012050194A1 WO 2012050194 A1 WO2012050194 A1 WO 2012050194A1 JP 2011073690 W JP2011073690 W JP 2011073690W WO 2012050194 A1 WO2012050194 A1 WO 2012050194A1
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WO
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power
switch circuit
power supply
terminal
ion secondary
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PCT/JP2011/073690
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English (en)
French (fr)
Inventor
健二 内橋
龍蔵 萩原
中島 武
隆一郎 富永
池部 早人
Original Assignee
三洋電機株式会社
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H01M10/465Accumulators structurally combined with charging apparatus with solar battery as charging system
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    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
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    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04Regulation of charging current or voltage
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a charge / discharge circuit, and more particularly to a charge / discharge circuit of a power supply system for supplying power to a load.
  • Patent Document 1 discloses a solar battery, a plurality of secondary batteries charged by the solar battery, and a secondary battery connected between each secondary battery and the solar battery.
  • a solar battery power supply device comprising: a charge switch for controlling charging of a secondary battery; a discharge switch connected between each secondary battery and a load; and a control circuit for controlling the charge switch and the discharge switch. It is disclosed.
  • the control circuit specifies the priority order of the secondary batteries to be charged by controlling a plurality of charge switches, charges the secondary battery with a higher priority before the secondary battery with a lower priority, It is disclosed that when a secondary battery having a higher rank is charged with a predetermined capacity, a secondary battery having a lower priority is charged.
  • An object of the present invention is to provide a charge / discharge circuit that enables more effective use of energy.
  • the charging / discharging circuit includes a first switch circuit that connects or disconnects a power supply path from the charger to the storage battery and the load, and connects the charger, the storage battery, and the load, and the charger and the storage battery to the load.
  • a second switch circuit that connects or disconnects the power supply path, and a controller that acquires the state of the storage battery and controls the first switch circuit and the second switch circuit according to the state of the storage battery.
  • the storage amount of the storage battery is increased by the surplus power, and the power from the charger is compared to the required power of the load.
  • the storage amount of the storage battery is reduced by the amount of insufficient power.
  • it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a flowchart shown about the procedure which supplies required electric power with respect to DC load. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system. In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows an electric power supply system.
  • the storage battery will be described as being a lithium ion secondary battery, but other storage batteries that can be charged and discharged may be used.
  • a nickel hydride secondary battery, a nickel cadmium storage battery, a lead storage battery, a metal lithium ion secondary battery, or the like may be used.
  • the power supply system is described as including a configuration other than the switching device, but the switching device may be a power supply system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a power supply system 10.
  • the power supply system 10 includes a solar cell module 20, breakers 25a, 25b, and 25c, lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, a switching device 40, an AC-DC conversion circuit 50, and a controller 70. It is comprised including.
  • the solar cell module 20 is a photoelectric conversion device that converts sunlight into electric power, and functions as a charger.
  • the output terminal of the solar cell module 20 is connected to one terminal of the first switch circuit 402. Note that the generated power generated by the solar cell module 20 is DC power.
  • the positive terminal of the lithium ion secondary battery 30a is connected to the other terminal of the breaker part 25a, and the negative terminal is grounded.
  • the positive electrode side terminal of the lithium ion secondary battery 30b is connected to the other terminal of the breaker portion 25b, and the negative electrode side terminal is grounded.
  • the positive electrode side terminal of the lithium ion secondary battery 30c is connected to the other terminal of the breaker portion 25c, and the negative electrode side terminal is grounded.
  • the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c are charged and discharged so that the SOC (Stage Of Charge) indicating the charged state corresponding to the charged amount falls within a predetermined range (for example, 20% to 80%). Is made.
  • SOC Voltage Of Charge
  • the discharge power discharged from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c is DC power.
  • the negative electrode side terminals of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c have been described as being grounded, they may of course be ungrounded.
  • the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 b, and 30 c function as a DC power supply source for supplying power to the DC load 80 via the main power path 1.
  • Breakers 25a, 25b, and 25c are devices that are shut down when it is necessary to protect lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c.
  • Breaker unit 25a has one terminal connected to parallel processing circuit unit 404 and the other terminal connected to the positive terminal of lithium ion secondary battery 30a.
  • Breaker 25b has one terminal connected to parallel processing circuit 404 and the other terminal connected to the positive terminal of lithium ion secondary battery 30b.
  • Breaker unit 25c has one terminal connected to parallel processing circuit unit 404 and the other terminal connected to the positive terminal of lithium ion secondary battery 30c.
  • the switching device 40 includes a first switch circuit 402, a parallel processing circuit unit 404, and a second switch circuit 406.
  • the parallel processing circuit unit 404 includes switch circuits 41a, 41b, 41c and resistance elements 42a, 42b, 42c.
  • the switch circuit 41a is a switch having one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402 and one terminal of the second switch circuit 406, and the other terminal connected to one terminal of the breaker section 25a. is there.
  • the switch circuit 41a can be configured using, for example, a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • a cathode terminal is connected to one terminal of the switch circuit 41a, and an anode terminal is connected to the other terminal of the switch circuit 41a.
  • a connected parasitic diode is formed.
  • the resistance element 42a has one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402 and one terminal of the second switch circuit 406, and the other terminal connected to one terminal of the breaker portion 25a. That is, the resistance element 42a is connected in parallel to the switch circuit 41a.
  • the switch circuit 41b is a switch having one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402 and one terminal of the second switch circuit 406, and the other terminal connected to one terminal of the breaker portion 25b. is there.
  • the switch circuit 41b can be configured using, for example, a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • a cathode terminal is connected to one terminal of the switch circuit 41b, and an anode terminal is connected to the other terminal of the switch circuit 41b.
  • a connected parasitic diode is formed.
  • the resistance element 42b has one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402 and one terminal of the second switch circuit 406, and the other terminal connected to one terminal of the breaker portion 25b. That is, the resistance element 42b is connected in parallel to the switch circuit 41b.
  • the switch circuit 41c is a switch having one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402 and one terminal of the second switch circuit 406, and the other terminal connected to one terminal of the breaker portion 25c. is there.
  • the switch circuit 41c can be configured using, for example, a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • a cathode terminal is connected to one terminal of the switch circuit 41c, and an anode terminal is connected to the other terminal of the switch circuit 41c.
  • a connected parasitic diode is formed.
  • the resistance element 42c has one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402 and one terminal of the second switch circuit 406, and the other terminal connected to one terminal of the breaker portion 25c. That is, the resistance element 42c is connected in parallel to the switch circuit 41c.
  • the switch circuits 41a, 41b, and 41c are controlled to be turned on by the control unit 70.
  • the on-resistance values of the switch circuits 41a, 41b, and 41c are smaller than the resistance values of the resistance elements 42a, 42b, and 42c, respectively. Therefore, when the first switch circuit 402 is also turned on by the control unit 70, the generated power generated by the solar cell module 20 is mainly a lithium ion secondary through the switch circuits 41a, 41b, and 41c.
  • the batteries 30a, 30b, 30c are charged.
  • the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c are connected in parallel, and one terminal of the breakers 25a, 25b, and 25c has the same voltage during normal operation.
  • the lithium ion secondary battery 30b is replaced.
  • the switch circuit 41b is controlled to be turned off by the control unit 70 so that the lithium ion secondary batteries 30b having different voltages are not connected in parallel via the switch circuits 41a, 41b, and 41c.
  • the generated power generated by the solar cell module 20 is charged to the lithium ion secondary batteries 30a and 30c via the switch circuits 41a and 41c.
  • the voltage difference has arisen between the one side terminal of the breaker parts 25a and 25c and the one side terminal of the breaker part 25b, it passes through the resistive element 42a and the resistive element 42b, or the resistive element 42c and the resistive element 42b.
  • current flows toward the breaker portion 25b and the lithium ion secondary battery 30b is charged, so that the voltage difference is reduced.
  • the first switch circuit 402 has one terminal connected to the output terminal of the solar cell module 20, the other terminal connected to one terminal of the switch circuits 41a, 41b, 41c and one terminal of the resistor elements 42a, 42b, 42c. This switch is connected to one terminal of the second switch circuit 406. Switching control of the first switch circuit 402 is performed under the control of the control unit 70.
  • the first switch circuit 402 can be configured using, for example, a field effect transistor (FET). In this case, the anode terminal is connected to the other terminal of the first switch circuit 402, and the first switch circuit 402 A parasitic diode having a cathode terminal connected to one side terminal is formed.
  • FET field effect transistor
  • the second switch circuit 406 is a switch having one terminal connected to the other terminal of the first switch circuit 402, one terminal of the switch circuits 41a, 41b, and 41c and one terminal of the resistor elements 42a, 42b, and 42c. is there.
  • the second switch circuit 406 has the other side terminal connected to the output terminal of the AC-DC conversion circuit 50 via the main power path output side terminal 4 and the auxiliary power path output side terminal 5, and the other side terminal connected to the other side terminal.
  • the switch is also connected to the input terminal of the DC-DC conversion circuit 60 via the main power path output side terminal 4 and the common output terminal 6. Switching control of the second switch circuit 406 is performed under the control of the control unit 70.
  • the second switch circuit 406 can be configured by using, for example, a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • a parasitic terminal in which a cathode terminal is connected to one terminal and an anode terminal is connected to the other terminal.
  • a diode is formed.
  • the AC-DC conversion circuit 50 is a power conversion circuit that converts AC power supplied from the system power supply 90 that functions as an AC power supply source into DC power, and functions as a power supply circuit.
  • the AC-DC conversion circuit 50 has an input terminal connected to the system power supply 90.
  • the AC-DC conversion circuit 50 has an output terminal connected to the other terminal of the second switch circuit 406 via the auxiliary power path output side terminal 5 and the main power path output side terminal 4, and further to the auxiliary power path output.
  • the input terminal of the DC-DC conversion circuit 60 is connected via the side terminal 5 and the common output terminal 6. Further, the start or stop of the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is controlled by the control unit 70.
  • the AC power supplied from the system power supply 90 is converted to DC power by the AC-DC conversion circuit 50, and the DC power is supplied to the DC load 80 side via the auxiliary power path 2.
  • the DC-DC conversion circuit 60 is a power conversion circuit that converts the discharge power of the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 b, 30 c or the DC power output from the AC-DC conversion circuit 50 into a voltage value suitable for the DC load 80. is there.
  • the DC-DC conversion circuit 60 has an input terminal connected to the other terminal of the second switch circuit 406 via the common output terminal 6 and the main power path output side terminal 4, and further, the common output terminal 6 and the auxiliary power path output.
  • the output terminal of the AC-DC conversion circuit 50 is connected via the side terminal 5.
  • the DC-DC conversion circuit 60 has an output terminal connected to the DC load 80.
  • the DC load 80 may be a lighting device that operates with direct current power, and an electric product such as a personal computer or a copy machine that operates with direct current power may be used.
  • the main power path output side terminal 4 is a terminal provided at the output side end of the main power path 1.
  • the auxiliary power path output side terminal 5 is a terminal provided at the output side end of the auxiliary power path 2.
  • the common output terminal 6 is a terminal connected to the main power path output side terminal 4 and the auxiliary power path output side terminal 5.
  • the main power path output side terminal 4, the auxiliary power path output side terminal 5, and the common output terminal 6 are collectively referred to as an output terminal portion 7.
  • the output terminal unit 7 has a function of outputting the discharge power flowing through the main power path 1 and the DC power flowing through the auxiliary power path 2 from one common output terminal 6 to the DC load 80.
  • the control unit 70 includes an overcharge countermeasure processing unit 702, an overdischarge countermeasure processing unit 704, and a charge / discharge switching processing unit 706.
  • the control unit 70 has a function of performing on / off control of the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406. As a result, the generated power generated by the solar cell module 20 is charged into the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c, and becomes the discharged power discharged from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c.
  • each structure of the control part 70 may be comprised with a hardware, and may be comprised with software.
  • the overcharge countermeasure processing unit 702 acquires the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and at least one of the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c is an overcharge reference value (for example, 70%). Has a function to turn off the first switch circuit 402 after the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is started.
  • the overcharge countermeasure processing unit 702 performs control to turn on the first switch circuit 402 when all the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c become smaller than the overcharge reference value. Thus, the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is stopped. In the above description, it is determined whether or not the battery is overcharged by monitoring the SOC.
  • the overcharge described here means not overcharge of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c itself, but overcharge as a system.
  • all the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c are set to a reference value that is smaller than the overcharge reference value (for example, 60% is set as the reference value). Otherwise, it is desirable to provide hysteresis so that the first switch circuit 402 cannot be turned on again.
  • the overdischarge countermeasure processing unit 704 acquires the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and at least one of the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c is an overdischarge reference value (for example, 30%). Has a function of turning off the second switch circuit 406 after the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is started, for example.
  • the overdischarge countermeasure processing unit 704 performs control to turn on the second switch circuit 406 when all the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c become larger than the overdischarge reference value. Thus, for example, the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is stopped.
  • the overdischarge occurs by monitoring the SOC. However, it may be determined by an element other than the SOC, for example, the voltage value of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c. You may judge by seeing. Further, the overdischarge described here means not overdischarge of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c itself, but overdischarge as a system. Further, after the second switch circuit 406 is turned off, all the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c are set to a reference value larger than the overdischarge reference value (for example, 40% is set as the reference value). Otherwise, it is desirable to provide hysteresis so that the second switch circuit 406 cannot be turned on again.
  • the charge / discharge switching processing unit 706 charges the generated power generated by the solar cell module 20 to the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c, and uses the discharged power discharged from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c.
  • the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406 are turned on.
  • the switching device 40 operates in the charge / discharge mode when both the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406 are turned on, and when the first switch circuit 402 is turned on and the second switch circuit 406 is turned off. It operates as a charging mode.
  • the switching device 40 operates as a discharge mode when the first switch circuit 402 is turned off and the second switch circuit 406 is turned on, and both the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406 are turned off. Sometimes it operates as a charge / discharge disabled mode.
  • Each operation mode can be changed by the function of each processing unit of the control unit 70. That is, the switching device 40 can perform mode transition by the control unit 70.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for supplying necessary power to the DC load 80 in the power supply system 10.
  • the operation of the AC-DC conversion circuit 50 in the initial state is stopped.
  • the charge / discharge switching processing unit 706 turns on the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406 (S10).
  • the generated power generated by the solar cell module 20 is charged into the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c, and the discharged power discharged from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c is supplied to the DC load 80. Is done.
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c increases (charges) by the surplus power, and the DC load 80
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c is reduced (discharged) by the shortage.
  • the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406 are first turned on, but this is a flowchart on the premise that the battery is a standard voltage, so the first switch circuit 402 and the second switch circuit There may be a step of confirming in advance whether or not 406 is turned on.
  • the overcharge countermeasure processing unit 702 acquires the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and determines whether at least one of those SOCs is larger than the overcharge reference value (S12). ). If it is determined in step S12 that all SOCs are smaller than the overcharge reference value, the process proceeds to S24.
  • step S12 when the overcharge countermeasure processing unit 702 determines that at least one of the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c is larger than the overcharge reference value, the AC-DC conversion circuit 50 is started (S14), then the first switch circuit 402 is turned off (S16), and then the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is stopped (S17). Thereby, since the generated electric power of the solar cell module 20 is not supplied to the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c, overcharge of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c can be prevented. After the step S17, the process proceeds to S18.
  • step S18 the overcharge countermeasure processing unit 702 acquires the SOCs of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and determines whether all the SOCs are smaller than the overcharge reference value (S18). If it is determined in step S18 that at least one SOC is larger than the overcharge reference value, the process returns to step S18 again after a predetermined time has elapsed.
  • step S18 if it is determined that all SOCs are smaller than the overcharge reference value, the overcharge countermeasure processing unit 702 starts the operation of the AC-DC conversion circuit 50 (S19), and then the first switch The circuit 402 is turned on (S20), and then the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is stopped (S22). Thereby, the generated power generated by the solar cell module 20 is charged again in the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c. After the step S22, the process proceeds to S24.
  • the overdischarge countermeasure processing unit 704 acquires the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c and determines that at least one of the SOCs is smaller than the overdischarge reference value, the AC The operation of the DC conversion circuit 50 is started (S26), and then the second switch circuit 406 is turned off (S28). Thereby, since discharge power is not supplied from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c to the DC load 80, overdischarge of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c can be prevented. After the step S28, the process proceeds to S30.
  • step S30 the overdischarge countermeasure processing unit 704 acquires the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and determines whether all the SOCs are larger than the overdischarge reference value (S30). If it is determined in step S30 that at least one SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c is smaller than the overdischarge reference value, the process returns to S30 again after a predetermined time has elapsed.
  • step S30 if the overdischarge countermeasure processing unit 704 determines that all SOCs are larger than the overdischarge reference value, the second switch circuit 406 is turned on (S32), and then the AC-DC conversion circuit 50 The operation is stopped (S34). After the step S34, the process proceeds to return processing. As a result, the discharge power is again supplied from the lithium ion secondary battery 30 to the DC load 80.
  • the generated power of the solar cell module 20 is charged in the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c, and becomes the discharge power of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c. And supplied to the DC load 80.
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c increases (charges) by the surplus power, and the DC load 80
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c is reduced (discharged) by the shortage.
  • the DC power output from the AC-DC conversion circuit 50 is transferred via the auxiliary power path 2 to the DC load 80. To be supplied. Therefore, according to the power supply system 10, energy such as generated power generated by the solar cell module 20 can be effectively utilized.
  • the overcharge countermeasure processing unit 702 turns off the first switch circuit 402 when the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c becomes larger than the overcharge reference value. In this way, overcharge can be prevented.
  • the overcharge countermeasure processing unit 702 turns off the first switch circuit 402 after starting the operation of the AC-DC conversion circuit 50.
  • the overcharge countermeasure processing unit 702 turns on the first switch circuit 402 after starting the operation of the AC-DC conversion circuit 50.
  • the power supply system 10 has an overlap period in which power is supplied to the DC load 80 from both the main power path 1 and the auxiliary power path 2 even when the first switch circuit 402 is switched on and off. Therefore, it is possible to prevent the power supply to the DC load 80 from being interrupted at the time of switching.
  • the reason for operating the AC-DC conversion circuit 50 before turning off the first switch circuit 402 will be described in detail.
  • both the first switch circuit 402 and the second switch circuit 406 are turned on, a large amount of power is generated by the solar cell module 20, and surplus power is generated.
  • the AC-DC conversion circuit 50 is operated before the first switch circuit 402 is turned off.
  • the overdischarge countermeasure processing unit 704 prevents overdischarge by turning off the second switch circuit 406 when the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c is smaller than the overdischarge reference value. Can do. Then, when the second switch circuit 406 is turned off, the overdischarge countermeasure processing unit 704 turns off the second switch circuit 406 after starting the operation of the AC-DC conversion circuit 50, and then again the second switch circuit 406. When the two-switch circuit 406 is turned on, the operation of the AC-DC conversion circuit 50 is stopped after the second switch circuit 406 is turned on.
  • the power supply system 10 has an overlap period in which power is supplied to the DC load 80 from both the main power path 1 and the auxiliary power path 2 even when the second switch circuit 406 is switched on and off. Therefore, it is possible to prevent the power supply to the DC load 80 from being interrupted at the time of switching.
  • the controller 70 turns the AC-DC conversion circuit 50 on before turning on the first switch circuit 402 and before turning off the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406. Although it has been described that the AC-DC conversion circuit 50 is stopped after the operation and the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406 is turned on, the AC-DC conversion circuit 50 may be always operated.
  • the controller 70 turns on the AC-DC conversion circuit 50 before turning on the first switch circuit 402 and before turning off the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406.
  • the first switch circuit 402 is turned on after confirming that the AC-DC conversion circuit 50 is operating reliably, and the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406 is operated. Is preferably turned off. This is because when the output power from the AC-DC conversion circuit 50 is not sufficient, the power supply to the DC load 80 may be insufficient.
  • the operation status of the AC-DC conversion circuit 50 can be confirmed by the output voltage of the AC-DC conversion circuit 50 or the like. it can.
  • a predetermined time during which the AC-DC conversion circuit 50 can be reliably determined is obtained, and whether the AC-DC conversion circuit 50 is operating. Regardless, it is preferable to turn on the first switch circuit 402 after the predetermined time has elapsed and to turn off the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406. As a result, when the operation of the AC-DC conversion circuit 50 cannot be confirmed due to some trouble even though the AC-DC conversion circuit 50 is operating, or because the AC-DC conversion circuit 50 is not operating.
  • the lithium ion secondary battery 30a by turning on the first switch circuit 402 and turning off the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406, 30b and 30c can be prevented from being overcharged / discharged.
  • the control unit 70 turns off the second switch circuit 406 when the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c becomes small, and turns off the second switch circuit 406.
  • the AC-DC conversion circuit 50 has been described as operating immediately before, when the reference value is smaller than the overcharge reference value and larger than the overdischarge reference value (for example, set as 40%), It may be activated.
  • the control unit 70 turns off the first switch circuit 426 when the SOC of the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 b, 30 c becomes large, and AC immediately before the switch circuit 426 is turned off.
  • the DC converter circuit 50 has been described as being operated, but is activated when the reference value is larger than the overdischarge reference value and smaller than the overcharge reference value (for example, set as 60%). It is good.
  • control unit 70 has been described as turning on and off the switch circuits 402 and 406 in accordance with the SOC of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c. Good. For example, on / off control of the switch circuits 402 and 406 can be performed based on the required power of a load connected to the power supply system 10.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the power supply system 11.
  • the power supply system 11 and the power supply system 10 have substantially the same configuration and the difference is the output terminal unit 110, the output terminal unit 110 will be mainly described.
  • the output terminal unit 110 includes a first diode 114, a second diode 112, and a common output terminal 116.
  • the output terminal unit 110 has a function of outputting discharge power flowing through the main power path 1 and system DC power flowing through the auxiliary power path 2 from one common output terminal 116 to the DC load 80.
  • the first diode 114 has an anode terminal connected to the main power path output side terminal 4 and a cathode terminal connected to the cathode terminal of the second diode 112 and the common output terminal 116.
  • the second diode 112 has an anode terminal connected to the auxiliary power path output side terminal 5 and a cathode terminal connected to the cathode terminal of the first diode 114 and the common output terminal 116.
  • the generated power of the solar cell module 20 is charged into the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and becomes the discharge power of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c. To be supplied.
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c increases (charges) by the surplus power, and the DC load 80
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c is reduced (discharged) by the shortage.
  • the main power path 1 passes through the first diode 114.
  • the auxiliary power path instead of the main power path 1 Power is supplied from 2 to the DC load 80 via the second diode 112.
  • the DC power of the AC-DC conversion circuit 50 is supplied to the DC load 80 via the auxiliary power path 2. . Therefore, according to the power supply system 11, energy, such as the electric power generated by the solar cell module 20, can be used effectively.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the power supply system 12.
  • the power supply system 12 and the power supply system 10 have substantially the same configuration, the only difference being that the output terminal unit 100 and the output switching processing unit 708 of the control unit 72 are provided.
  • the output terminal unit 100 and the output switching processing unit 708 of the control unit 72 will be mainly described.
  • the output terminal unit 100 has a function of switching the connection destination on the input side of the common output terminal 103 to either the main power path output side terminal 4 or the auxiliary power path output side terminal 5 under the control of the control unit 72.
  • the output switching processing unit 708 of the control unit 72 determines the connection destination on the input side of the common output terminal 103 as the main power. Connect to the route output side terminal 4. Further, when at least one SOC of the lithium ion secondary battery 30 is smaller than the overdischarge reference value, the output switching processing unit 708 determines the connection destination on the input side of the common output terminal 103 as the auxiliary power path output side terminal 5. Connect to.
  • the output switching processing unit 708 connects to the auxiliary power path output side terminal 5 when the first switch circuit 402 or the second switch circuit 406 needs to be turned off, and again the first switch circuit 402 or the second switch When the circuit 406 is turned on, it is connected to the main power path output side terminal 4.
  • the generated power of the solar cell module 20 is charged into the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, and becomes the discharge power of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c. To be supplied.
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c increases (charges) by the surplus power, and the DC load 80
  • the storage amount of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c is reduced (discharged) by the shortage.
  • the DC power of the AC-DC conversion circuit 50 is supplied to the DC load 80 via the auxiliary power path 2. Therefore, according to the power supply system 12, energy, such as the electric power generated by the solar cell module 20, can be used effectively.
  • the discharge power flowing through the main power path 1 and the DC power flowing through the auxiliary power path 2 are supplied from one common output terminal 6, 103, 116 to the DC load. 80.
  • the common output terminals 6, 103, 116 and the DC-DC conversion circuit 60 can be connected to each other by a single power line. Therefore, even when the DC load 80 is disposed at a location away from the power supply systems 10, 11, 12, the number of wires from the power supply systems 10, 11, 12 can be reduced.
  • the DC-DC conversion circuit 60 is arranged in the vicinity of the DC load 80 and the power loss in the wiring, which becomes more conspicuous when the power wiring becomes longer, power supply at a voltage suitable for the DC load 80 is suppressed. Is possible.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the power supply system 10a.
  • the power supply system 10a and the power supply system 10 have substantially the same configuration, and the difference is that the AC-DC conversion circuit 51 and the third switch circuit 52 are included. The explanation will focus on the points.
  • the AC-DC conversion circuit 51 is a power conversion circuit capable of converting AC power supplied from the system power supply 90 functioning as an AC power supply source into DC power, and outputting a current having a predetermined current value (for example, 10 A). is there.
  • the AC-DC conversion circuit 51 has an input terminal connected to the system power supply 90 and an output terminal connected to one terminal of the third switch circuit 52.
  • the current value output from the AC-DC conversion circuit 51 is measured by an ammeter (not shown).
  • the third switch circuit 52 has one terminal connected to the output terminal of the AC-DC conversion circuit 51 and the other terminal connected to the output terminal of the solar cell module 20 and one terminal of the first switch circuit 402. Switch.
  • the third switch circuit 52 can be configured using, for example, a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • a parasitic diode having a cathode terminal connected to the other side terminal and an anode terminal connected to the one side terminal is provided. It is formed.
  • the third switch circuit 52 is turned on when the current value output from the AC-DC conversion circuit 51 is larger than a predetermined threshold (for example, 4A), and is turned off when the current value is smaller than the predetermined threshold. It has a function. A method for obtaining the predetermined threshold will be described later.
  • the operation of the power supply system 10a having the above configuration will be described.
  • the first switch circuit 402 when charging the generated power of the solar cell module 20 to the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, the first switch circuit 402 is turned on under the control of the control unit 70.
  • the third switch circuit 52 when charging the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c using the system power supply 90, the third switch circuit 52 is turned on.
  • the AC-DC conversion circuit 51 has a configuration in which a reverse current flows when a voltage is applied to the output side from the outside.
  • the FET the solar cell module 20 side is a cathode terminal and the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c side is an anode terminal
  • the first switch circuit 402 When there is no power generation of the solar cell module 20 with the first switch circuit 402 turned on, such as during a certain time period, the reverse current flows from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c to the AC-DC conversion circuit 51 side.
  • the solar cell module 20 when the solar cell module 20 generates power, there is a reverse current to the AC-DC conversion circuit 51 side, and the power generation amount of the solar cell module 20 cannot be used effectively. Further, when the first switch circuit 402 is turned off, the AC-DC conversion circuit 51 is damaged because a large reverse current or high voltage is applied to the output side of the AC-DC conversion circuit 51 due to the characteristics of the solar cell module 20. there is a possibility.
  • the third switch circuit 52 instead of the third switch circuit 52, it is conceivable to install a diode so that the AC-DC conversion circuit 51 side becomes an anode terminal and the first switch circuit 402 side becomes a cathode terminal.
  • a loss in the diode always occurs during charging from the AC-DC conversion circuit 51. Therefore, it is determined that there is no reverse current to the AC-DC conversion circuit 51 side based on whether the current value from the AC-DC conversion circuit 51 side is larger than a predetermined threshold, and the third switch circuit 52 is turned on.
  • the AC-DC conversion circuit 51 desirably sets the maximum value of the output voltage to the allowable maximum voltage of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c so that the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c are not overcharged. .
  • the solar cell module 20 from the current-voltage characteristics, for example, a solar cell module in which 60 to 80% of the maximum output operating voltage of the solar cell module 20 is an allowable maximum voltage of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c. It is desirable to select 20.
  • the output voltage of the solar cell module 20 becomes higher than the maximum output voltage of the AC-DC conversion circuit 51, a reverse current to the AC-DC conversion circuit 51 is generated.
  • the current of the solar cell module 20 at this time Is determined by the current-voltage characteristics of the solar cell module 20.
  • the threshold value is preferably equal to or higher than the rated current of the solar cell module 20 at the maximum voltage of the AC-DC conversion circuit 51. In this case, even when a reverse current from the solar cell module 20 is generated, a reverse current to the AC-DC conversion circuit 51 side is hardly generated immediately.
  • the sensitivity and responsiveness of the third switch circuit 52 are high, the rated current can be lowered.
  • 4A is set as a threshold here, for example.
  • the third switch circuit 52 Turn off.
  • the third switch circuit 52 is turned off when the current flows backward from the solar cell module 20 or the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c to the AC-DC conversion circuit 51 side.
  • a predetermined threshold for example, 4A
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the power supply system 11a.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the power supply system 12a.
  • the power supply system 11 a and the power supply system 11 have substantially the same configuration, and the difference is that they include an AC-DC conversion circuit 51 and a third switch circuit 52.
  • the power supply system 12 a and the power supply system 12 have substantially the same configuration, and the difference is that the AC-DC conversion circuit 51 and the third switch circuit 52 are included.
  • the AC-DC conversion circuit 51 and the third switch circuit 52 of the power supply system 11a and the power supply system 12a are the same as the AC-DC conversion circuit 51 and the third switch circuit 52 of the power supply system 10a. Therefore, detailed description is omitted.
  • the power supply systems 11a and 12a have the same configuration as the AC-DC conversion circuit 51 and the third switch circuit 52 of the power supply system 10a. It can be converted into electric power and supplied to the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c.
  • a predetermined threshold for example, 4A
  • the third switch circuit 52 is turned off.
  • the third switch circuit 52 is turned off when the current flows backward from the solar cell module 20 or the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c to the AC-DC conversion circuit 51 side.
  • the reverse current from the solar cell module 20 or the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c to the AC-DC conversion circuit 51 can be prevented.
  • the control circuit included in the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 b, 30 c, the switching device 40, the control units 70, 72, and the like are required.
  • Each element is supplied with power from a system operation power supply unit that supplies power of the entire system of the power supply systems 10, 10a, 11, 11a, 12, and 12a.
  • the system operation power supply unit generates power output using generated power from the solar cell module 20, discharge power from the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 b, and 30 c, and system power from the system power supply 90. It is.
  • the AC-DC conversion circuit 50 is operated by the system power from the system power supply 90 instead of the system operation power supply unit. It is disconnected from the power supply. As a result, even when the power supply from the system operation power supply unit is stopped and the system goes down, the AC-DC conversion circuit 50 operated by the system power supplied from the system power supply 90 is stably Since it is operating, power can be stably supplied to the DC load 80.
  • the maximum value of the discharge power supplied from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c is, for example, 1.5 kW.
  • the maximum value of the power supplied from the AC-DC conversion circuit 50 is, for example, 3 kW, which is twice the power value supplied from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c.
  • an electronic device having a required power of 1.5 kW is connected as the DC load 80, both the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c and the AC-DC conversion circuit 50 are connected to the DC load 80. It is possible to supply power from.
  • the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 a, 30 c when an electronic device having a required power of 3 kW, for example, is connected as the DC load 80, the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 a, 30 c, The second switch circuit 406 is turned off to stop the discharge from 30b and 30c, and power is supplied from the AC-DC conversion circuit 50 to the DC load 80.
  • the DC load 80 is controlled by the power value supplied from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c while suppressing the maximum standard power value of the discharge power supplied from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c. Even when an electronic device having a large power value is required, power is stably supplied by switching the power supply source from the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, 30c to the system power supply 90.
  • the lifetime of lithium ion secondary battery 30a, 30b, 30c can be extended by suppressing the maximum specification electric power value of the discharge power supplied from lithium ion secondary battery 30a, 30b, 30c. Thereby, not only the allowable range of use of the DC load 80 is widened, but also a system that can be used for a long time can be created.
  • the first switch circuit 402 functions as a switch for protecting overcharge, and for the lithium ion secondary batteries 30 a, 30 b, and 30 c.
  • a switch circuit may be provided for each of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, for example, provided in series with the switch circuits 41a, 41b, and 41c, respectively. May be.
  • the second switch circuit 406 functions as a switch for protecting overdischarge and is described as being provided in common with the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c, the lithium ion secondary battery 30a has been described.
  • 30b, 30c may be provided with a switch circuit, for example, may be provided in series with the switch circuits 41a, 41b, 41c, respectively. Further, two FETs may be used so that the switching circuits 41a, 41b, and 41c described above become reverse parasitic diodes.
  • the third switch circuit 52 described above may also be provided on the solar cell module 20 side.
  • the solar cell module 20 is connected to the one terminal of the first switch circuit 402. It may be a vessel.
  • the system power 21 that functions as an AC power supply source may be connected to one terminal of the first switch circuit 402.
  • power supply for backup to the DC load 80 has been described as using the system power supply 90, but of course other power supply sources May be used.
  • a part of the lithium ion secondary batteries 30a, 30b, and 30c may be used as a backup power supply source.
  • the load connected to the power supply systems 10, 10 a, 11, 11 a, 12, 12 a has been described as being the DC load 80.
  • an AC load can be connected instead of the DC load 80 by using a DC-AC conversion circuit instead of the DC-DC conversion circuit 60.

Abstract

 エネルギをより有効に活用することを可能とする充放電回路を提供することである。電力供給システム10は、太陽電池モジュール20、リチウムイオン二次電池30a,30b,30c及びDC負荷80に接続され、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cからDC負荷80への放電を行い、かつ、太陽電池モジュール20からDC負荷80へ電力を供給する場合に、太陽電池モジュール20からDC負荷80に対して電力供給しながらリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電量を抑制する、あるいは、太陽電池モジュール20からDC負荷80に対して電力供給しながらリチウムイオン二次電池30a,30b,30cを充電する。

Description

充放電回路
 本発明は、充放電回路に係り、特に、負荷に対して電力を供給するための電力供給システムの充放電回路に関する。
 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、太陽電池モジュールと二次電池とを組み合せて使用する場合には、負荷の要求電力等に応じた充放電制御を行うことでエネルギを有効に活用することが望まれる。
 本発明の目的は、エネルギをより有効に活用することを可能とする充放電回路を提供することである。
 本発明に係る充放電回路は、充電器、蓄電池及び負荷を接続してなり、充電器から蓄電池及び負荷への電力供給経路を接続又は遮断する第1スイッチ回路と、充電器及び蓄電池から負荷への電力供給経路を接続又は遮断する第2スイッチ回路と、蓄電池の状態を取得し、蓄電池の状態に応じて第1スイッチ回路及び第2スイッチ回路を制御する制御部とを有する。
 上記構成によれば、負荷の要求電力に比べて充電器からの供給電力が大きい場合には、余剰電力分だけ蓄電池の蓄電量が増加することとなり、負荷の要求電力に比べて充電器からの供給電力が小さい場合には、不足電力分だけ蓄電池の蓄電量が減少することとなる。これにより、充電器からの供給電力等のエネルギをより有効に活用することができる。
本発明に係る実施の形態において、電力供給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、DC負荷に対して、必要な電力を供給する手順について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、電力供給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、電力供給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、電力供給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、電力供給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、電力供給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、電力供給システムを示す図である。
 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。以下では、蓄電池は、リチウムイオン二次電池であるものとして説明するが、これ以外の充放電可能な蓄電池であってもよい。例えばニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム蓄電池、鉛蓄電池、金属リチウムイオン二次電池等であってもよい。なお、以下では、電力供給システムは切替装置以外の構成を含むものとして説明するが、切替装置を電力供給システムとすることもできる。
 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、電力供給システム10を示す図である。電力供給システム10は、太陽電池モジュール20と、ブレーカ部25a,25b,25cと、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cと、切替装置40と、AC-DC変換回路50と、制御部70とを含んで構成される。
 太陽電池モジュール20は、太陽光を電力に変換する光電変換装置であり、充電器として機能する。太陽電池モジュール20の出力端子は、第1スイッチ回路402の一方側端子に接続されている。なお、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力は直流電力である。
 リチウムイオン二次電池30aの正極側端子は、ブレーカ部25aの他方側端子に接続され、負極側端子は接地されている。リチウムイオン二次電池30bの正極側端子は、ブレーカ部25bの他方側端子に接続され、負極側端子は接地されている。リチウムイオン二次電池30cの正極側端子は、ブレーカ部25cの他方側端子に接続され、負極側端子は接地されている。また、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cは、蓄電量に対応した蓄電状態を示すSOC(Stage Of Charge)が所定の範囲内(例えば、20%~80%)に入るように充放電制御がなされる。なお、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから放電される放電電力は直流電力である。なお、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの負極側端子は、接地されているものとして説明したが、もちろん非接地としてもよい。
 リチウムイオン二次電池30a,30b,30cは、主電力経路1を介してDC負荷80に電力を供給するための直流電力供給源として機能する。
 ブレーカ部25a,25b,25cは、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cを保護する必要がある時に遮断される装置である。ブレーカ部25aは、一方側端子が並列処理回路部404と接続され、他方側端子はリチウムイオン二次電池30aの正極側端子と接続される。ブレーカ部25bは、一方側端子が並列処理回路部404と接続され、他方側端子はリチウムイオン二次電池30bの正極側端子と接続される。ブレーカ部25cは、一方側端子が並列処理回路部404と接続され、他方側端子はリチウムイオン二次電池30cの正極側端子と接続される。
 切替装置40は、第1スイッチ回路402と、並列処理回路部404と、第2スイッチ回路406とを含んで構成される。
 並列処理回路部404は、スイッチ回路41a,41b,41cと、抵抗素子42a,42b,42cとを含んで構成される。
 スイッチ回路41aは、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続され、他方側端子がブレーカ部25aの一方側端子と接続されるスイッチである。スイッチ回路41aは、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を用いて構成することができ、この場合、スイッチ回路41aの一方側端子にカソード端子が接続され、スイッチ回路41aの他方側端子にアノード端子が接続される寄生ダイオードが形成される。
 抵抗素子42aは、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続され、他方側端子がブレーカ部25aの一方側端子と接続される。つまり、抵抗素子42aは、スイッチ回路41aに対して並列に接続されている。
 スイッチ回路41bは、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続され、他方側端子がブレーカ部25bの一方側端子と接続されるスイッチである。スイッチ回路41bは、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を用いて構成することができ、この場合、スイッチ回路41bの一方側端子にカソード端子が接続され、スイッチ回路41bの他方側端子にアノード端子が接続される寄生ダイオードが形成される。
 抵抗素子42bは、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続され、他方側端子がブレーカ部25bの一方側端子と接続される。つまり、抵抗素子42bは、スイッチ回路41bに対して並列に接続されている。
 スイッチ回路41cは、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続され、他方側端子がブレーカ部25cの一方側端子と接続されるスイッチである。スイッチ回路41cは、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を用いて構成することができ、この場合、スイッチ回路41cの一方側端子にカソード端子が接続され、スイッチ回路41cの他方側端子にアノード端子が接続される寄生ダイオードが形成される。
 抵抗素子42cは、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続され、他方側端子がブレーカ部25cの一方側端子と接続される。つまり、抵抗素子42cは、スイッチ回路41cに対して並列に接続されている。
 ここで、並列処理回路部404の作用について述べると、通常動作時は、スイッチ回路41a,41b,41cは制御部70によってオンに制御されている。また、スイッチ回路41a,41b,41cのオン抵抗値は、それぞれ抵抗素子42a,42b,42cの抵抗値に比べて小さい。したがって、制御部70によって第1スイッチ回路402もオンに制御されている場合には、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力が主にスイッチ回路41a,41b,41cを介してそれぞれリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電される。
 そして、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cは並列接続されており、通常動作時はブレーカ25a,25b,25cの一方側端子は同電圧であるが、例えば、リチウムイオン二次電池30bを交換する場合において、交換したリチウムイオン二次電池30bがリチウムイオン二次電池30a,30cよりも電圧が低くなるときに、ブレーカ部25bの一方側端子とブレーカ部25a,25cの一方側端子との間に電圧差ができる。このとき電圧の異なるリチウムイオン二次電池30bがスイッチ回路41a,41b,41cを介して並列接続されないように、制御部70によって例えばスイッチ回路41bがオフに制御される。これにより、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力がスイッチ回路41a,41cを介してリチウムイオン二次電池30a,30cに充電されることとなる。そして、ブレーカ部25a,25cの一方側端子とブレーカ部25bの一方側端子との間で電圧差が生じているので、抵抗素子42a及び抵抗素子42b、あるいは、抵抗素子42c及び抵抗素子42bを介してブレーカ部25b側に向かって電流が流れ、リチウムイオン二次電池30bに充電がなされるため、上記電圧差が小さくなる。
 第1スイッチ回路402は、一方側端子が太陽電池モジュール20の出力端子に接続され、他方側端子がスイッチ回路41a,41b,41cの一方側端子及び抵抗素子42a,42b,42cの一方側端子と第2スイッチ回路406の一方側端子とに接続されるスイッチである。第1スイッチ回路402のスイッチング制御は、制御部70の制御によってなされる。なお、第1スイッチ回路402は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を用いて構成することができ、この場合、第1スイッチ回路402の他方側端子にアノード端子が接続され、第1スイッチ回路402の一方側端子にカソード端子が接続される寄生ダイオードが形成される。
 第2スイッチ回路406は、一方側端子が第1スイッチ回路402の他方側端子とスイッチ回路41a,41b,41cの一方側端子及び抵抗素子42a,42b,42cの一方側端子に接続されるスイッチである。また、第2スイッチ回路406は、他方側端子が主電力経路出力側端子4と補助電力経路出力側端子5とを介してAC-DC変換回路50の出力端子と接続され、さらに他方側端子が主電力経路出力側端子4と共通出力端子6とを介してDC-DC変換回路60の入力端子にも接続されるスイッチである。第2スイッチ回路406のスイッチング制御は、制御部70の制御によってなされる。なお、第2スイッチ回路406は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を用いて構成することができ、この場合、一方側端子にカソード端子が接続され、他方側端子にアノード端子が接続される寄生ダイオードが形成される。
 AC-DC変換回路50は、交流電力供給源として機能する系統電源90から供給される交流電力を直流電力に変換する電力変換回路であり、電力供給回路として機能する。AC-DC変換回路50は、入力端子が系統電源90と接続される。また、AC-DC変換回路50は、出力端子が補助電力経路出力側端子5と主電力経路出力側端子4とを介して第2スイッチ回路406の他方側端子に接続され、さらに補助電力経路出力側端子5と共通出力端子6とを介してDC-DC変換回路60の入力端子と接続される。また、AC-DC変換回路50の作動の開始あるいは作動の停止は、制御部70によって制御される。なお、系統電源90から供給される交流電力がAC-DC変換回路50によって直流電力に変換され、その直流電力が補助電力経路2を介してDC負荷80側に供給される。
 DC-DC変換回路60は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電電力またはAC-DC変換回路50から出力された直流電力をDC負荷80に好適な電圧値に変換する電力変換回路である。DC-DC変換回路60は、入力端子が共通出力端子6と主電力経路出力側端子4とを介して第2スイッチ回路406の他方側端子と接続され、さらに共通出力端子6と補助電力経路出力側端子5とを介してAC-DC変換回路50の出力端子と接続される。また、DC-DC変換回路60は、出力端子がDC負荷80に接続される。DC負荷80としては、図1に示されるように、直流電力で作動する照明器具であってもよく、また、直流電力で作動するパーソナルコンピュータ、コピー機といった電気製品を用いることができる。
 主電力経路出力側端子4は、主電力経路1の出力側端部に設けられる端子である。補助電力経路出力側端子5は、補助電力経路2の出力側端部に設けられる端子である。共通出力端子6は、主電力経路出力側端子4及び補助電力経路出力側端子5に接続される端子である。ここで、主電力経路出力側端子4と補助電力経路出力側端子5と共通出力端子6を併せて出力端子部7とする。なお、出力端子部7は、主電力経路1を流れる放電電力と補助電力経路2を流れる直流電力を1つの共通出力端子6からDC負荷80に出力させる機能を有する。
 制御部70は、過充電対策処理部702と、過放電対策処理部704と、充放電切替処理部706とを含んで構成される。制御部70は、第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406のオンオフ制御を行う機能を有する。これにより、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電され、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから放電される放電電力となってDC負荷80に供給される。なお、制御部70の各構成は、ハードウェアで構成してもよく、ソフトウェアで構成してもよい。
 過充電対策処理部702は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCを取得し、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCのうち少なくとも1つが過充電基準値(例えば、70%が基準値として設定される)よりも大きくなったときは、AC-DC変換回路50の作動を開始させた後で、第1スイッチ回路402をオフする機能を有する。そして、過充電対策処理部702は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの全てのSOCが過充電基準値よりも小さくなったときに、第1スイッチ回路402をオンする制御を行った後で、AC-DC変換回路50の作動を停止させる。なお、上記ではSOCを監視することで過充電であるか否かを判断しているが、SOC以外の要素で判断してもよく、例えば、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの電圧値を見て判断してもよい。また、ここで述べる過充電はリチウムイオン二次電池30a,30b,30cそのものの過充電ではなく、システムとしての過充電を意味している。さらに、第1スイッチ回路402をオフした後、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの全てのSOCが過充電基準値よりも小さい基準値(例えば、60%が基準値として設定される)にならないと第1スイッチ回路402を再びオンできないように、ヒステリシスを設けることが望ましい。
 過放電対策処理部704は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCを取得し、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCのうち少なくとも1つが過放電基準値(例えば、30%が基準値として設定される)よりも小さくなったときは、例えば、AC-DC変換回路50の作動を開始させた後で第2スイッチ回路406をオフする機能を有する。そして、過放電対策処理部704は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの全てのSOCが過放電基準値よりも大きくなったときに、第2スイッチ回路406をオンする制御を行った後で、例えば、AC-DC変換回路50の作動を停止させる。なお、上記ではSOCを監視することで過放電であるか否かを判断しているが、SOC以外の要素で判断してもよく、例えば、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの電圧値を見て判断してもよい。また、ここで述べる過放電はリチウムイオン二次電池30a,30b,30cそのものの過放電ではなく、システムとしての過放電を意味している。さらに、第2スイッチ回路406をオフした後、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの全てのSOCが過放電基準値よりも大きい基準値(例えば、40%が基準値として設定される)にならないと第2スイッチ回路406を再びオンできないように、ヒステリシスを設けることが望ましい。
 充放電切替処理部706は、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力をリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電し、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから放電された放電電力をDC負荷80に供給するために、第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406をオンする機能を有する。
 ここで、切替装置40における動作モードについて整理する。切替装置40は、第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406が共にオンされているときに充放電モードとして動作し、第1スイッチ回路402がオンされ第2スイッチ回路406がオフされているときに充電モードとして動作する。そして、切替装置40は、第1スイッチ回路402がオフされ第2スイッチ回路406がオンされているときに放電モードとして動作し、第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406が共にオフされているときに充放電不可能モードとして動作する。なお、各動作モードは、上記制御部70の各処理部の機能によって遷移させることが可能である。すなわち、切替装置40は、制御部70によってモード移行を行なうことができる。
 上記構成の電力供給システム10の作用について説明する。図2は、電力供給システム10において、DC負荷80に対して、必要な電力を供給する手順について示すフローチャートである。なお、AC-DC変換回路50の初期状態は、その作動が停止している。まず、最初に、充放電切替処理部706が第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406をオンする(S10)。これにより、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電され、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから放電された放電電力がDC負荷80に供給される。このとき、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が大きい場合に余剰電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が増加(充電)し、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が小さい場合に不足電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が減少(放電)する。なお、S10では最初に第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406をオンするが、これは標準電圧の電池であることが前提のフローチャートであるためで、第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406をオンするかどうか予め確認するステップがあっても良い。
 そして、過充電対策処理部702は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCを取得し、それらのSOCのうちの少なくとも1つが過充電基準値よりも大きいか否かを判断する(S12)。S12の工程において、全てのSOCが過充電基準値よりも小さいと判断されれば、S24へと進む。
 S12の工程において、過充電対策処理部702は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCうちの少なくとも1つのSOCが過充電基準値よりも大きいと判断したときは、AC-DC変換回路50の作動を開始し(S14)、その後に第1スイッチ回路402をオフし(S16)、その後にAC-DC変換回路50の作動を停止する(S17)。これにより、太陽電池モジュール20の発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに供給されないため、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの過充電を防止することができる。S17の工程の後は、S18へと進む。
 S18の工程では、過充電対策処理部702は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCを取得し、全てのSOCが過充電基準値よりも小さいか否かを判断する(S18)。S18の工程において、少なくとも1つのSOCが過充電基準値よりも大きいと判断されれば、所定の時間を経過させた後に、再びS18へと戻る。
 S18の工程において、過充電対策処理部702は、全てのSOCが過充電基準値よりも小さいと判断されれば、AC-DC変換回路50の作動を開始させ(S19)、その後に第1スイッチ回路402をオンし(S20)、その後にAC-DC変換回路50の作動を停止させる(S22)。これにより、再び、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電される。S22の工程の後は、S24へと進む。
 S24の工程において、過放電対策処理部704は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCを取得し、それらのSOCのうち少なくとも1つが過放電基準値よりも小さいと判断すれば、AC-DC変換回路50の作動を開始させ(S26)、その後に第2スイッチ回路406をオフする(S28)。これにより、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cからDC負荷80に放電電力が供給されないため、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの過放電を防止することができる。S28の工程の後は、S30へと進む。
 S24の工程において、過放電対策処理部704がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの全てのSOCが過放電基準値よりも大きいと判断したときは、再び最初のスタート処理へと戻る処理を行なうリターン処理へと進む。
 S30の工程では、過放電対策処理部704は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCを取得し、全てのSOCが過放電基準値よりも大きいか否かを判断する(S30)。S30の工程において、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの少なくとも1つのSOCが過放電基準値よりも小さいと判断すれば、所定の時間が経過した後、再びS30へと戻る。
 S30の工程において、過放電対策処理部704は、全てのSOCが過放電基準値よりも大きいと判断すれば、第2スイッチ回路406をオンし(S32)、その後にAC-DC変換回路50の作動を停止させる(S34)。S34の工程の後は、リターン処理へと進む。これにより、再び、リチウムイオン二次電池30からDC負荷80に放電電力が供給される。
 上記のように、電力供給システム10によれば、太陽電池モジュール20の発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電され、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電電力となってDC負荷80に供給される。このとき、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が大きい場合に余剰電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が増加(充電)し、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が小さい場合に不足電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が減少(放電)する。また、主電力経路1から供給される放電電力ではDC負荷80の要求電力を満たすことができないときに、AC-DC変換回路50から出力される直流電力が補助電力経路2を介してDC負荷80に供給される。したがって、電力供給システム10によれば、太陽電池モジュール20によって発電された発電電力等のエネルギを有効に活用することができる。
 また、電力供給システム10によれば、過充電対策処理部702は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCが過充電基準値よりも大きくなるときに、第1スイッチ回路402をオフすることで過充電を防止することができる。そして、過充電対策処理部702は、上記第1スイッチ回路402をオフする場合には、AC-DC変換回路50の作動を開始させてから第1スイッチ回路402をオフしている。また、過充電対策処理部702は、第1スイッチ回路402をオンする場合には、AC-DC変換回路50の作動を開始させてから第1スイッチ回路402をオンしている。したがって、電力供給システム10は、第1スイッチ回路402のオンオフ切替を行う場合であっても、主電力経路1と補助電力経路2の両方からDC負荷80に電力供給されている重複期間を有しているため、切り替えの際にDC負荷80への電力供給が途絶えてしまうことを防止することができる。ここで、第1スイッチ回路402をオフする前にAC-DC変換回路50を作動させる理由について詳説する。電力供給システム10において、例えば、第1スイッチ回路402及び第2スイッチ回路406が共にオンされ、太陽電池モジュール20の発電量が多く余剰電力が発生し、太陽電池モジュール20の発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cへ充電される状態であるときに、第1スイッチ回路402がオフされると、DC負荷80への電力供給のためにリチウムイオン二次電池30a,30b,30cからDC負荷80へ放電される状態となるように状態遷移が必要である。このとき、当該状態遷移の応答性が低い場合には、太陽電池モジュール20及びリチウムイオン二次電池30a,30b,30cのいずれからも電力供給されず、DC負荷80への電力供給が断たれる可能性がある。これを防止するために、第1スイッチ回路402をオフする前にAC-DC変換回路50を作動させている。これにより、上記状態遷移の応答性が低い場合であっても少なくとも系統電源90からDC負荷80に対して安定して電力供給することができる。なお、このような傾向は、遷移直前のリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの充電量が大きいほど、遷移直後のリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電量が大きいほど顕著であるため、上記の措置は好適な対応であると言える。また、このような傾向は、太陽電池モジュール20の発電電力の変動が大きいほど、DC負荷80の要求電力の変動が大きいほど顕著であるため、上記の措置は好適な対応であると言える。
 さらに過放電対策処理部704は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCが過放電基準値よりも小さくなるときに、第2スイッチ回路406をオフすることで、過放電を防止することができる。そして、過放電対策処理部704は、上記第2スイッチ回路406をオフする場合には、AC-DC変換回路50の作動を開始させてから第2スイッチ回路406をオフしており、その後再び第2スイッチ回路406をオンする場合には、第2スイッチ回路406をオンしてからAC-DC変換回路50の作動を停止させている。したがって、電力供給システム10は、第2スイッチ回路406のオンオフ切替を行う場合であっても、主電力経路1と補助電力経路2の両方からDC負荷80に電力供給されている重複期間を有しているため、切り替えの際にDC負荷80への電力供給が途絶えてしまうことを防止することができる。
 また、上記電力供給システム10では、制御部70は、第1スイッチ回路402をオンする前に、及び、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオフする前にAC-DC変換回路50を作動させ、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオンしてからAC-DC変換回路50を停止するものとして説明したが、常時作動させておいてもよい。
 ここで、上記電力供給システム10では、制御部70は、第1スイッチ回路402をオンする前に、及び、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオフする前にAC-DC変換回路50を作動させるものとして説明したが、確実にAC-DC変換回路50が作動していることを確認した上で第1スイッチ回路402をオンする、及び、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオフすることが好適である。なぜなら、AC-DC変換回路50からの出力電力が十分でない場合にはDC負荷80への電力供給が不足することがあるからである。なお、確実にAC-DC変換回路50が作動していることを確認する方法としては、例えば、AC-DC変換回路50の出力電圧等によってAC-DC変換回路50の動作状況を確認することができる。そして、AC-DC変換回路50の動作状況を確認することに加え、確実にAC-DC変換回路50が動作していると判断できる所定時間を求め、AC-DC変換回路50が作動しているかどうかに関わらず、当該所定時間が経過した後に第1スイッチ回路402をオンする、及び、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオフすることが好適である。これにより、AC-DC変換回路50が作動しているにも関わらず何らかの不具合によってAC-DC変換回路50の作動が確認できない場合、又はAC-DC変換回路50が作動していないことが原因でAC-DC変換回路50の作動が確認できない場合であっても第1スイッチ回路402をオンする、及び、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオフすることでリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの過充電・過放電等を防止することができる。
 また、上記電力供給システム10では、制御部70は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCが小さくなったときに第2スイッチ回路406をオフさせ、その第2スイッチ回路406のオフの直前にAC-DC変換回路50を作動させるものとして説明したが、過充電基準値よりも小さく過放電基準値よりも大きい基準値(例えば、40%として設定される)よりも小さくなったときに作動させるものとしてもよい。
 さらに、上記電力供給システム10では、制御部70は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCが大きくなったときに第1スイッチ回路426をオフさせ、スイッチ回路426のオフの直前にAC-DC変換回路50を作動させるものとして説明したが、過放電基準値よりも大きく過充電基準値よりも小さい基準値(例えば、60%として設定される)よりも大きくなったときに作動させるものとしてもよい。
 また、上記では、制御部70は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのSOCに応じてスイッチ回路402,406をオンオフするものとして説明したが、もちろんその他の情報に基づいて制御してもよい。例えば、電力供給システム10に接続される負荷の要求電力に基づいて、スイッチ回路402,406をオンオフ制御することも可能である。
 次に、電力供給システム11について説明する。図3は、電力供給システム11を示す図である。ここで、電力供給システム11と電力供給システム10は、ほぼ同様の構成を有し、その相違点は出力端子部110であるため、出力端子部110を中心に説明する。
 出力端子部110は、第1ダイオード114と、第2ダイオード112と、共通出力端子116とを含んで構成される。出力端子部110は、主電力経路1を流れる放電電力と補助電力経路2を流れる系統直流電力を1つの共通出力端子116からDC負荷80に出力させる機能を有する。
 第1ダイオード114は、アノード端子が主電力経路出力側端子4と接続され、カソード端子が第2ダイオード112のカソード端子と共通出力端子116とに接続される。
 第2ダイオード112は、アノード端子が補助電力経路出力側端子5と接続され、カソード端子が第1ダイオード114のカソード端子と共通出力端子116とに接続される。
 上記電力供給システム11によれば、太陽電池モジュール20の発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電され、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電電力となってDC負荷80に供給される。このとき、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が大きい場合に余剰電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が増加(充電)し、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が小さい場合に不足電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が減少(放電)する。また、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの出力電圧、換言すれば、主電力経路1の電位が補助電力経路2の電位よりも高いときは、主電力経路1から第1ダイオード114を介してDC負荷80に電力が供給される。そして、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電が継続することで、主電力経路1の電位が補助電力経路2の電位より低くなったときに、主電力経路1の代わりに補助電力経路2から第2ダイオード112を介してDC負荷80に電力が供給される。これにより、主電力経路1を流れる放電電力ではDC負荷80の要求電力を満たすことができない場合に、AC-DC変換回路50の直流電力が補助電力経路2を介してDC負荷80に供給される。したがって、電力供給システム11によれば、太陽電池モジュール20によって発電された電力等のエネルギを有効に活用することができる。
 次に、電力供給システム12について説明する。図4は、電力供給システム12を示す図である。ここで、電力供給システム12と電力供給システム10は、ほぼ同様の構成を有し、その相違点は出力端子部100と制御部72の出力切替処理部708が設けられている点だけであるため、出力端子部100と制御部72の出力切替処理部708を中心に説明する。
 出力端子部100は、制御部72の制御によって、共通出力端子103の入力側の接続先を主電力経路出力側端子4と、補助電力経路出力側端子5のいずれか一方に切り替える機能を有する。
 制御部72の出力切替処理部708は、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの全てのSOCが過放電基準値よりも大きい場合には、共通出力端子103の入力側の接続先を主電力経路出力側端子4に接続する。また、出力切替処理部708は、リチウムイオン二次電池30の少なくとも1つのSOCが過放電基準値よりも小さい場合には、共通出力端子103の入力側の接続先を補助電力経路出力側端子5に接続する。さらに、出力切替処理部708は、第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406のオフの必要が生じた際に補助電力経路出力側端子5に接続し、再び第1スイッチ回路402又は第2スイッチ回路406をオンする際に主電力経路出力側端子4に接続する。
 上記電力供給システム12によれば、太陽電池モジュール20の発電電力がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電され、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電電力となってDC負荷80に供給される。このとき、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が大きい場合に余剰電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が増加(充電)し、DC負荷80の要求電力に比べて太陽電池モジュール20の発電電力が小さい場合に不足電力分だけリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの蓄電量が減少(放電)する。また、主電力経路1を流れる放電電力ではDC負荷80の要求電力を満たすことができないときに、AC-DC変換回路50の直流電力が補助電力経路2を介してDC負荷80に供給される。したがって、電力供給システム12によれば、太陽電池モジュール20によって発電された電力等のエネルギを有効に活用することができる。
 また、電力供給システム10,11,12によれば、主電力経路1を介して流れる放電電力と補助電力経路2を介して流れる直流電力とを1つの共通出力端子6,103,116からDC負荷80に供給することができる。これにより、共通出力端子6,103,116とDC-DC変換回路60とをそれぞれ一本の電力線で接続することが可能となる。したがって、DC負荷80が電力供給システム10,11,12から離れた場所に配置されていた場合でも、電力供給システム10,11,12からの配線数を削減できる。さらに、DC-DC変換回路60をDC負荷80の近傍に配置して電力配線が長くなる場合により顕著となる、配線内における電力損失を抑制できるため、DC負荷80に好適な電圧での電力供給が可能になる。
 次に、電力供給システム10の変形例である電力供給システム10aについて説明する。図5は、電力供給システム10aを示す図である。ここで、電力供給システム10aと電力供給システム10は、ほぼ同様の構成を有し、その相違点は、AC-DC変換回路51と、第3スイッチ回路52とを有する点であるため、当該相違点を中心に説明する。
 AC-DC変換回路51は、交流電力供給源として機能する系統電源90から供給される交流電力を直流電力に変換し、所定の電流値(例えば、10A)の電流を出力可能な電力変換回路である。そして、AC-DC変換回路51は、入力端子が系統電源90と接続され、出力端子が第3スイッチ回路52の一方側端子に接続される。なお、AC-DC変換回路51から出力される電流値は、図示しない電流計によって測定される。
 第3スイッチ回路52は、一方側端子がAC-DC変換回路51の出力端子に接続され、他方側端子が太陽電池モジュール20の出力端子と第1スイッチ回路402の一方側端子とに接続されるスイッチである。第3スイッチ回路52は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)を用いて構成することができ、この場合、他方側端子にカソード端子が接続され、一方側端子にアノード端子が接続される寄生ダイオードが形成される。このとき、第3スイッチ回路52は、AC-DC変換回路51から出力される電流値が所定の閾値(例えば、4A)よりも大きいときにオンし、当該所定の閾値よりも小さいときにオフする機能を有する。なお、所定の閾値の求め方については後述する。
 上記構成の電力供給システム10aの作用について説明する。電力供給システム10aにおいて、太陽電池モジュール20の発電電力をリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電する場合には、制御部70の制御によって第1スイッチ回路402をオンする。なお、系統電源90を用いてリチウムイオン二次電池30a,30b,30cに充電する場合には第3スイッチ回路52をオンする。
 ところで、AC-DC変換回路51は、出力側に外部から電圧をかけると逆電流が流れる構成となっている。そして、第1スイッチ回路402にFET(太陽電池モジュール20側がカソード端子、リチウムイオン二次電池30a,30b,30c側がアノード端子の寄生ダイオード)を用いた場合、あるいは、太陽電池モジュール20からの充電可能である時間帯など第1スイッチ回路402がオンになっている状態で太陽電池モジュール20の発電がない場合に、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cからAC-DC変換回路51側へ逆電流がスイッチ回路41a,41b,41cの寄生ダイオードやスイッチ回路41a,41b,41cを介して流れうる。その結果、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから意図しない放電があり必要なときにDC負荷80への放電ができないことがある。
 また、太陽電池モジュール20の発電時にもAC-DC変換回路51側への逆電流があり、太陽電池モジュール20の発電量を有効に利用することができない。さらに、第1スイッチ回路402がオフになった場合、太陽電池モジュール20の特性によりAC-DC変換回路51の出力側に大きな逆電流あるいは高電圧がかかるためにAC-DC変換回路51を破損させる可能性がある。
 そこで、例えば、第3スイッチ回路52の代わりにAC-DC変換回路51側をアノード端子、第1スイッチ回路402側をカソード端子となるようにダイオードを設置することなどが考えられる。しかし、この場合、AC-DC変換回路51からの充電時にダイオード内でのロスが常時起ることになる。そこで、AC-DC変換回路51側への逆電流がないことをAC-DC変換回路51側からの電流値が所定の閾値よりも大きいかどうかで判断し、第3スイッチ回路52をオンにする。ここで、第1スイッチ回路402がオフになった場合に太陽電池モジュール20からの発電電流がAC-DC変換回路51側に逆流しないように所定値の閾値を定めることが望ましい。この部分について以下により詳細に説明する。
 AC-DC変換回路51はリチウムイオン二次電池30a,30b,30cが過充電とならないように出力電圧の最大値をリチウムイオン二次電池30a,30b,30cの許容最大電圧に設定することが望ましい。一方、太陽電池モジュール20においては電流電圧特性から、例えば太陽電池モジュール20の最大出力動作電圧の60~80%=リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの許容最大電圧となるような太陽電池モジュール20を選択することが望ましい。AC-DC変換回路51の最大出力電圧に対して、太陽電池モジュール20の出力電圧が高くなった場合にAC-DC変換回路51への逆電流が生じるが、この際の太陽電池モジュール20の電流は太陽電池モジュール20の電流電圧特性により定まる。そして、太陽電池モジュール20からとAC-DC変換回路51からの充電電流が生じているときに第1スイッチ回路402がオフになった場合、太陽電池モジュール20からの発電電流がAC-DC変換回路51側に流れようとすることを考慮すると閾値は、AC-DC変換回路51の最大電圧における太陽電池モジュール20の定格電流以上とすることが望ましい。この場合、太陽電池モジュール20からの逆電流が生じた場合でも直ちにAC-DC変換回路51側への逆電流は生じにくい。実際には第3スイッチ回路52のオフの感度・即応性が高い場合には上記定格電流よりも下げることは可能である。具体的には、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの許容最大電圧等を考慮して、ここでは、例えば、4Aを閾値としている。
 上記のように、電力供給システム10aの構成によれば、AC-DC変換回路51から出力される電流値が所定の閾値(例えば、4A)よりも小さくなったときに、第3スイッチ回路52はオフする。これにより、太陽電池モジュール20あるいはリチウムイオン二次電池30a,30b,30cからAC-DC変換回路51側に対して電流が逆流するような動きがあった場合には、第3スイッチ回路52はオフされている。つまり、電力供給システム10aの構成によれば、太陽電池モジュール20あるいはリチウムイオン二次電池30a,30b,30cからAC-DC変換回路51への逆電流を防止することができる。
 次に、電力供給システム11の変形例である電力供給システム11a及び電力供給システム12の変形例である電力供給システム12aについて説明する。図6は、電力供給システム11aを示す図である。図7は、電力供給システム12aを示す図である。ここで、電力供給システム11aと電力供給システム11は、ほぼ同様の構成を有し、その相違点はAC-DC変換回路51と、第3スイッチ回路52とを有する点である。また、電力供給システム12aと電力供給システム12は、ほぼ同様の構成を有し、その相違点はAC-DC変換回路51と、第3スイッチ回路52とを有する点である。そして、電力供給システム11a及び電力供給システム12aのAC-DC変換回路51と、第3スイッチ回路52は、電力供給システム10aのAC-DC変換回路51と、第3スイッチ回路52と同一のものであるため詳細な説明は省略する。
 上記のように、電力供給システム11a,12aは、電力供給システム10aのAC-DC変換回路51と、第3スイッチ回路52と同一構成を有しているため、系統電源90からの交流電力を直流電力に変換して、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cに供給することができる。電力供給システム11a,12aの構成によれば、AC-DC変換回路51から出力される電流値が所定の閾値(例えば、4A)よりも小さくなったときに、第3スイッチ回路52はオフする。これにより、太陽電池モジュール20あるいはリチウムイオン二次電池30a,30b,30cからAC-DC変換回路51側に対して電流が逆流するような動きがあった場合には、第3スイッチ回路52はオフされている。つまり、電力供給システム11a,12aの構成によれば、太陽電池モジュール20あるいはリチウムイオン二次電池30a,30b,30cからAC-DC変換回路51への逆電流を防止することができる。
 なお、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aのうち、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cに含まれる制御回路等、切替装置40及び制御部70,72等の電力を必要とする各要素には、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aのシステム全体の電力を供給するシステム動作電源部から電力が供給されている。ここで、システム動作電源部は、太陽電池モジュール20からの発電電力、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cからの放電電力、系統電源90からの系統電力を用いて出力電力を生成する電源装置である。そして、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aのうち、AC-DC変換回路50については、システム動作電源部の代わりに系統電源90からの系統電力によって動作しており、システム動作電源部とは切り離されている。これにより、システム動作電源部からの電力供給が停止してシステムがダウンするような場合であっても、系統電源90から供給される系統電力によって動作するAC-DC変換回路50は、安定して作動しているため、DC負荷80に対して安定して電力を供給することができる。
 また、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aのうち、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから供給される放電電力の最大値は、例えば、1.5kWである。一方、AC-DC変換回路50から供給される電力の最大値は、例えば、3kWであり、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから供給される電力値の2倍である。そして、例えば、DC負荷80として1.5kWを要求電力とする電子機器が接続されれば、DC負荷80に対して、リチウムイオン二次電池30a,30b,30c及びAC-DC変換回路50の両方から電力の供給が可能である。しかしながら、DC負荷80として、例えば3kWを要求電力とする電子機器が接続された場合に、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの放電電力では電力が不足するため、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cからの放電を停止するために第2スイッチ回路406がオフされてDC負荷80に対してはAC-DC変換回路50から電力が供給されることとなる。これにより、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから供給される放電電力の最大規格電力値を抑制しつつ、DC負荷80がリチウムイオン二次電池30a,30b,30cから供給される電力値よりも大きい電力値を要求電力とする電子機器が接続された場合であっても、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから系統電源90へと電力供給源が切り替わることで安定して電力を供給することができる。なお、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cから供給される放電電力の最大規格電力値を抑制することで、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの寿命を延ばすことができる。これにより、DC負荷80の使用の許容範囲が広まるだけでなく長期利用が可能なシステムが作成できる。
 また、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aにおいて、第1スイッチ回路402は、過充電を保護するためのスイッチとして機能し、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cに対して共通に設けられるものとして説明したが、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのそれぞれに対してスイッチ回路を設けてもよく、例えば、それぞれスイッチ回路41a,41b,41cと直列に接続して設けられてもよい。また、第2スイッチ回路406は、過放電を保護するためのスイッチとして機能し、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cに対して共通に設けられるものとして説明したが、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cのそれぞれに対してスイッチ回路を設けてもよく、例えば、それぞれスイッチ回路41a,41b,41cと直列に接続して設けられてもよい。また、上述したスイッチ回路41a,41b,41cを逆向きの寄生ダイオードとなるような2つのFETを用いてもよい。また、上述した第3スイッチ回路52を太陽電池モジュール20側にも設けるものとしてもよい。
 なお、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aにおいて、第1スイッチ回路402の一方側端子に接続されるのは太陽電池モジュール20であるものとして説明したが、もちろん、その他の充電器であってもよい。例えば、図8に示されるように、交流電力供給源として機能する系統電力21が第1スイッチ回路402の一方側端子に接続されるものとしてもよい。
 なお、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aにおいて、DC負荷80へのバックアップ用としての電力の供給は、系統電源90を用いるものとして説明したが、もちろん、その他の電力供給源を用いてもよい。例えば、リチウムイオン二次電池30a,30b,30cの一部をバックアップ用の電力供給源として用いてもよい。また、電力供給システム10,10a,11,11a,12,12aに接続される負荷はDC負荷80であるものとして説明した。しかし、DC-DC変換回路60の代わりにDC-AC変換回路を用いることで、DC負荷80の代わりにAC負荷を接続することができる。
 1 主電力経路、2 補助電力経路、4 主電力経路出力側端子、5 補助電力経路出力側端子、6,103,116 共通出力端子、7,100,110 出力端子部、8 DC負荷、10,10a,11,11a,12,12a 電力供給システム、20 太陽電池モジュール、25a,25b,25c ブレーカ部、30a,30b,30c リチウムイオン二次電池、40 切替装置、50,51 AC-DC変換回路、52 スイッチ回路、53 ダイオード、60 DC-DC変換回路、70,72 制御部、80 DC負荷、21,90 系統電力、112 第2ダイオード、114 第1ダイオード、402 第1スイッチ回路、404 並列処理回路部、406 第2スイッチ回路、702 過充電対策処理部、704 過放電対策処理部、706 充放電切替処理部、708 出力切替処理部、41a,41b,41c スイッチ回路、42a,42b,42c 抵抗素子。

Claims (6)

  1.  充電器、蓄電池及び負荷を接続してなり、
     前記充電器から前記蓄電池及び前記負荷への電力供給経路を接続又は遮断する第1スイッチ回路と、
     前記充電器及び前記蓄電池から前記負荷への電力供給経路を接続又は遮断する第2スイッチ回路と、
     前記蓄電池の状態を取得し、前記蓄電池の状態に応じて前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路を制御する制御部とを有する充放電回路。
  2.  請求項1に記載の充放電回路において、
     前記充電器から前記蓄電池への電力供給を行う充電モードと、前記蓄電池から前記負荷への電力供給を行う放電モードと、前記充電器及び前記蓄電池から前記負荷への電力供給を行う充放電モードとを含む複数の動作モードを備え、
     前記制御部は、前記動作モードが前記充放電モードに遷移するよう前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオンし、
     前記動作モードが前記放電モードに遷移するよう前記第1スイッチ回路をオフするとともに、前記第2スイッチ回路をオンし、
     前記動作モードが前記充電モードに遷移するよう前記第1スイッチ回路をオンするとともに、前記第2スイッチ回路をオフする充放電回路。
  3.  請求項2に記載の充放電回路において、
     電力源からの電力を前記負荷に供給するための電力供給回路をさらに有し、
     前記制御部は、前記動作モードの遷移前に前記電力供給回路を作動するよう制御する充放電回路。
  4.  請求項3に記載の充放電回路において、
     前記制御部は、前記電力供給回路の作動を確認した後に、前記動作モードの遷移を行う充放電回路。
  5.  請求項4に記載の充放電回路において、
     前記制御部は、予め定められた所定の時間内に前記電力供給回路の作動が確認できなかった場合に、前記動作モードの遷移を行う充放電回路。
  6.  請求項1から請求項5のいずれか1に記載の充放電回路において、
     前記充電器は、光電変換装置である充放電回路。
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