(57)【要約】【課題】個々の電池の出力制御を簡単な方法で行うとともに、各電池の容量を最大限に利用できるような充放電制御を行うことで各電池の劣化度合いや容量のばらつきに依存してシステム全体の寿命が短くなることのない電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１０は、各蓄電池１の電圧値Ｖｃを測定し、その全電圧値の平均値Ｖａｖを算出し、平均値Ｖａｖと各蓄電池１の電圧値Ｖｃとをそれぞれ比較する。そして、蓄電池１の放電時、Ｖｃ＞Ｖａｖを満たす蓄電池１は放電電力を増加させ、Ｖｃ＜Ｖａｖを満たす蓄電池１は放電電力を減少させる。一方、蓄電池１の充電時、Ｖｃ＞Ｖａｖを満たす蓄電池１は充電電力を減少させ、Ｖｃ＜Ｖａｖを満たす蓄電池１は充電電力を増加させる。【選択図】図１
2010148242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電および放電が可能な複数の蓄電手段による電力を変換して電力源に供給する電力変換装置であって、
上記各蓄電手段の電圧値を測定し、当該測定した全電圧値の平均値を算出し、当該算出した平均値と上記各蓄電手段の電圧値とをそれぞれ比較し、その比較結果に基づき上記各蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御手段を備え、
上記電力変換装置は、上記各蓄電手段の充電を行う充電運転モードおよび上記各蓄電手段から放電を行う放電運転モードを有し、
上記充放電制御手段は、
上記放電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の放電電力を増加させる放電時出力増加制御と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の放電電力を減少させる放電時出力減少制御と、
上記充電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の充電電力を減少させる充電時出力減少制御と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の充電電力を増加させる充電時出力増加制御とのうち少なくとも一つを行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上記充放電制御手段は、
上記蓄電手段毎に設けられ、スイッチ素子を駆動する駆動パルスのパルス幅を調整することにより、上記各蓄電手段への充電電流および上記各蓄電手段からの放電電流を制御して上記各蓄電手段の充電および放電を行うスイッチングコンバータである第１の電力変換手段と、
上記放電時出力増加制御および上記充電時出力増加制御において上記第１の電力変換手段に出力増加指令を与えるとともに、上記放電時出力減少制御および上記充電時出力減少制御において上記第１の電力変換手段に出力減少指令を与えて上記第１の電力変換手段を制御する制御手段とを備え、
上記電力変換装置は、
直流母線と、
上記直流母線および上記電力源に接続され、上記電力源への、および上記電力源からの電力を変換する第２の電力変換手段とをさらに備え、
上記第１の電力変換手段は、上記蓄電手段に接続される蓄電手段側端子と、上記直流母線に接続される直流母線側端子とを有し、上記直流母線側端子電圧が目標値と一致するように上記パルス幅を制御し、
上記各第１の電力変換手段の上記直流母線側端子は互いに直列に接続されて上記直流母線に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記第１の電力変換手段は、
上記放電運転モードにおいて、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が大きい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を減少させ、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が小さい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を増加させ、
上記充電運転モードにおいて、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が大きい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を増加させ、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が小さい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を減少させることにより、上記直流母線側端子電圧が上記目標値となるように制御することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記第１の電力変換手段は、上記制御手段から上記出力増加指令を受信したときには上記直流母線側端子電圧の上記目標値を初期値から増加させた値に更新し、上記制御手段から上記出力減少指令を受信したときには上記目標値を初期値から減少させた値に更新することを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記電力源は商用電力系統であり、
上記第２の電力変換手段は系統連系インバータ回路であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
充電および放電が可能な複数の蓄電手段による電力を変換して電力源に供給する電力変換装置の上記蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御方法であって、
上記各蓄電手段の電圧値を測定する測定工程と、
上記測定工程にて測定した全電圧値の平均値を算出する算出工程と、
上記測定工程にて測定した上記各蓄電手段の電圧値と、上記算出工程にて算出した平均値とをそれぞれ比較する比較工程と、
上記比較工程における比較結果に基づき上記各蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御工程とを有し、
上記充放電制御工程では、
上記各蓄電手段から放電を行う放電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の放電電力を増加させる放電時出力増加制御工程と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の放電電力を減少させる放電時出力減少制御工程と、
上記各蓄電手段の充電を行う充電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の充電電力を減少させる充電時出力減少制御工程と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の充電電力を増加させる充電時出力増加制御工程とのうち少なくとも一つを行うことを特徴とする電力変換装置の充放電制御方法。
【請求項７】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御手段としてコンピュータを動作させる電力変換装置制御プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電池を充放電することができる蓄電池用電力変換装置に関し、特に電池の個数が多い大型のシステムにおいて個々の電池の充放電制御を簡単な方法で行うとともに、各電池の容量を最大限に利用できるような充放電制御を行うことで各電池の劣化度合いや容量のばらつきに依存してシステム全体の寿命が短くなることのない電力変換装置、電力変換装置の充放電制御方法、電力変換装置制御プログラム、並びに電力変換装置制御プログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力需要家へのエネルギー安定供給や地球環境保全の観点から、太陽電池、風力発電等の自然エネルギー発電により発生する直流または交流の電力をパワーコンディショナ等の電力変換装置により商用周波数の交流電力に変換し、この交流電力を商用電力系統やＡＣ負荷に供給する分散電源システムの普及が進んでいる。このような自然エネルギー発電は日射変動や風量変動に伴い出力が変動するため、分散電源側から変電所側へ向かう方向の電力（逆潮流電力）も変動することになる。将来的に自然エネルギーの導入量が増加し、電力系統全体における自然エネルギー発電の割合が数割程度を占めるようになった場合、電力系統の周波数を一定範囲に維持するためには、既存の火力発電や水力発電と同様に負荷需要に合わせて自然エネルギー発電からの発電出力をコントロールする必要がある。なぜならば、電力系統内の負荷需要に対して発電の量が過剰になると電力系統の周波数は上昇方向に変化し、発電の量が不足すると電力系統の周波数は下降方向に変化するため、自然エネルギー発電の普及率が増加した場合に、従来のように電力系統が自然エネルギー発電の逆潮流電力を無制限に受け入れると系統周波数の安定性が損なわれるおそれがあるからである。
【０００３】
上述したように、自然エネルギーによる分散電源システムの出力を自在にコントロールするためには、自然エネルギー発電の余剰電力を蓄電し、発電が不足もしくは停止しているときに蓄電しておいた電力を放電して負荷に供給することができるような、蓄電手段を備えた分散電源システムが必要不可欠であると考えられる。このように自然エネルギー発電の電力を蓄電するためには、例えば既に普及している住宅用太陽光発電システムの場合、３ｋＷ程度の太陽光発電電力を数時間分蓄えることができる数ｋＷｈの容量の蓄電装置が必要になると考えられる。このような大容量の蓄電装置を一つの電池で構成することはできないため、一般的に、多数の単電池を直列や並列に接続した組電池により大容量の蓄電装置が構成される。このような大容量の蓄電装置においては、多数の単電池をその個別の電池容量に応じて放電末状態から満充電状態までの全領域で利用できることが重要である。なぜならば、組電池の中に寿命による容量低下が大きい単電池が存在する場合に、その単電池により組電池全体の利用率が低下する場合が生じるからである。
【０００４】
そこで、従来提案されている技術としては、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。この技術によれば、多数の電池を備えた電源装置において、各電池から自己の実容量に応じた分担電力が出力され電動機に必要な電力が供給されるため、実容量の小さい電池によって複数の電池の寿命が律速されてしまうことなく長時間にわたり高負荷の作業を継続して行うことができるようになるとしている。
【特許文献１】特開２００４−１４７４７７号公報（２００４年５月２０日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、負荷に供給すべき電力と各電池の実容量とを演算により求めた上で、それらの値に基づいて各電池に割り振るべき電力を求めるため、各電池の実容量を正確に測定する必要がある。したがって、各電池の電圧および電流を短い周期で計測して、積算した結果の値を全電池から収集して記憶しておく必要がある。さらに、各電池が接続されたＤＣ／ＤＣコンバータに対し、各電池から出力されるべき割り振られた電力値を指令し、各ＤＣ／ＤＣコンバータがその電力指令に従い電池からの出力電力を制御する必要がある。このような電源装置は、計測系が複雑であるため電池の個数が増加した場合にシステムが複雑となりコストが増加するおそれがあるという問題を生じる。また、単電池の個数が増加するにつれてコントローラで行う処理の量が増加するという点から、コントローラの能力によって接続できる電池の数に制限が生じるおそれがあるという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、個々の電池の出力制御を簡単な方法で行うとともに、各電池の容量を最大限に利用できるような充放電制御を行うことで各電池の劣化度合いや容量のばらつきに依存してシステム全体の寿命が短くなることのない電力変換装置、電力変換装置の充放電制御方法、電力変換装置制御プログラム、並びに電力変換装置制御プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力変換装置は、上記課題を解決するために、充電および放電が可能な複数の蓄電手段による電力を変換して電力源に供給する電力変換装置であって、上記各蓄電手段の電圧値を測定し、当該測定した全電圧値の平均値を算出し、当該算出した平均値と上記各蓄電手段の電圧値とをそれぞれ比較し、その比較結果に基づき上記各蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御手段を備え、上記電力変換装置は、上記各蓄電手段の充電を行う充電運転モードおよび上記各蓄電手段から放電を行う放電運転モードを有し、上記充放電制御手段は、上記放電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の放電電力を増加させる放電時出力増加制御と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の放電電力を減少させる放電時出力減少制御と、上記充電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の充電電力を減少させる充電時出力減少制御と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の充電電力を増加させる充電時出力増加制御とのうち少なくとも一つを行うことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る電力変換装置の充放電制御方法は、上記課題を解決するために、充電および放電が可能な複数の蓄電手段による電力を変換して電力源に供給する電力変換装置の上記蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御方法であって、上記各蓄電手段の電圧値を測定する測定工程と、上記測定工程にて測定した全電圧値の平均値を算出する算出工程と、上記測定工程にて測定した上記各蓄電手段の電圧値と、上記算出工程にて算出した平均値とをそれぞれ比較する比較工程と、上記比較工程における比較結果に基づき上記各蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御工程とを有し、上記充放電制御工程では、上記各蓄電手段から放電を行う放電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の放電電力を増加させる放電時出力増加制御工程と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の放電電力を減少させる放電時出力減少制御工程と、上記各蓄電手段の充電を行う充電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の充電電力を減少させる充電時出力減少制御工程と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の充電電力を増加させる充電時出力増加制御工程とのうち少なくとも一つを行うことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成および方法によれば、各蓄電手段の充放電特性のばらつきが存在している場合であっても各蓄電手段の電圧が一致するように制御される。したがって、一部の蓄電手段が放電下限電圧や充電上限電圧に早く到達することにより他の蓄電手段を放電下限電圧や充電上限電圧まで使い切ることができないという状態が生じず、結果として蓄電手段全てを全電圧範囲にわたって利用することができ、蓄電手段の劣化が進行した後においても蓄電手段の蓄電容量を最大限利用することができる。また、放電下限電圧や充電上限電圧に到達しにくくなるので、電池の劣化の進行を緩め長寿命化することができる。
【００１０】
さらに、現在の蓄電手段の電圧値のみに基づいて蓄電手段の充放電電力の増減が制御されるので、各蓄電手段の容量の差を計測する必要なく各蓄電手段のばらつきを補正することができる。したがって、制御を簡略化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
以上により、個々の電池の出力制御を簡単な方法で行うとともに、各電池の容量を最大限に利用できるような充放電制御を行うことで各電池の劣化度合いや容量のばらつきに依存してシステム全体の寿命が短くなることのない電力変換装置および電力変換装置の充放電制御方法を提供することができるという効果を奏する。
【００１２】
本発明に係る電力変換装置は、上記充放電制御手段は、上記蓄電手段毎に設けられ、スイッチ素子を駆動する駆動パルスのパルス幅を調整することにより、上記各蓄電手段への充電電流および上記各蓄電手段からの放電電流を制御して上記各蓄電手段の充電および放電を行うスイッチングコンバータである第１の電力変換手段と、上記放電時出力増加制御および上記充電時出力増加制御において上記第１の電力変換手段に出力増加指令を与えるとともに、上記放電時出力減少制御および上記充電時出力減少制御において上記第１の電力変換手段に出力減少指令を与えて上記第１の電力変換手段を制御する制御手段とを備え、上記電力変換装置は、直流母線と、上記直流母線および上記電力源に接続され、上記電力源への、および上記電力源からの電力を変換する第２の電力変換手段とをさらに備え、上記第１の電力変換手段は、上記蓄電手段に接続される蓄電手段側端子と、上記直流母線に接続される直流母線側端子とを有し、上記直流母線側端子電圧が目標値と一致するように上記パルス幅を制御し、上記各第１の電力変換手段の上記直流母線側端子は互いに直列に接続されて上記直流母線に接続されていることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、第１の電力変換手段は、制御手段から指令を受けない場合でも直流母線側端子電圧が目標値となるように自身で出力を制御するので、自律的に安定なコンバータを提供することができる。また、コンバータが自律しているので、高い信頼性を有するシステムを提供することができる。
【００１４】
本発明に係る電力変換装置は、上記第１の電力変換手段は、上記放電運転モードにおいて、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が大きい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を減少させ、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が小さい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を増加させ、上記充電運転モードにおいて、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が大きい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を増加させ、上記目標値より上記直流母線側端子電圧の実測値が小さい場合は上記スイッチ素子のパルス幅を減少させることにより、上記直流母線側端子電圧が上記目標値となるように制御することが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、直流母線側端子電圧の実測値と目標値との比較結果に基づいてスイッチ素子を駆動する駆動パルスのパルス幅の増減を行うことで、直流母線側端子電圧一定制御を行うため、簡易な制御により充電と放電とのどちらの運転においてもコンバータの入出力電圧が安定に制御された電力変換装置を提供することができる。
【００１６】
本発明に係る電力変換装置は、上記第１の電力変換手段は、上記制御手段から上記出力増加指令を受信したときには上記直流母線側端子電圧の上記目標値を初期値から増加させた値に更新し、上記制御手段から上記出力減少指令を受信したときには上記目標値を初期値から減少させた値に更新することが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、制御手段からの指令に基づき直流母線側端子電圧の目標値を変更するだけで、各蓄電手段間の電圧ばらつきをなくす電圧バランス制御を行うことができるため、制御手段と第１の電力変換手段との間で複雑な通信を行うことなく、蓄電手段の蓄電容量を最大限利用することができる。
【００１８】
本発明に係る電力変換装置は、上記電力源は商用電力系統であり、上記第２の電力変換手段は系統連系インバータ回路であることが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、上記電力変換装置が設置された電力需要家において、商用電力系統から電力を充電したり商用電力系統に対し電力を供給したりすることができるので、電力需要家が有する電力負荷の変動を上記電力変換装置により平準化したり、電力需要家が商用電力系統から受電する電力を計画的に運用することができる。
【００２０】
なお、上記電力変換装置における制御手段を、電力変換装置制御プログラムによりコンピュータ上で実行させることができる。さらに、上記電力変換装置制御プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記録させることにより、任意のコンピュータ上で上記処理プログラムを実行させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る電力変換装置は、充電および放電が可能な複数の蓄電手段による電力を変換して電力源に供給する電力変換装置であって、上記各蓄電手段の電圧値を測定し、当該測定した全電圧値の平均値を算出し、当該算出した平均値と上記各蓄電手段の電圧値とをそれぞれ比較し、その比較結果に基づき上記各蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御手段を備え、上記電力変換装置は、上記各蓄電手段の充電を行う充電運転モードおよび上記各蓄電手段から放電を行う放電運転モードを有し、上記充放電制御手段は、上記放電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の放電電力を増加させる放電時出力増加制御と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の放電電力を減少させる放電時出力減少制御と、上記充電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の充電電力を減少させる充電時出力減少制御と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の充電電力を増加させる充電時出力増加制御とのうち少なくとも一つを行うことを特徴としている。
【００２２】
また、本発明に係る電力変換装置の充放電制御方法は、充電および放電が可能な複数の蓄電手段による電力を変換して電力源に供給する電力変換装置の上記蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御方法であって、上記各蓄電手段の電圧値を測定する測定工程と、上記測定工程にて測定した全電圧値の平均値を算出する算出工程と、上記測定工程にて測定した上記各蓄電手段の電圧値と、上記算出工程にて算出した平均値とをそれぞれ比較する比較工程と、上記比較工程における比較結果に基づき上記各蓄電手段の充電および放電を制御する充放電制御工程とを有し、上記充放電制御工程では、上記各蓄電手段から放電を行う放電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の放電電力を増加させる放電時出力増加制御工程と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の放電電力を減少させる放電時出力減少制御工程と、上記各蓄電手段の充電を行う充電運転モードにおいて、上記蓄電手段のうち、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より大きい上記蓄電手段の充電電力を減少させる充電時出力減少制御工程と、上記蓄電手段の電圧値が上記平均値より小さい上記蓄電手段の充電電力を増加させる充電時出力増加制御工程とのうち少なくとも一つを行うことを特徴としている。
【００２３】
上記の構成および方法によれば、各蓄電手段の充放電特性のばらつきが存在している場合であっても各蓄電手段の電圧が一致するように制御される。したがって、一部の蓄電手段が放電下限電圧や充電上限電圧に早く到達することにより他の蓄電手段を放電下限電圧や充電上限電圧まで使い切ることができないという状態が生じず、結果として蓄電手段全てを全電圧範囲にわたって利用することができ、蓄電手段の劣化が進行した後においても蓄電手段の蓄電容量を最大限利用することができる。また、放電下限電圧や充電上限電圧に到達しにくくなるので、電池の劣化の進行を緩め長寿命化することができる。
【００２４】
さらに、現在の蓄電手段の電圧値のみに基づいて蓄電手段の充放電電力の増減が制御されるので、各蓄電手段の容量の差を計測する必要なく各蓄電手段のばらつきを補正することができる。したがって、制御を簡略化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００２５】
以上により、個々の電池の出力制御を簡単な方法で行うとともに、各電池の容量を最大限に利用できるような充放電制御を行うことで各電池の劣化度合いや容量のばらつきに依存してシステム全体の寿命が短くなることのない電力変換装置および電力変換装置の充放電制御方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態について、図１〜図５を用いて説明すると以下の通りである。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る蓄電池用電力変換装置１０の要部構成を示すブロック図である。まずは、図１を参照して、電力変換装置１０の要部構成について説明する。
【００２８】
電力変換装置１０は、図示のように、蓄電池（蓄電手段）１、第１のコンバータ（第１の電力変換手段）２、第２のコンバータ（第２の電力変換手段）４、および制御部（制御手段）７を備え、電力系統（電力源）５に接続されている。電力変換装置１０の概要は、蓄電池１による電圧を第１のコンバータ２で直流電力に変換し、第２のコンバータ（インバータ）４で交流電力に変換して電力系統５に供給するものである。なお、本願特許請求の範囲における「充放電制御手段」は、第１のコンバータ２および制御部７に相当する。
【００２９】
蓄電池１は、充電した直流電力を放電により取り出すことができる二次電池であればよく、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池、あるいはリチウムイオンキャパシタなどが使用できる。また、蓄電池１は、所望の電力を得られれば、単電池を用いてもよいし、複数の単電池を直列または並列に接続した組電池を用いてもよい。本実施形態では、高いエネルギー密度を得られるという点を考慮して、約３〜４Ｖの電圧で動作するリチウムイオン二次電池を単電池で用いる。
【００３０】
第１のコンバータ２は、蓄電池１への充電電流および蓄電池１からの放電電流を制御して蓄電池１に直流電力を充放電できる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、１つの蓄電池１に１つの第１のコンバータ２が接続されている。第１のコンバータ２は、蓄電池１から放電を行う放電運転時（放電運転モード）には蓄電池１の電圧をある一定の直流電圧に昇圧し、蓄電池１の充電を行う充電運転時（充電運転モード）には蓄電池１への電圧をある一定の直流電圧に降圧する。本実施形態では、蓄電池１の電圧を１０Ｖに昇圧し、蓄電池１への電圧を３〜４Ｖに降圧するものとする。
【００３１】
また、第１のコンバータ２は、通信手段を備えており、通信線８を介して制御部７と通信を行う。図１では有線の通信を想定しているが、各第１のコンバータ２が制御部７と通信を行える方法であれば、無線通信を利用してもよい。本実施形態では、通信線８としてツイストペア線を用いたＲＳ４８５通信を適用するものとする。また、第１のコンバータ２は、蓄電池１の電圧Ｖｃを逐次測定する。
【００３２】
電力変換装置１０は、蓄電池１を多数有するため、蓄電手段１と第１のコンバータ２とが接続されたものを構成単位とし（以下、サブシステムとよぶ）、複数のサブシステムを直列に複数台接続したものを組電池３とする。詳しくは、図１に記載のように第１のコンバータ２の出力を直列に接続し、合成された組電池３の出力は第２のコンバータ４に接続される。本実施形態では、組電池３の出力が３８０Ｖになるように３８台の第１のコンバータ２を直列に接続するものとする。
【００３３】
組電池３は、直流母線６を介して第２のコンバータ４に接続されている。組電池３は一つでもよいが、図１に示すように必要に応じた複数台の組電池３を直流母線６にて並列に接続して第２のコンバータ４に入力することで総電池容量を増加させることができるので、組電池３の個数により全体の電池容量をフレキシブルに設定することができる。なお、以下では、便宜上、組電池３は１つとして説明を行う。
【００３４】
第２のコンバータ４は、双方向系統連系インバータであり、その出力は商用電力系統（一般家庭に配電されている単相ＡＣ２００Ｖ）である電力系統５に接続されている。第２のコンバータ４は、放電運転時（放電運転モード）には組電池３から供給されるＤＣ３８０Ｖの電圧をＡＣ２００Ｖの電圧に変換して電力系統５に供給し、充電運転時（充電運転モード）には電力系統５から供給されるＡＣ２００Ｖの電圧を整流および昇圧してＤＣ３８０Ｖの電圧に変換して直流母線６側に供給する。また、第２のコンバータ４も制御部７と通信を行う。
【００３５】
制御部７は、第１のコンバータ２および第２のコンバータ４と通信を行って、それらの運転を制御する。第１のコンバータ２と制御部７との間の通信で送信される情報は、第１のコンバータ２が測定した蓄電池１の電圧Ｖｃ、放電／充電運転モードの運転指令、第１のコンバータ２の出力増加／減少指令などが含まれるが、後に詳述する。第２のコンバータ４と制御部７との間の通信で送信される情報には、放電／充電運転モードの運転指令（以下、「充電／放電指令」と記載する）などが含まれる。通信線の本数を減らすためにはシリアル通信を用いることが望ましいが、通信方式を単純化するためにパラレル通信を用いてもよい。その場合、例えば放電／充電運転モードの運転指令、第１のコンバータの出力増加／減少指令を各指令につき１本のディジタル信号線を用いて信号線のＨ／Ｌ（ハイ／ロー）の状態で送信することができる。
【００３６】
また、制御部７は、組電池３内の全第１のコンバータ２からの電圧Ｖｃを合計して蓄電池１の個数で除算することで平均電圧Ｖａｖを求めるとともに、各蓄電池１の電圧Ｖｃと平均電圧Ｖａｖとの大小関係を比較する。そして、この比較結果に基づき第１のコンバータの出力増加／減少指令を送信する。詳細は後述する。
【００３７】
電力変換装置１０の動作の概要を説明すると、充電運転時には、第２のコンバータ４が、電力系統５から供給されるＡＣ２００Ｖの電圧を整流および昇圧してＤＣ３８０Ｖの電圧に変換して直流母線６側に供給する。組電池３内において、直流母線６から供給されるＤＣ３８０Ｖの電圧が第１のコンバータ２の個数で分圧されて各第１のコンバータ２に供給される。ここでは、直流母線６のＤＣ３８０Ｖが３８台の第１のコンバータ２に分圧された約１０Ｖが、第１のコンバータ２の直流母線６側の端子から供給される。第１のコンバータ２は、分圧して供給された約１０Ｖの電圧を蓄電池１の約３〜４Ｖの電圧に降圧して蓄電池１に対し充電を行う。放電運転時は、この逆の動作となる。
【００３８】
次に、図２を用いて、第１のコンバータ２および第２のコンバータ４の詳細を説明する。図２（ａ）は、第１のコンバータ２の具体的な構成を示す回路図であり、図２（ｂ）は、第２のコンバータ４の具体的な構成を示す回路図である。
【００３９】
第１のコンバータ２は、図２（ａ）に示すような双方向チョッパ回路である。双方向チョッパ回路は、たとえば約２０ｋＨｚの周波数でＰＷＭ（パルス幅変調）駆動される。端子（蓄電手段側端子）ＢＬは蓄電池１の負極側に接続され、端子（蓄電手段側端子）ＢＨは蓄電手段１の正極側に接続される。端子（直流母線側端子）ＤＬは直流母線６の負側（直流負母線）に接続され、端子（直流母線側端子）ＤＨは直流母線６の正側（直流正母線）に接続される。双方向チョッパ回路のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが利用できるが、本実施形態ではＩＧＢＴを用いる。
【００４０】
放電運転時には、スイッチ素子Ｓ２は常時オフ状態に制御される。このため、スイッチ素子Ｓ２に内蔵されるボディダイオードのみが機能する。また、スイッチ素子Ｓ１は２０ｋＨｚの高周波でスイッチング制御される。このため、第１のコンバータ２は昇圧チョッパとして動作する。スイッチ素子Ｓ１を駆動するＰＷＭ信号（駆動パルス）のデューティ比（ＯＮ時間とＯＦＦ時間との比率）を制御することで、端子ＤＨ，ＤＬ間に発生する電圧Ｖｄ（直流母線側端子電圧）を制御することができる。
【００４１】
一方、充電運転時には、スイッチ素子Ｓ１は常時オフ状態に制御される。このため、スイッチ素子Ｓ１に内蔵されるボディダイオードのみが機能する。また、スイッチ素子Ｓ２は２０ｋＨｚの高周波でスイッチング制御される。このため、第１のコンバータ２は降圧チョッパとして動作する。スイッチ素子Ｓ２を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を制御することで、端子ＢＨ，ＢＬ間に発生する電圧を制御することができる。
【００４２】
第２のコンバータ４は、図２（ｂ）に示すようなフルブリッジ型の双方向インバータ回路である。第２のコンバータ４の入力側は直流負母線側端子ＴＬ、および直流正母線側端子ＴＨに接続され、電力系統側端子Ｇ１，Ｇ２は電力系統５に接続される。第２のコンバータ４のスイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが利用できるが、本実施形態ではＩＧＢＴを用いる。
【００４３】
放電運転時には、端子ＴＬ，ＴＨを介して供給される直流電力は、スイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６を約２０ｋＨｚの高周波でＰＷＭ駆動してフィルタ回路ＦＬ１にて波形平滑することで商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の正弦波ＡＣに変換され、得られた正弦波電流が電力系統５に出力される。
【００４４】
一方、充電運転時には、端子Ｇ１の電位が端子Ｇ２の電位より高い正の半周期については、スイッチ素子Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６が常時オフ状態に制御され、スイッチ素子Ｓ４が約２０ｋＨｚの周波数でＰＷＭ駆動される。これにより、フィルタ回路ＦＬ１とスイッチ素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６により昇圧チョッパ回路が構成され、端子Ｇ１，Ｇ２より供給される半周期の正弦波状電圧が３８０Ｖの直流電圧に昇圧変換される。次に、端子Ｇ２の電位が端子Ｇ１の電位より高い負の半周期については、スイッチ素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５が常時オフ状態に制御され、スイッチ素子Ｓ６が約２０ｋＨｚの周波数でＰＷＭ駆動される。これにより、フィルタ回路ＦＬ１とスイッチ素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６により昇圧チョッパ回路が構成され、端子Ｇ１、Ｇ２より供給される半周期の正弦波状電圧が３８０Ｖの直流電圧に昇圧変換される。以上の動作により、充電運転時には、電力系統５の交流電力が整流および昇圧されて、端子ＴＬ，ＴＨ側から直流母線６に対し直流電力として供給されることになる。また、第２のコンバータ４の充電運転時には、端子Ｇ１，Ｇ２より入力される電流が正弦波となるようにスイッチ素子Ｓ４，Ｓ６を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅を制御すると、第２のコンバータ４から電力系統５側に流出する高調波電流が抑制されるため、より好ましい。
【００４５】
次に、第１のコンバータ２が蓄電池１に対して行う放電動作について、詳細に説明する。
【００４６】
制御部７が第１のコンバータ２に対して放電指令を送信した場合に、第１のコンバータ２は放電運転モードになる。同時に、制御部７は第２のコンバータ４に対しても放電指令を送信し、第２のコンバータ４も放電運転モードになる。
【００４７】
第２のコンバータ４は、端子ＴＨ，ＴＬ間の電圧Ｖｔが目標値３８０Ｖと一致するように、スイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。具体的には、第２のコンバータ４が制御部７から放電指令を受け取って放電運転モードで運転している場合、スイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６の上記パルス幅を増加した結果、電圧Ｖｔが目標値３８０Ｖより高い場合には上記パルス幅をさらに増加させ、目標値３８０Ｖより低い場合には上記パルス幅を減少させる。また、上記パルス幅を減少した結果、電圧Ｖｔが目標値３８０Ｖより高い場合には上記パルス幅をさらに減少させ、目標値３８０Ｖより低い場合には上記パルス幅を増加させる。
【００４８】
一方、第１のコンバータ２は、放電運転モードにおいて、端子ＤＨ，ＤＬ間の電圧Ｖｄが目標値Ｖｄｔと一致するように、スイッチ素子Ｓ１を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。ここでは、目標値Ｖｄｔは１０Ｖとする。具体的には、第１のコンバータ２が制御部７から放電指令を受け取って放電運転モードで運転している場合、スイッチ素子Ｓ１の上記パルス幅を増加するが上記パルス幅を増加した結果、電圧Ｖｄが目標値１０Ｖより低い場合には上記パルス幅をさらに増加させ、目標値１０Ｖより高い場合には上記パルス幅を減少させる。また、上記パルス幅を減少した結果、電圧Ｖｄが目標値１０Ｖより高い場合には上記パルス幅をさらに減少させ、目標値１０Ｖより低い場合には上記パルス幅を増加させる。
【００４９】
次に、以上のような制御による電力変換装置１０全体としての放電動作の詳細について説明する。制御部７が、第２のコンバータ４に対して１．５ｋＷの電力の放電指令を与えた場合、第２のコンバータ４は、端子Ｇ１，Ｇ２から出力される電力を自身で測定し、電圧Ｖｔを３８０Ｖに一致するように制御しながら、自身の出力電力が目標値１．５ｋＷになるようにスイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６の上記パルス幅を徐々に増加していく。
【００５０】
第１のコンバータ２は、放電運転モードに入った当初は端子ＤＨ，ＤＬから出力される電力はほぼゼロなので、電圧Ｖｄの総合電圧である電圧Ｖｔは目標値３８０Ｖより下降する。上述した制御により、第１のコンバータ２は、電圧Ｖｄが目標値１０Ｖより低くなっているのでスイッチ素子Ｓ１の上記パルス幅を増加させる。このように各第１のコンバータ２が出力電力を増加させることで、電圧Ｖｔは上昇して目標値３８０Ｖに到達する。そして、第２のコンバータ４が、目標値１．５ｋＷに向かってさらにスイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６の上記パルス幅を増加すると第２のコンバータ４の出力電力が増加するが、各第１のコンバータ２の端子ＤＨ，ＤＬからの出力電力はすぐには変化しないので、電圧Ｖｔは目標値３８０Ｖより下降する。これらの制御動作を繰り返すことにより、最終的に、第２のコンバータ４の出力電力は１．５ｋＷに到達し、電圧Ｖｔは目標値３８０Ｖ近傍で安定化し、第１のコンバータ２の電圧Ｖｄは目標値１０Ｖ近傍で安定化する。結果として、各第１のコンバータ２は、１．５ｋＷの放電電力を３８台で供給するため、１台につき約４０Ｗの放電出力となる。
【００５１】
次に、第１のコンバータ２が蓄電池１に対して行う充電動作について、詳細に説明する。制御部７が、第１のコンバータ２および第２のコンバータ４に充電指令を送ると、各コンバータは充電運転モードになる。
【００５２】
第２のコンバータ４は、端子ＴＨ，ＴＬ間の電圧Ｖｔが目標値３８０Ｖと一致するように、スイッチ素子Ｓ４，Ｓ６を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。具体的には、第２のコンバータ４が制御部７から充電指令を受け取った場合、スイッチ素子Ｓ４，Ｓ６の上記パルス幅を増加するがその結果、電圧Ｖｔが目標値３８０Ｖより低い場合には上記パルス幅をさらに増加させ、目標値３８０Ｖより高い場合には上記パルス幅を減少させる。また、スイッチ素子Ｓ４，Ｓ６の上記パルス幅を減少した結果、電圧Ｖｔが目標値３８０Ｖより高い場合には上記パルス幅をさらに減少させ、目標値３８０Ｖより低い場合には上記パルス幅を増加させる。
【００５３】
第１のコンバータ２は、充電運転モードにおいて、端子ＤＨ，ＤＬ間の電圧Ｖｄが目標値１０Ｖと一致するように、スイッチ素子Ｓ２を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。具体的には、第１のコンバータ２が制御部７から充電指令を受け取った場合、スイッチ素子Ｓ２の上記パルス幅を増加するが上記パルス幅を増加した結果、電圧Ｖｄが目標値１０Ｖより低い場合には上記パルス幅を減少させ、目標値１０Ｖより高い場合には上記パルス幅をさらに増加させる。また、スイッチ素子Ｓ２の上記パルス幅を減少した結果、電圧Ｖｄが目標値１０Ｖより高い場合には上記パルス幅を増加させ、目標値１０Ｖより低い場合には上記パルス幅をさらに減少させる。
【００５４】
次に、以上のような制御による電力変換装置１０全体としての充電動作の詳細について説明する。
【００５５】
制御部７が第２のコンバータ４に対して１．５ｋＷの電力の充電指令を与えた場合、第２のコンバータ４は、端子Ｇ１，Ｇ２から入力する電力を自身で測定し、電圧Ｖｔを３８０Ｖに一致するように制御しながら、自身の入力電力が目標値１．５ｋＷになるようにスイッチ素子Ｓ４，Ｓ６の上記パルス幅を徐々に増加していく。
【００５６】
第１のコンバータ２は、充電運転モードに入った当初は端子ＤＨ，ＤＬから入力される電力はほぼゼロなので、電圧Ｖｄの総合電圧である電圧Ｖｔは目標値３８０Ｖより上昇する。上述した制御により、第１のコンバータ２は、電圧Ｖｄが目標値１０Ｖより高くなっているのでスイッチ素子Ｓ２の上記パルス幅を増加させる。このように各第１のコンバータ２が出力を増加させることで、電圧Ｖｔは下降して目標値３８０Ｖに到達する。そして、第２のコンバータ４が目標値１．５ｋＷに向かって、さらにスイッチ素子Ｓ４，Ｓ６の上記パルス幅を増加すると第２のコンバータ４の入力電力が増加するが、各第１のコンバータ２の端子ＤＨ，ＤＬからの入力電力はすぐには変化しないので、電圧Ｖｔは目標値３８０Ｖより上昇する。これらの制御動作を繰り返すことにより、最終的に、第２のコンバータ４の入力電力は１．５ｋＷに到達し、電圧Ｖｔは目標値３８０Ｖ近傍で安定化し、第１のコンバータ２の電圧Ｖｄは目標値１０Ｖ近傍で安定化する。結果として、各第１のコンバータ２は、１．５ｋＷの充電電力を３８台で供給するため、１台につき約４０Ｗの充電出力となる。
【００５７】
なお、以上のように、第１のコンバータ２が、電圧Ｖｄの実測値と目標値Ｖｄｔとの比較結果に基づいて、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２を駆動するＰＷＭ信号のパルス幅の増減を行うことで電圧Ｖｄが目標値Ｖｄｔとなるように制御を行うため、簡易な制御により充電と放電とのどちらの運転においてもコンバータの入出力電圧が安定に制御される。また、制御部７から指令を受けない場合でも自身で上記制御を行う、安定的で、かつ自律的なコンバータであるので、高い信頼性を有するシステムを提供することができる。
【００５８】
次に、図４および図５を用いて、制御部７による第１のコンバータ２の制御について詳細に説明する。図４は、放電運転時における制御部７の第１のコンバータ２の制御の流れを示すフローチャートであり、図５は、充電運転時における制御部７の第１のコンバータ２の制御の流れを示すフローチャートである。なお、図４および図５のフローチャートにおける「ＳＴＡＲＴ」は、電力変換装置１０がその動作を行える状態に相当する。
【００５９】
図３は、代表的な蓄電池１の電流容量−電圧特性図である。上述したように、本実施の形態では、蓄電池１はリチウムイオン二次電池の単電池であり、最も電圧が高い状態が満充電状態で約４．０Ｖ、最も電圧が低い状態が放電末状態で約３．０Ｖである。各蓄電池１には、製造時の容量ばらつきや、長期運用時の劣化進行のばらつきが存在するため、組電池３の中には、図３の（Ａ）から（Ｃ）に示すように電流容量特性が異なる蓄電池１が混在すると考えられる。仮に、図３の（Ａ）から（Ｃ）までのばらつきをもつ組電池３に対して、全ての第１のコンバータ２が満充電状態の全蓄電池１から同一の電力を放電させた場合、（Ｃ）の蓄電池１が最も速く放電末状態に到達する。その時点では、（Ａ）や（Ｂ）の蓄電池１は放電末状態に到らないため、結果として、（Ａ）や（Ｂ）の特性の蓄電池１については満充電状態から放電末状態までの全範囲にわたって電池を利用することができない。
【００６０】
このような蓄電池１間の特性ばらつきを補償するために、制御部７は第１のコンバータ２に対し以下のような制御を行う。上述したとおり、第１のコンバータ２は、蓄電池１の電圧Ｖｃを逐次測定し、その測定結果を通信線８を介して制御部７へ送信している。なお、この蓄電池１の電圧Ｖｃの測定は、第１のコンバータ２ではなく制御部７が行う構成であってもよい。図４および図５のフローチャート（Ｓ１）では、この構成の場合を反映したものとしている。
【００６１】
話は戻って、制御部７は組電池３内の全第１のコンバータ２から送信された電圧Ｖｃを合計して蓄電池１の個数で除算することで平均電圧Ｖａｖを求め（図４のフローチャートにおける“Ｓ２”）、各蓄電池１の電圧Ｖｃと平均電圧Ｖａｖとの大小関係をそれぞれ比較する。そして、この比較の結果、制御部７は、放電運転時には、Ｖｃ＞Ｖａｖを満たす蓄電池１が接続された第１のコンバータ２に対して通信線８を介して出力増加指令を送り（図４のフローチャートにおける“Ｓ３においてＹＥＳ”を経て“Ｓ４”）、Ｖｃ＜Ｖａｖを満たす蓄電池１が接続された第１のコンバータ２に対しては通信線８を介して出力減少指令を送る（図４のフローチャートにおける“Ｓ３においてＮＯ”および“Ｓ５においてＹＥＳ”を経て“Ｓ６”）。
【００６２】
一方、充電運転時には、制御部７は、Ｖｃ＞Ｖａｖを満たす蓄電池１が接続された第１のコンバータ２に対して通信線８を介して出力減少指令を送り（図５のフローチャートにおける“Ｓ３においてＹＥＳ”を経て“Ｓ４Ａ”）、Ｖｃ＜Ｖａｖを満たす蓄電池１が接続された第１のコンバータ２に対しては通信線８を介して出力増加指令を送る（図５のフローチャートにおける“Ｓ３においてＮＯ”および“Ｓ５においてＹＥＳ”を経て“Ｓ６Ａ”）。
【００６３】
第１のコンバータ２は、制御部７より通信線８を介して出力減少指令を受け取った場合、電圧（直流母線側端子電圧）Ｖｄの目標値ＶｄｔをΔＶｄｔ（ΔＶｄｔ＞０とする）だけ減少させる。ここでは、当初の目標値Ｖｄｔが１０Ｖであったとすると、出力減少指令を受け取った場合、目標値Ｖｄｔを９．９Ｖに減少するものとする。また、第１のコンバータ２は、制御部７より通信線８を介して出力増加指令を受け取った場合、電圧Ｖｄの目標値ＶｄｔをΔＶｄｔ（ΔＶｄｔ＞０とする）だけ増加させる。ここでは、当初のＶｄｔが１０Ｖであったとすると、出力増加指令を受け取った場合、目標値Ｖｄｔを１０．１Ｖに増加するものとする。
【００６４】
以上の制御を行うことにより達成される蓄電池１の電圧均等化について、図３を用いて説明する。３８個の蓄電池１のうち一個が図３における（Ａ）の特性であって動作点がＡ１（Ａ１の電圧Ｖａ１＝３．２１Ｖとする）であるとし、別の一個の蓄電池１が（Ｃ）の特性であって動作点がＣ１（Ｃ１の電圧Ｖｃ１＝３．１９Ｖとする）であるとし、残り３６個の蓄電手段１が（Ｂ）の特性であって動作点がＢ１（Ｂ１の電圧Ｖｂ１＝３．２０Ｖ）であるとする。この場合、３８個の蓄電池１の動作点電圧の平均電圧Ｖａｖは電圧Ｖｂ１と等しくなる。このときの平均電圧ＶａｖをＶａｖ１とする。
【００６５】
現在放電運転時であると仮定すると、制御部７は、（Ａ）の特性の蓄電池１が上述のＶｃ＞Ｖａｖの条件を満たしているため、該蓄電池１が接続された第１のコンバータ２に対し、出力増加指令を送る。また、制御部７は、（Ｃ）の特性の蓄電池１が上述のＶｃ＜Ｖａｖの条件を満たしているため、該蓄電池１が接続された第１のコンバータ２に対し、出力減少指令を送る。
【００６６】
当初、全第１のコンバータ２が、電圧Ｖｄの目標値Ｖｄｔが１０．０Ｖであったとすると、（Ａ）の特性の蓄電池１が接続された第１のコンバータ２は、出力増加指令に基づいて目標値Ｖｄｔを１０．１Ｖに変更する。また、（Ｃ）の特性の蓄電池１が接続された第１のコンバータ２は出力減少指令に基づいて目標値Ｖｄｔを９．９Ｖに変更する。（Ｂ）の特性の蓄電池１が接続された第１のコンバータ２は、Ｖｃ＝Ｖａｖなので目標値Ｖｄｔの変更は行われない。組電池３における第１のコンバータ２は、端子ＤＨ，ＤＬが全て直列に接続されているため、全第１のコンバータ２は同一の電流値を端子ＤＨ，ＤＬから出力している。したがって、各第１のコンバータ２が蓄電池１から放電させる電力は、目標値Ｖｄｔに比例するため、（Ａ）の特性の蓄電池１から放電される電力は、目標値Ｖｄｔが１０．０Ｖから１０．１Ｖに変更されたことにより１％増加し、（Ｃ）の特性の蓄電池１から放電される電力は、目標値Ｖｄｔが１０．０Ｖから９．９Ｖに変更されたことにより１％減少することになる。結局、平均電圧Ｖａｖより電圧の高い蓄電池１は放電電力が他の蓄電池１より増加し、平均電圧Ｖａｖより電圧の低い蓄電池１は放電電力が他の蓄電池１より減少するので、上記の制御を行いながら放電運転を継続すると、やがて図３のＶａｖ２の動作点に到達し各蓄電池１の電圧が均等化されることになる。充電の場合も同様であるため、説明を省略する。
【００６７】
以上のように、電力変換装置１０では、各蓄電池１の充放電特性のばらつきが存在している場合であっても各蓄電池１の電圧が一致するように制御される。したがって、一部の蓄電池１が放電下限電圧や充電上限電圧に早く到達することにより他の蓄電池１を放電下限電圧や充電上限電圧まで使い切ることができないという状態が生じず、結果として蓄電池１全てを全電圧範囲にわたって利用することができ、蓄電池１の劣化が進行した後においても蓄電池１の蓄電容量を最大限利用することができる。また、放電下限電圧や充電上限電圧に到達しにくくなるので、蓄電池１の劣化の進行を緩め長寿命化することができる。
【００６８】
さらに、現在の蓄電池１の電圧値のみに基づいて蓄電池１の充放電電力の増減が制御されるので、各蓄電池１の容量の差を計測する必要なく各蓄電池１のばらつきを補正する電圧バランス制御を行うことができる。具体的には、制御部７からの指令に基づき、第１のコンバータ２の電圧Ｖｄの目標値Ｖｄｔを変更するだけで、上記電圧バランス制御を行うことができる。したがって、制御部７と第１のコンバータ２との間で複雑な通信を行う必要がなく、制御を簡略化することができるため、低コスト化を図ることができる。以上により、個々の電池の出力制御を簡単な方法で行うとともに、各電池の容量を最大限に利用できるような充放電制御を行うことで各電池の劣化度合いや容量のばらつきに依存してシステム全体の寿命が短くなることのない電力変換装置を提供することができる。
【００６９】
なお、上述のとおり、蓄電池１の電圧Ｖｃの測定は、第１のコンバータ２にて行われてその測定結果が通信線８を介して制御部７に送信される構成であってもよく、あるいは制御部７において直接測定される構成であってもよい。また、上述した制御部７で行われる処理は、第１のコンバータ２や第２のコンバータ４自身を制御する制御回路の内部に機能として備えられているものであってもよく、あるいは実在の回路ではなく仮想的なものであってもよい。
【００７０】
制御部７が仮想的なものである場合は、制御部７は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである制御部９の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、制御部９に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００７１】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００７２】
また、制御部７を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【００７３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、各電池に接続されたコンバータが共通の電池電圧目標値に漸近するように出力を個別に制御するため、全ての電池について放電末から充電末までの全電圧範囲で使用可能となり、各電池の劣化度合いや電池容量のばらつきに依存して最も容量の少ない電池の寿命に律速されることなく、全ての電池容量を最大限に利用できるため、特に太陽電池、風力発電等の自然エネルギー発電により発生する直流または交流の電力を商用周波数の交流電力に変換する蓄電池用電力変換装置に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、第１のコンバータの具体的な構成を示す回路図であり、（ｂ）は、第２のコンバータの具体的な構成を示す回路図である。
【図３】代表的な蓄電池の電流容量−電圧特性図である。
【図４】放電運転時における制御部の第１のコンバータの制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】充電運転時における制御部の第１のコンバータの制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１    蓄電池（蓄電手段）
２    第１のコンバータ（第１の変換手段）
４    第２のコンバータ（第２の変換手段）
５    電力系統（電力源）
６    直流母線
７    制御部（制御手段）
１０  電力変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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