(57)【要約】【課題】システムの電源効率を低下させることなく、電気二重層キャパシタの寿命を延ばしかつ負荷が要求する電力容量を確保できる。【解決手段】交流電源１から負荷２に電力供給する系統に併設され、電気二重層キャパシタ４に貯蔵しておく電力を電力変換装置３によって変換して該負荷に供給する電力貯蔵システムにおいて、負荷電流計測器６は現在の負荷電流を計測し、コンパレータ７は負荷電流を閾値との大小を判定し、制御装置５は判定手段の判定した負荷範囲に対応させた設定電圧Ｖ１、Ｖ２に切り換えて電気二重層キャパシタを充電制御または放電制御する。  負荷電流に代えて負荷電力とすること、充電電圧の設定値を３段階以上にすること、コンパレータはヒステリシス特性をもたせること、計測値は負荷電流の移動平均値とすることを含む。【選択図】図１
2010051101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷に電力供給する系統に併設され、電気二重層キャパシタに貯蔵しておく電力を電力変換装置によって電力変換して該負荷に供給する電力貯蔵システムにおいて、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧を制御する装置は、
現在の負荷電流または負荷電力を計測する計測手段と、
前記負荷電流または負荷電力が複数の閾値で設定する負荷範囲のいずれの範囲にあるかを判定する判定手段と、
前記判定手段で判定した負荷範囲に対応させた設定電圧に切り換えて電気二重層キャパシタを充電制御または放電制御する制御手段を備えたことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
前記判定手段は、ヒステリシス特性を有して前記負荷範囲の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
【請求項３】
前記計測手段は、負荷電流または負荷電力の移動平均値を演算、更新して計測値を求めることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタを電力貯蔵媒体とする電力貯蔵システムに係り、特に電気二重層キャパシタの充電電圧制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源系統の瞬低補償装置や電気鉄道の電力回生装置などに適用される電力貯蔵システムは、一般の電力用コンデンサに比べて貯蔵できる電力容量で優れる電気二重層キャパシタを電力貯蔵媒体として利用している。
【０００３】
この種の電力貯蔵システムは、例えば図２に示す構成にされる。交流電源１から負荷２に交流電力を供給する電源系統に電力貯蔵システムを併設し、交流電源１が健全な期間は電源１から電力変換装置（インバータやＰＣＳ：パワーコンディショナ）３を通して電気二重層キャパシタ４を制御装置５に設定する電圧に充電しておき、電源１が停電した場合には電気二重層キャパシタ４を直流電源として、瞬低制御装置（図示省く）による電力変換装置３の制御で負荷２に必要な電力を供給する。
【０００４】
なお、電気二重層キャパシタ４は、停電時に補償すべき電力量からその電力容量を設計するが、交流電源１の停電は短時間で済むことが多いため、この短時間の停電のみに対応できるよう、電力容量を減らして設計される。
【０００５】
また、電気二重層キャパシタに蓄積される電力エネルギーは、その蓄電電圧の２乗に比例するため、電気二重層キャパシタに要求される電力容量を少なくするためには定格電圧以下の範囲でできるだけ高い電圧に充電した方が効率がよい。一方、電気二重層キャパシタは、充電電圧を高くすると寿命が短くなるという特性があるため、寿命を延ばすためにはできるだけ低い電圧に充電するほうがよいという、相反する特性がある。
【０００６】
このため、従来は電気二重層キャパシタは電力容量を小さくしたものを用い、その充電電圧を高く（例えば定格電圧）として電気二重層キャパシタの交換周期を早くする方式、または電気二重層キャパシタの電力容量を大きくしたものを用い、その充電電圧を低くしておくことで交換周期を遅くする方式のいずれかとしていた。
【０００７】
電気二重層キャパシタの電力容量を大きくすることなく、その長寿命化を図る手法として、電気二重層キャパシタの充電電圧を、現在の負荷電力を一定時間だけ供給できる電圧で、かつ最も低い電圧に自動調整しておくシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
この充電電圧の自動調整は、具体的には、予め設定した時間帯または時期に応じて、電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整するか、または現在の負荷電力を計測し、この負荷電力に応じて電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整する。
【特許文献１】特開２００８−１７８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電気二重層キャパシタの充電電圧を予め設定した時間帯または時期に応じて自動調整する従来方式では、充電電圧は時間帯または時期の過去の負荷電力の平均値を元に設定するのに対し、実際の負荷電力は同じ時間帯、時期でも大きく変化することが多い。この場合には充電電力容量の不足で瞬低補償時間が確保できない場合や電気二重層キャパシタの高い充電電圧調整でその寿命を縮める場合がある。
【００１０】
この点、電気二重層キャパシタの充電電圧を負荷電力に応じて自動調整する従来方式では、現在の負荷電力に応じた充電電圧に常時調整しておくことで、瞬低補償時間の確保ができ、しかも寿命を縮めることはない。しかし、電力変換装置は負荷電力の変化に応じて充放電制御を常時行っており、しかも負荷電力の変化が大きくなるほど電力変換装置による充放電電力も大きくなり、これにより電力変換装置での電力変換ロスが増大し、システムの電源効率を低下させてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、システムの電源効率を低下させることなく、電気二重層キャパシタの寿命を延ばしかつ負荷が要求する電力容量を確保できる電力貯蔵システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記の課題を解決するため、現在の負荷電流または負荷電力を計測し、この負荷電流または負荷電力が複数の閾値で設定する負荷範囲のいずれの範囲にあるかを判定し、この判定した負荷範囲に対応させた設定電圧に切り換えて電気二重層キャパシタを充電制御または放電制御するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１３】
（１）電源から負荷に電力供給する系統に併設され、電気二重層キャパシタに貯蔵しておく電力を電力変換装置によって電力変換して該負荷に供給する電力貯蔵システムにおいて、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧を制御する装置は、
現在の負荷電流または負荷電力を計測する計測手段と、
前記負荷電流または負荷電力が複数の閾値で設定する負荷範囲のいずれの範囲にあるかを判定する判定手段と、
前記判定手段で判定した負荷範囲に対応させた設定電圧に切り換えて電気二重層キャパシタを充電制御または放電制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記判定手段は、ヒステリシス特性を有して前記負荷範囲の判定を行うことを特徴とする。
【００１５】
（３）前記計測手段は、負荷電流または負荷電力の移動平均値を演算、更新して計測値を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、現在の負荷電流または負荷電力を計測し、この負荷電流または負荷電力が複数の閾値で設定する負荷範囲のいずれの範囲にあるかを判定し、この判定した負荷範囲に対応させた設定電圧に切り換えて電気二重層キャパシタを充電制御または放電制御するようにしたため、システムの電源効率を低下させることなく、電気二重層キャパシタの寿命を延ばしかつ負荷が要求する電力容量を確保できる。
【００１７】
具体的には、
（１）軽負荷時には、電気二重層キャパシタの充電電圧を下げておくことで、その延命が可能となる。
【００１８】
（２）比較的負荷が高い時には、電気二重層キャパシタの充電電圧を上げておくことで、瞬低補償時間の確保など、負荷が要求する電力容量を確保できる。
【００１９】
（３）電力変換装置による電気二重層キャパシタの充電電圧の制御は、負荷電流または負荷電力の負荷範囲に対応した少ない充放電電力で済み、電力変換装置での電力変換ロスを減らして、システムの電源効率の低下を防止できる。
【００２０】
（４）判定手段がヒステリシス特性を有して負荷範囲の判定を行うこと、計測手段が負荷電流または負荷電力の移動平均値を演算、更新して計測値を求めることにより、電力変換装置による電力変換ロスの削減効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態を示す電力貯蔵システムの要部構成図であり、図２と同等の部分は同一符号で示す。
【００２２】
負荷電流計測器６は、交流電源１から負荷２に供給する負荷電流を変流器６Ａで検出し、これを交流−直流変換器６Ｂで負荷電流（または負荷電力）に比例した直流電圧を求める。コンパレータ７は、負荷電流計測器６で計測した負荷電流が予め設定した閾値以上か未満かを判定する。
【００２３】
制御装置５は、電圧Ｖ１、Ｖ２の２つの値が設定値として設定され、これら２つの設定値Ｖ１、Ｖ２の一方を切換スイッチ５Ａで切り換え、電気二重層キャパシタ４の充電電圧設定値として充放電制御を行う。切換スイッチ５Ａは、コンパレータ７の出力で切り換え制御される。
【００２４】
以上の構成において、例えば、設定値Ｖ１＞設定値Ｖ２とすると、コンパレータ７は負荷電流が予め設定する閾値を超えたか否かを判定し、例えば「負荷電流≧定格負荷電流の５０％」の時は、切換スイッチ５Ａを設定値Ｖ１に切り換え、「負荷電流＜定格負荷電流の５０％」の時は、設定値Ｖ２に切り換え、この切り換えた設定値に電気二重層キャパシタ４を充電制御または放電制御する。
【００２５】
この充放電制御により、夜間などの負荷電流が小さい時は、電気二重層キャパシタを設定値Ｖ２に従った低い電圧に充電しておくことで、その寿命を延ばすことができる。なお、負荷電流が小さい時は、瞬低補償動作時に電気二重層キャパシタから引き出すエネルギーは小さくて済むため、直流電圧を低くしておくも、瞬低補償時間を確保することができる。
【００２６】
一方、昼間などの負荷電流が大きい時は、電気二重層キャパシタを設定値Ｖ１に従った高い電圧に充電しておくことで、大きい負荷電流での瞬低補償時間を確保することができる。
【００２７】
また、夜間の負荷電流が予想以上に大きくなった場合や、逆に昼間の負荷電流が予想以上に小さくなった場合には、これら負荷電流の変化に応じて充電電圧（設定値Ｖ１、Ｖ２）を切り換えることで、寿命と瞬低補償時間の両方について対応できる。
【００２８】
また、電気二重層キャパシタの充電電圧の制御は、負荷電流の変化に対して電力変換装置での充放電電力を少なくでき、その電力変換ロスを減らしてシステムの電源効率の低下を防止できる。
【００２９】
なお、図１の構成において、コンパレータ７は、ヒステリシス特性をもたせ、判定結果が頻繁に切り替わる、いわゆるチャタリングを防止することで、充電と放電を繰り返す無駄な電力変換を防止し、その電力変換ロスを減らすことができる。
【００３０】
また、負荷電流計測器６で検出した負荷電流の移動平均値を演算、更新しておき、この移動平均値についてコンパレータ７が負荷電流の大小を判定することで、負荷電流が一時的に変化する場合に電気二重層キャパシタを無駄に充電制御または放電制御してしまうのを防止し、その電力変換装置での電力変換ロスを減らすことができる。
【００３１】
また、実施形態では、充電電圧を２つの設定値Ｖ１、Ｖ２のいずれかに切り換える場合を示すが、負荷電流に応じて３つ以上の設定値に切り換える構成とし、負荷電流または負荷電力を複数の負荷範囲に振り分け、各負荷範囲別に充電電圧を切り換えることにより、電気二重層キャパシタの寿命と瞬低補償時間および電源効率についてより良い性能を得ることができる。
【００３２】
また、実施形態では、負荷２を交流負荷とする場合を示すが、直流電気鉄道のように、交流電源１を直流電源とし、電気車などの直流負荷をもつ電源システムに適用して負荷からの回生電力を電気二重層キャパシタの充電電力として吸収する場合に同様の作用効果を得ることができる。この場合、電力変換装置３は昇降圧チョッパ等に構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態を示す電力貯蔵システムの要部構成図。
【図２】従来の電力貯蔵システムの要部構成図。
【符号の説明】
【００３４】
１  交流電源
２  負荷
３  電力変換装置
４  電気二重層キャパシタ
５  制御装置
５Ａ  切換スイッチ
６  負荷電流計測器
７  コンパレータ
【図１】
2010051101.tif 000003
【図２】
2010051101.tif 000004