WO2013005804A1

WO2013005804A1 - スイッチング装置

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Publication number: WO2013005804A1
Application number: PCT/JP2012/067218
Authority: WO
Inventors: 久保　守
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-01-10

Abstract

　蓄電ユニット（２）と太陽電池ユニット（１）との間に直列にスイッチ（ＳＷ１）を設けると共に、太陽電池ユニット（１）の出力端子間にスイッチ（ＳＷ２）を設ける。スイッチ（ＳＷ３）をオンにして蓄電ユニット（２）の出力をインバータ（３）に接続した後、スイッチ（ＳＷ２）をオンにして太陽電池ユニット（１）の出力端子間を短絡してからスイッチ（ＳＷ１）をオンにする。その後、スイッチ（ＳＷ２）をオフにする。

Description

スイッチング装置

　本発明は、スイッチの状態を制御するスイッチング装置に関する。

　図７に、太陽電池ユニット９０１、蓄電ユニット９０２及びインバータ９０３を備えた従来の電力システムの概略構成図を示す。太陽電池ユニット９０１の出力端子は、スイッチ９０４及びダイオード９０５を介して蓄電ユニット９０２の出力端子に接続されると共にインバータ９０３の入力端子に接続されている。インバータ９０３は、自身の入力端子に供給された直流電圧を三相の交流電圧に変換して、該交流電圧を自身に接続された負荷ＬＤに供給する。

　スイッチ９０４がオフであるときには、蓄電ユニット９０２の出力直流電力のみがインバータ９０３に供給されるが、スイッチ９０４がオンであるときには、太陽電池ユニット９０１の出力直流電力、又は、太陽電池ユニット９０１及び蓄電ユニット９０２の出力直流電力がインバータ９０３に供給される。スイッチ９０４がオンであって且つ負荷ＬＤへの供給電力が太陽電池ユニット９０１の発電電力に対して相対的に小さい場合、太陽電池ユニット９０１の発電電力に基づく交流電力にて負荷ＬＤが駆動され、太陽電池ユニット９０１の発電電力の一部にて蓄電ユニット９０２が充電される。スイッチ９０４がオンであって且つ負荷ＬＤへの供給電力が太陽電池ユニット９０１の発電電力に対して相対的に大きい場合、蓄電ユニット９０２は放電を行い、太陽電池ユニット９０１の発電電力及び蓄電ユニット９０２の放電電力に基づく交流電力にて負荷ＬＤが駆動される。特に、夜間などにおいては、蓄電ユニット９０２の放電電力のみに基づく交流電力にて負荷ＬＤが駆動されうる。

　スイッチ９０４がオンであるときに太陽電池ユニット９０１の出力電力にて蓄電ユニット９０２を満充電状態まで充電することができるように、太陽電池ユニット９０１及び蓄電ユニット９０２が設計されている。この設計に従い、太陽電池ユニット９０１の開放出力電圧、即ちスイッチ９０４がオフであるときの太陽電池ユニット９０１の出力電圧は、蓄電ユニット９０２の満充電電圧よりも高く設定されている。

　図７のように構成された電力システムにおいて、太陽電池ユニット９０１と蓄電ユニット９０２との接続は、スイッチ９０４のオンによって実現される。しかしながら、図７の電力システムにおいてスイッチ９０４をオフからオンに切り替えると、瞬時ではあるが、蓄電ユニット９０２の許容電圧（蓄電ユニット９０２に劣化等を及ぼすことなく蓄電ユニット９０２に印加することのできる電圧の最大値）を超える太陽電池ユニット９０１の開放出力電圧が蓄電ユニット９０２に加わり、蓄電ユニット９０２の劣化が加速するおそれがある或いは安全性が低下するおそれがある。

　この点に関し、太陽電池ユニット９０１の出力側に定電圧装置やＤＣ／ＤＣコンバータを設けるようにすれば、許容電圧を超えるような高電圧が蓄電ユニット９０２に印加されることを回避することができる（例えば下記特許文献１及び２参照）。

　尚、下記特許文献３には、太陽電池パネルの出力端子間に跨って短絡手段を設け、太陽電池パネルを屋外に設置して該パネルに対する電気的な接続を終えた後に上記短絡手段に外力を与えて開成する方法、及び、太陽電池パネルの出力端子に対して直列に接続スイッチを設け、太陽電池パネルを屋外に設置して該パネルに対する電気的な接続を終えた後に上記接続スイッチに外力を与えて閉成する方法が開示されている。また、下記特許文献４には、太陽電池を二次電池と短絡回路のどちらかに選択的に接続する手動スイッチが示されている（特許文献４の図２参照）。

特開２００９－２３２６５７号公報特開２０１１－８３０５８号公報特開平４－２１９９８２号公報特開昭６１－１４１１８４号公報

　上述したように、定電圧装置やＤＣ／ＤＣコンバータの挿入によって、高電圧印加による蓄電ユニット９０２の劣化等を回避することができるが、定電圧装置やＤＣ／ＤＣコンバータの挿入は、電力システムにおける損失及びコストを増大させるため、回避された方が好ましい。尚、特許文献３の方法は、パネル接続作業時に利用される技術であり、蓄電ユニット９０２の劣化等の回避を図ったものではない。また、特許文献４の方法では、手動スイッチの切り替えによって太陽電池を二次電池に接続する際、瞬間的に太陽電池の開放出力電圧が二次電池に加わるため好ましくない。

　そこで本発明は、蓄電部の劣化等を招くことなく簡素な構成にて蓄電部と電力源（太陽電池から成る電力源）との接続を実現するスイッチング装置を提供することを目的とする。

　本発明に係るスイッチング装置は、二次電池から成る蓄電部と太陽電池から成る電力源との間に直列に介在する第１スイッチと、前記電力源の一対の出力端子間に介在する第２スイッチと、前記第１及び第２スイッチの状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１及び第２スイッチがオフである状態を起点として前記電力源と前記蓄電部を接続する際、前記第２スイッチをオンにして前記一対の出力端子間を短絡してから前記第１スイッチをオンし、その後、前記第２スイッチをオフにすることを特徴とする。

　本発明によれば、蓄電部の劣化等を招くことなく簡素な構成にて蓄電部と電力源（太陽電池から成る電力源）との接続を実現するスイッチング装置を提供することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る電力システムの全体的な概略構成図である。本発明の第１実施形態に係り、太陽電池ユニットの出力端子間電圧の変化と各スイッチの状態変化とを示す図である。本発明の第１実施形態に係り、太陽電池ユニットに用いることのできる太陽電池モジュールの出力電圧及び出力電流間の関係を示す図である。本発明の第１実施形態に係るＰＷＭ信号の例を示す図である。本発明の第２実施形態に係る電力システムの全体的な概略構成図である。図５の電力システムと対比される電力システムの参考構成図である。従来の電力システムの概略構成図である。

　以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

＜＜第１実施形態＞＞
　本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る電力システムの全体的な概略構成図である。電力システムは、図１に示される部位の全て又は一部を含んで形成される。

　太陽電池ユニット１は、光エネルギを起電力に変換する１以上の太陽電池モジュールから成り、直流電力を出力する電力源として機能する。太陽電池ユニット１は、一対の出力端子１_Ａ及び１_Ｂを有し、太陽光に基づく発電電力を出力端子１_Ａ及び１_Ｂを介して出力する。太陽電池ユニット１の発電電力による、太陽電池ユニット１の出力直流電圧は、負側の出力端子１_Ｂの電位を基準として出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間に印加される。出力端子１_Ｂの電位を基準とした、出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間の電圧を記号Ｖ_１にて表す。

　蓄電ユニット２は、１以上の二次電池から成る蓄電部を備える。蓄電ユニット２を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。蓄電ユニット２を形成する二次電池の個数は１でも良いが、本実施形態では、蓄電部が直列接続された複数の二次電池から成るものとする。但し、蓄電ユニット２に含まれる二次電池の一部又は全部は、並列接続された複数の二次電池であっても良い。蓄電ユニット２において、直列接続された複数の二次電池の内、最も高電位側に位置する二次電池の正極は蓄電ユニット２の正側の出力端子２_Ａに接続され、最も低電位側に位置する二次電池の負極は蓄電ユニット２の負側の出力端子２_Ｂに接続される。従って、蓄電ユニット２の充電及び放電は、１対の出力端子２_Ａ及び２_Ｂを介して成される。尚、放電及び充電とは、特に記述なき限り蓄電ユニット２内の二次電池の放電及び充電を意味する。

　インバータ（電力変換部）３は、一対の入力端子３_Ａ及び３_Ｂを有し、負側の入力端子３_Ａの電位を基準として入力端子３_Ａ及び３_Ｂ間に印加された直流電圧を三相の交流電圧に変換する。制御部１１の制御の下で、インバータ３内の複数のスイッチング素子のスイッチングが成され、これによって所望の三相交流電圧が得られる。インバータ３が生成した三相交流電圧は、インバータ３の出力端子から出力される。インバータ３の出力端子は、連系配線を介して、三相の商用交流電力を生成及び出力する電力系統１２に接続され、インバータ３及び電力系統１２間で系統連系が実現される。尚、インバータ３及び電力系統１２間にスイッチが介在していても良い。連系配線には負荷１３が接続され、負荷１３は、インバータ３の出力電力若しくは電力系統１２の出力電力、又は、それらの合成電力にて駆動する。負荷１３は、連系配線を介して供給される三相の交流電力にて駆動する三相負荷、及び、連系配線を介して供給される単相の交流電力にて駆動する単相負荷を含む。

　スイッチＳＷ１～ＳＷ４の夫々は、任意の種類の半導体スイッチング素子又は機械式スイッチング素子である。例えば、電界効果トランジスタ（Field-Effect　Transistor；以下、ＦＥＴという）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor；以下、ＩＧＢＴという）を用いて、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の夫々を形成することができる。太陽電池ユニット１の出力仕様にもよるが、特にスイッチＳＷ２については比較的大きな耐圧（例えば数１００Ｖ～１０００Ｖ強）が必要になることが多いため、ＩＧＢＴを用いてスイッチＳＷ２を形成しておくことが望ましい。

　スイッチＳＷ１～ＳＷ４の夫々は、第１及び第２導通端子と制御端子を備える。スイッチＳＷ１をＦＥＴにて形成する場合、スイッチＳＷ１において、ＦＥＴのドレイン及びソースの一方が第１導通端子に接続されて他方は第２導通端子に接続され、ＦＥＴのゲートが制御端子に接続される。スイッチＳＷ２～ＳＷ４についても同様である。スイッチＳＷ１をＩＧＢＴにて形成する場合、スイッチＳＷ１において、ＩＧＢＴのコレクタ及びエミッタの一方が第１導通端子に接続されて他方は第２導通端子に接続され、ＩＧＢＴのゲートが制御端子に接続される。スイッチＳＷ２～ＳＷ４についても同様である。

　スイッチＳＷ１及びＳＷ２の第１導通端子は出力端子１_Ａに共通接続され、スイッチＳＷ２の第２導通端子は、出力端子１_Ｂ、出力端子２_Ｂ及び入力端子３_Ｂに共通接続される。スイッチＳＷ１の第２導通端子はダイオード５のアノードに接続される。スイッチＳＷ３及びＳＷ４の第１導通端子は出力端子２_Ａに共通接続され、スイッチＳＷ３の第２導通端子は、入力端子３_Ａ及びダイオード５のカソードに共通接続される。スイッチＳＷ４の第２導通端子は、抵抗４を介して、スイッチＳＷ３の第２導通端子及びダイオード５のカソード間の接続点に接続される。コンデンサ６の正極は入力端子３_Ａに接続され、コンデンサ６の負極は入力端子３_Ｂに接続されている。

　このように、太陽電池ユニット１と蓄電ユニット２との間に直列に介在するスイッチＳＷ１と、太陽電池ユニット１の一対の出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間に介在するスイッチＳＷ２とが、図１の電力システムに設けられている。スイッチＳＷ３及び入力端子３_Ａ間を結ぶ配線と、出力端子１_Ｂ、出力端子２_Ｂ及び入力端子３_Ｂ間を結ぶ配線とから成る配線２１には、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の状態にもよるが、太陽電池ユニット１の出力電圧又は蓄電ユニット２の出力電圧が印加される。

　制御部１１は、マイクロコンピュータ等から成り、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の夫々の導通状態を制御すると共にインバータ３内の各スイッチング素子のスイッチングを制御する。制御部１１にて、蓄電ユニット２の状態（蓄電ユニット２の残容量、出力電圧、出力電流等）の監視が行われても良い。以下の説明において、スイッチＳＷ１のオンとは、スイッチＳＷ１の第１及び第２導通端子間が導通状態になることを意味し、スイッチＳＷ１のオフとは、スイッチＳＷ１の第１及び第２導通端子間が非導通状態（換言すれば遮断状態）になることを意味する。スイッチＳＷ２～ＳＷ４についても同様である。スイッチのオンをスイッチの閉成（クローズ）と読み替え、スイッチのオフをスイッチの開成（オープン）と読み替えてもよい。

　太陽電池ユニット１の発電状態にも依存するが、太陽電池ユニット１の開放出力電圧、即ちスイッチＳＷ１及びＳＷ２が共にオフであるときの太陽電池ユニット１の出力電圧は、蓄電ユニット２の満充電電圧よりも高い。故に、蓄電ユニット２が満充電状態になるまで、太陽電池ユニット１の出力電力にて蓄電ユニット２を充電することが可能である。太陽電池ユニット１の出力電力を蓄電ユニット２に入力したときに安全に蓄電ユニット２を満充電状態にまで充電することができるように、蓄電ユニット２の二次電池の直列数を設定しても良いし、蓄電ユニット２の満充電電圧を決定した後、それに合わせて太陽電池ユニット１を形成する太陽電池モジュールの直列数を設定してもよい。

　尚、満充電状態とは、電力システムの設計者（出願人及び発明者を含む）が定めた蓄電ユニット２の特定の状態を指す。蓄電ユニット２が満充電状態に至った後、更に蓄電ユニット２を安全に充電することができるかもしれないが、過充電に対する余裕を見て、設計者は満充電状態を定義することができる。満充電電圧とは、蓄電ユニット２が満充電状態にあるときの蓄電ユニット２の出力電圧（出力端子２_Ａ及び２_Ｂ間の電圧）を指す。

　太陽電池ユニット１と蓄電ユニット２を接続する際の、各スイッチのオン／オフ動作について説明する。スイッチＳＷ１～ＳＷ４が全てオフとされている初期状態を起点として考える。初期状態を基準として、まず、制御部１１は、スイッチＳＷ４をオフからオンに切り替えることにより、蓄電ユニット２の出力電流を突入電流抑制用の抵抗４を介してコンデンサ６に供給し、コンデンサ６の充電が完全に、殆ど又はある程度完了した後に、スイッチＳＷ３をオフからオンに切り替え、その後、スイッチＳＷ４をオフに戻す。この段階では、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の内、スイッチＳＷ３のみがオンとなっている。スイッチＳＷ１～ＳＷ４の内、スイッチＳＷ３のみがオンとなっている状態を、便宜上、状態ＳＴ１と呼ぶ。以下の説明では、特に記述なき限り、スイッチＳＷ３はオンに維持され且つスイッチＳＷ４はオフに維持されているものとする。状態ＳＴ１及び後述の状態ＳＴ２～ＳＴ４では、スイッチＳＷ３はオン且つスイッチＳＷ４はオフである（図２参照）。但し、状態ＳＴ１～ＳＴ４においてスイッチＳＷ４がオンであっても構わない。

　図２に、状態ＳＴ１を起点とした、出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間の電圧Ｖ_１の変化を示す。状態ＳＴ１では、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオフとなっているため、電圧Ｖ_１は、蓄電ユニット２の満充電電圧よりも高い太陽電池ユニット１の開放出力電圧と一致する。状態ＳＴ１において、仮にスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えると、瞬時ではあるが、蓄電ユニット２の許容電圧（蓄電ユニット２に劣化等を及ぼすことなく蓄電ユニット２に印加することのできる電圧の最大値）を超える高電圧が蓄電ユニット２に加わり、蓄電ユニット２の劣化が加速するおそれがある或いは安全性が低下するおそれがある。

　これを考慮し、制御部１１は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の導通状態を状態ＳＴ１から状態ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４へと順次遷移させる。状態ＳＴ２では、スイッチＳＷ１がオフ且つスイッチＳＷ２がオンであり、状態ＳＴ３では、スイッチＳＷ１及びＳＷ２が共にオンであり、状態ＳＴ４では、スイッチＳＷ１がオン且つスイッチＳＷ２がオフである。即ち、状態ＳＴ１を起点として、制御部１１は、まずスイッチＳＷ１及びＳＷ２の内、スイッチＳＷ２のみをオフからオンに切り替え、これによって状態ＳＴ１を状態ＳＴ２へと遷移させる。この後、制御部１１は、スイッチＳＷ１もオフからオンに切り替えることで状態ＳＴ２を状態ＳＴ３へと遷移させ、更にその後、スイッチＳＷ２をオンからオフに切り替えることで状態ＳＴ３を状態ＳＴ４へと遷移させる。電力システムにおいて、状態ＳＴ２を維持する時間の長さ及び状態ＳＴ３を維持する時間の長さを、予め設定しておくことができる。

　状態ＳＴ２及びＳＴ３では、スイッチＳＷ２がオンされることで太陽電池ユニット１の出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間が短絡され、これによって電圧Ｖ_１がゼロに近い電圧まで低下する。実際には、スイッチＳＷ２には内部抵抗が存在すると共に出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間の配線にも配線抵抗が存在するが、それらの内部抵抗及び配線抵抗がゼロであると仮定すると、状態ＳＴ２及びＳＴ３における電圧Ｖ_１はゼロである。尚、状態ＳＴ３ではスイッチＳＷ１がオンになっているが、蓄電ユニット２から太陽電池ユニット１に向かう電流の流れはダイオード５により阻止される。

　スイッチＳＷ１及びＳＷ３がオンである状態でスイッチＳＷ２がオンからオフへ切り替えられると、電圧Ｖ_１はゼロに近い電圧から急激に上昇するが、太陽電池ユニット１及び蓄電ユニット２間が接続されているため、電圧Ｖ_１の上昇は電池電圧（即ち、蓄電ユニット２の出力電圧）にて止まり、その後、電圧Ｖ_１は電池電圧と一致する（ここでは、説明の簡略化上、ダイオード５における電圧降下を無視）。

　以後、状態ＳＴ４において、インバータ３の出力電力に応じた蓄電ユニット２の充電又は放電動作が行われる。即ち、インバータ３の電力変換損失がゼロであると仮定した場合、インバータ３の出力電力が太陽電池ユニット１の出力電力を下回るときには、太陽電池ユニット１の出力電力に基づく交流電力がインバータ３から出力されると共に太陽電池ユニット１の出力電力に基づき蓄電ユニット２が充電され、インバータ３の出力電力が太陽電池ユニット１の出力電力を上回るときには、蓄電ユニット２は放電を行い、太陽電池ユニット１の出力電力及び蓄電ユニット２の放電電力に基づく交流電力がインバータ３から出力される。特に、夜間などにおいては、蓄電ユニット２の放電電力のみに基づく交流電力がインバータ３から出力されうる。

　図３に、太陽電池ユニット１に用いることのできる太陽電池モジュールの出力電圧及び出力電流間の関係を示す。図３の曲線ＶＩＣ_７５、ＶＩＣ_５０、ＶＩＣ_２５、ＶＩＣ_０は、夫々、当該太陽電池モジュールの周辺温度が７５℃、５０℃、２５℃、０℃であるときの当該関係を表している。太陽電池モジュールは出力電流及び出力電圧に依存して定まる動作点にて作動する。太陽電池モジュールの出力を短絡しても、太陽電池モジュールの出力電流は太陽電池モジュールの特性にて定まる一定値以上にはならず、また、太陽電池モジュール自体に悪影響を及ぼさない。

　電圧Ｖ_１がゼロならば、スイッチＳＷ２における損失もゼロである。しかしながら、実際には、スイッチＳＷ２に内部抵抗が存在するのでスイッチＳＷ２の損失はゼロではない。しかし、例えば、出力端子１_Ａ及び１_Ｂ間の短絡時の太陽電池ユニット１の出力電流が５．５Ａ（アンペア）である場合、スイッチＳＷ２の内部抵抗が１Ω（オーム）であっても、状態ＳＴ２及びＳＴ３におけるスイッチＳＷ２の損失は３０Ｗ程度であり、スイッチＳＷ２を無理なく半導体スイッチング素子にて形成できる。

　上述の回路構成及びスイッチのオン／オフ手順によれば、太陽電池ユニット１の出力側に定電圧装置やＤＣ／ＤＣコンバータを設けずとも、太陽電池ユニット１及び蓄電ユニット２の接続時に許容電圧を超える高電圧が蓄電ユニット２に加わることがなくなり、結果、蓄電ユニット２の劣化や電力システムの安全性低下を回避することができる。

　状態ＳＴ１～ＳＴ３を経て状態ＳＴ４に至った後、制御部１１は状態ＳＴ４を維持しておくことができるが、所定の条件下において、状態ＳＴ４を状態ＳＴ５へ遷移させることもできる。状態ＳＴ５では、スイッチＳＷ１及びＳＷ３がオンに維持され且つスイッチＳＷ４がオフに維持される一方で、スイッチＳＷ２の導通状態が周期的にオン及びオフを繰り返す。但し、状態ＳＴ５においてスイッチＳＷ４がオンであっても構わない。これにより、太陽電池ユニット１からスイッチＳＷ１の後段に対して出力される電力量を調整することが可能になる。

　状態ＳＴ５では、スイッチＳＷ２がオンである期間（以下、オン期間という）とスイッチＳＷ２がオフである期間（以下、オフ期間という）とが交互に訪れるように、制御部１１（例えば、制御部１１内に設けられた図示されないＰＷＭ信号部）がＰＷＭ信号を生成して該ＰＷＭ信号をスイッチＳＷ２の制御端子に出力する。図４は、ＰＷＭ信号の例である。オン期間及びオフ期間の合成期間を占める、オン期間の時間割合を、デューティと呼ぶ。

　例えば、太陽電池ユニット１が５ｋＷ（キロワット）の電力を出力可能である場合において、仮に、スイッチＳＷ１をオン且つスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフにすると共にデューティが６０％のＰＷＭ信号をスイッチＳＷ２に供給したならば、６０％のデューティにてスイッチＳＷ２の導通状態がオン及びオフ間で周期的に切り替えられ、５ｋＷ×６０％＝３ｋＷより、３ｋＷの電力が太陽電池ユニット１からインバータ３に供給される。

　状態ＳＴ５は、例えば、電力系統１２と太陽電池ユニット１とが系統連系している場合に有益である。系統連系が成される場合、電力系統１２から負荷１３に対する電力供給が行われるとともに、太陽電池ユニット１及び蓄電ユニット２の出力電力の内、少なくとも一方の出力電力も負荷１３に供給されるが、この際の状態ＳＴ５の利用例を説明する。

　具体例として、状態ＳＴ４において、太陽電池ユニット１が５ｋＷの電力を出力可能であって且つ負荷１３の消費電力が４ｋＷであり且つ蓄電ユニット２が満充電状態にあることを想定し、この想定の下、電力系統１２から負荷１３に対して１ｋＷの電力供給が行われることを考える。また、インバータ３の電力変換効率ηが９０％であると仮定する。尚、蓄電ユニット２に設けられたＳＯＣ検出部（不図示）は、公知の方法を用いて蓄電ユニット２のＳＯＣを検出し、検出したＳＯＣを制御部１１に伝達する。但し、ＳＯＣ検出部は、制御部１１に設けられていても良い。ＳＯＣ（state　of　charge）とは、蓄電ユニット２が満充電状態であるときの蓄電ユニット２の蓄電容量に対する、蓄電ユニット２の実際の残容量の割合を指す。制御部１１は、検出又は算出されたＳＯＣに基づき、蓄電ユニット２が満充電状態にあるのか否かを判断できる。

　制御部１１は、公知の方法を用いて、電力系統１２から負荷１３に対する電力供給量を調整することができる。この調整を、以下、電力供給調整という。電力供給調整を用いて電力系統１２から負荷１３への電力供給量を絞り込むことにより、電力系統１２の利用に関わる電気料金を節約することができる。ここでは、上述の如く、電力系統１２から負荷１３に対し１ｋＷの電力供給が行われるように電力供給調整が成されているとする。電力供給調整の実行中において、蓄電ユニット２が満充電状態にある場合、制御部１１は、太陽電池ユニット１の出力可能電力ＰＷ_１と負荷１３の消費電力に応じた電力ＰＷ_１３とに基づき、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の導通状態を状態ＳＴ４から状態ＳＴ５へと遷移させるか否かを判断する。電力ＰＷ_１３は、負荷１３の消費電力より、電力系統１２から負荷１３への供給電力を差し引いた電力である。具体的には、制御部１１は、電力（ＰＷ_１×η）が電力ＰＷ_１３よりも大きい場合、状態ＳＴ４から状態ＳＴ５への遷移を実行し、そうでない場合、その遷移を実行しない（状態ＳＴ４を維持する）。電力ＰＷ_１及びＰＷ_１３の値は、予め定められた、制御部１１にとっての既知データであってもよい。例えば、電力ＰＷ_１は、太陽電池ユニット１の定格出力電力であり、電力ＰＷ_１３は負荷１３の定格消費電力から所定電力量を減じて得た電力である。電力供給調整の実行期間中、制御部１１は、インバータ３から電力ＰＷ_１３が出力されるようにインバータ３を制御する。

　ここでは、ＰＷ_１＝５ｋＷ、η＝９０％、且つ、ＰＷ_１３＝４ｋＷ－１ｋＷ＝３ｋＷを想定しているため、電力（ＰＷ_１×η）＝４．５ｋＷは消費電力ＰＷ_１３＝３ｋＷよりも大きい。故に、制御部１１は、状態ＳＴ４から状態ＳＴ５への遷移を実行する。即ち、制御部１１は、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をオンに維持したままＰＷＭ信号をスイッチＳＷ２に出力する。この際、制御部１１は、ＰＷＭ信号のデューティをＰＷ_１、ＰＷ_１３及びηに基づき設定する。典型的には例えば、制御部１１は、“ＰＷ_１３／（ＰＷ_１×η）”をＰＷＭ信号のデューティに設定する。状態ＳＴ５において、“ＰＷ_１３／（ＰＷ_１×η）”のデューティを持つＰＷＭ信号をスイッチＳＷ２に供給すれば、太陽電池ユニット１から配線２１に供給される電力は全てインバータ３を介して負荷１３にて消費され、蓄電ユニット２には電流が流れない。

　上述の想定の下、電力供給調整の実行時に、仮に状態ＳＴ４を維持したならば、太陽電池ユニット１の出力電流の一部が蓄電ユニット２に流れて蓄電ユニット２が過充電に陥る可能性がある。状態ＳＴ４から状態ＳＴ５への遷移によって、このような過充電の発生は回避される。

　状態ＳＴ５において、雲の位置変化等に伴い太陽電池ユニット１の発電電力が低下した際には、太陽電池ユニット１の出力電力に加えて蓄電ユニット２の放電電力がインバータ３を介して負荷１３に供給される。即ち、スイッチＳＷ３のオンを維持しておくことで、太陽電池ユニット１の発電電力変動に対応することができる（太陽電池ユニット１の発電電力が変動した場合でも、必要な電力を負荷１３に供給し続けることができる）。尚、スイッチＳＷ３（及びＳＷ４）をオフすることによっても過充電の発生を回避することができるが、スイッチＳＷ３（及びＳＷ４）をオフすると、太陽電池ユニット１の発電電力変動に対応することができない。

＜＜第２実施形態＞＞
　本発明の第２実施形態を説明する。図５は、第２実施形態に係る電力システムの全体的な概略構成図である。電力システムは、図５に示される部位の全て又は一部を含んで形成される。

　図５の蓄電ユニット２は、図１の蓄電ユニット２と同じものである。ＰＣＳ（パワーコンディショニングシステム）１０３は、図１のインバータ３と同様のインバータを含み、蓄電ユニット２の放電による出力直流電力を三相の交流電力に変換し、得られた三相の交流電力を自身の出力端子群から出力する。制御部１０４は、ＰＣＳ１０３と共にパワーコンディショナを形成し、ＰＣＳ１０３による電力変換動作を制御する。

　ＰＣＳ１０３の出力端子群は、第１の連系点群１２１に接続され、連系点群１２１は三相分のスイッチから成るスイッチ群１１１を介して第２の連系点群１２２に接続されている。図５の電力系統１２は、図１の電力系統１２と同じものである。連系点群１２２は、商用交流電力を生成及び出力する電力系統１２に接続される。スイッチ群１１１を形成する各スイッチがオンとされているときには、電力系統１２の出力電力に応じた三相交流電圧が連系点群１２１及び１２２に現われる。制御部１０４は、スイッチ群１１１を形成する各スイッチのオン又はオフを切り替え制御することができる。

　スイッチ群１１２は、連系点群１２１又は１２２を択一的にＵＰＳ（Uninterruptible　Power　Supply）１０６の入力端子群に接続することで、連系点群１２１に加わる三相交流電圧又は連系点群１２２に加わる三相交流電圧を、択一的にＵＰＳ１０６に入力せしめる。

　制御部１０４は、公知の方法を用いて停電の発生（電力系統１２が連系点群１２２に対して電圧を出力していない状態の発生）を検出することができる。停電が発生していないとき、制御部１０４は、スイッチ群１１１を形成する各スイッチをオンにすることで連系点群１２１と連系点群１２２を接続すると共に、連系点群１２２がＵＰＳ１０６の入力端子群に接続されるようにスイッチ群１１２を制御する。ＵＰＳ１０６には、二次電池１０６Ａが搭載されており、停電の未発生時において連系点群１２２及びスイッチ群１１２を介して供給された電流により二次電池１０６Ａが充電される。

　ＵＰＳ１０６は、自身の入力端子群に供給された三相交流電圧から、制御部１０４の駆動電圧を生成し、該駆動電圧を制御部１０４に与える。停電の未発生時には連系点群１２２がＵＰＳ１０６の入力端子群に接続されるが、停電の発生を検出すると、制御部１０４は連系点群１２１がＵＰＳ１０６の入力端子群に接続されるようにスイッチ群１１２を制御すると共に連系点群１２１及び１２２間が遮断されるようにスイッチ群１１１を制御する。停電の発生後、これらのスイッチ群１１１及び１１２の制御を完了するまでに必要な電力（制御部１０４の駆動電力）は、二次電池１０６Ａにてまかなわれる、即ち二次電池１０６Ａを用いてＵＰＳ１０６から制御部１０４に供給される。

　停電が発生している期間中、蓄電ユニット２の出力電力のみに基づき、連系点群１２１に接続された負荷が駆動される。その負荷には、ＵＰＳ１０６及びＵＰＳ１０６に接続された制御部１０４が含まれ、更に、ＵＰＳ１０６及び制御部１０４以外の電気機器（不図示）が含まれうる。停電の発生後、時間の経過と共に蓄電ユニット２の放電が進行し、無制限に制御部１０４を駆動させたならば蓄電ユニット２が過放電に至ってしまう。そこで、制御部１０４は、蓄電ユニット２のＳＯＣに基づき、蓄電ユニット２が過放電に至る前にＰＣＳ１０３の動作を停止させる。即ち例えば、停電発生中において、蓄電ユニット２のＳＯＣが所定の基準値（例えば５％）以下になったとき、制御部１０４は、ＰＣＳ１０３の動作を停止させる。尚、第１実施形態で述べたように蓄電ユニット２内で検出されたＳＯＣが制御部１０４に伝達されても良いし、制御部１０４内でＳＯＣを算出するようにしても良い。

　ＰＣＳ１０３の動作の停止は、ＰＣＳ１０３内のインバータを形成するスイッチング素子のスイッチング動作を停止させることを含み、該スイッチング動作の停止によって蓄電ユニット２の出力直流電力に対する電力変換が停止して、ＰＣＳ１０３による三相交流電圧の生成及び出力が停止する。停電発生中に、ＰＣＳ１０３による三相交流電圧の生成及び出力が停止すれば、ＵＰＳ１０６から制御部１０４に対する駆動電圧の供給が停止し、結果、蓄電ユニット２の電力出力は停止するため、放電進行による過放電の発生が回避される。

　図６に示すように、停電が発生していないときには、ＰＣＳ１０３の出力側の三相交流電力にて制御部１０４の駆動電圧を生成する一方で、停電が発生しているときには、蓄電ユニット２の出力直流電圧そのものから制御部１０４の駆動電圧を生成する、といったＵＰＳの配置方法も考えられる。但し、図６の構成では、停電発生時における過放電の発生を回避するために、蓄電ユニット２及びＵＰＳ間を遮断するための専用回路を別途設ける必要がある。図５の構成では、本来的に必要なＰＣＳ１０３に対するスイッチング制御を停止するだけで、停電時における過放電発生を回避することができるため、上記のような専用回路が不要となる。

　＜＜変形等＞＞
　本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈１及び注釈２を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。

［注釈１］
　図１に示される電力システムは、スイッチング装置を内包していると考えることができる。スイッチング装置は、少なくとも、スイッチＳＷ１及びＳＷ２並びに制御部１１を備え、更に、図１に示される任意の他の部位（例えば、スイッチＳＷ３、ＳＷ４、抵抗４及びダイオード５）も、スイッチング装置の構成要素に含まれると考えてもよい。

［注釈２］
　上述の各実施形態では、インバータ３又はＰＣＳ１０３において直流電圧から三相の交流電圧が生成されることが想定されているが、直流電圧から生成される交流電圧は単相の交流電圧であっても構わない。

　　１　太陽電池ユニット
　　２　蓄電ユニット
　　３　インバータ
　１１　制御部
　１２　電力系統
　１３　負荷
ＳＷ１～ＳＷ４　スイッチ

Claims

　二次電池から成る蓄電部と太陽電池から成る電力源との間に直列に介在する第１スイッチと、
　前記電力源の一対の出力端子間に介在する第２スイッチと、
　前記第１及び第２スイッチの状態を制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記第１及び第２スイッチがオフである状態を起点として前記電力源と前記蓄電部を接続する際、前記第２スイッチをオンにして前記一対の出力端子間を短絡してから前記第１スイッチをオンし、その後、前記第２スイッチをオフにする
ことを特徴とするスイッチング装置。
　前記制御部は、前記第１スイッチのオン後、所定の条件下において、前記第１スイッチのオン状態を維持したまま前記第２スイッチの状態をオン及びオフ間で周期的に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
　前記第１スイッチ及び前記蓄電部間の配線は、前記配線上の直流電圧を交流電圧に変換する電力変換部に接続され、
　前記制御部は、前記第１スイッチのオン後、前記所定の条件下において、前記電力変換部からの前記交流電圧にて駆動する負荷の消費電力に応じ、前記第２スイッチの状態をオン及びオフ間で周期的に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング装置。