(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄電池における過充電保護回路を不要とする直流給電システムを提供する。【解決手段】直流給電システム１は、風力発電装置１０と、太陽光発電装置２０と、蓄電装置３０と、系統連係装置４０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。これらの各装置と負荷は、直流バスに接続される。系統連係装置は、更に電力系統に接続される。風力発電装置と太陽光発電装置は直流電力源の例である。風力発電装置は、所定の上限電圧以下の直流電圧を直流バスに出力する。太陽光発電装置も、同様に所定の上限電圧以下の直流電圧を直流バスに出力する。【選択図】図１
2019071749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流バスと、
充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を前記直流バスに出力する１つ以上の直流電力源と、
を備えることを特徴とする直流給電システム。
【請求項２】
直流バスと、
充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
直流電圧を前記直流バスに出力する１つ以上の直流電力源と、
前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置と、
を備えることを特徴とする直流給電システム。
【請求項３】
前記直流バスの電圧が所定の出力上限電圧より低いときに、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を備え、
前記蓄電装置に含まれる蓄電池における放電可能な最小の電圧である所定の放電終止電圧が、前記系統連係装置の出力上限電圧以上かつ前記蓄電池の過放電保護電圧以上であり、
前記蓄電装置が、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続するか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続し、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離すか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離す接続部を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記直流電力源が出力することができる最大の直流電流が、前記蓄電池を充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流給電システム。
【請求項５】
前記直流電力源を２つ以上有しており、当該２つ以上の直流電力源が同時に出力することができる直流電流の総和の最大値が、前記最大充電電流の電流値よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を供給する直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、複数の分散電源ユニットが直流バスを介して接続された分散電源システムを開示する。この分散電源システムは、直流バスの電圧変動を所定範囲内で許容し、この直流バスの電圧値に基づいて各分散電源ユニットを自律的に協調運転する。この分散電源システムは、風力発電ユニットと、太陽光発電ユニットと、電力貯蔵ユニットと、系統連係ユニットとを含む。なお、系統連係ユニットは分散電源システムの直流バスと外部の交流の電力系統との間で電力を相互に供給し合う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている電力貯蔵ユニットは、二次電池（蓄電池）を含む。蓄電池は、充電する際に過充電を防止する必要がある。このため、一般に、蓄電池は、印加される電圧が過充電保護電圧を超えると充電を停止する過充電保護回路を有する。
【０００５】
本発明の目的は、蓄電池における過充電保護回路を不要とすることができる直流給電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の直流給電システムは、
直流バスと、
充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を前記直流バスに出力する１つ以上の直流電力源と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
直流バスと、
充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧が過充電保護電圧以下である蓄電池を有する蓄電装置と、
直流電圧を前記直流バスに出力する１つ以上の直流電力源と、
前記直流バスの電圧が前記蓄電池の充電終止電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記直流バスの電圧が所定の出力上限電圧より低いときに、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を備え、
前記蓄電装置に含まれる蓄電池における放電可能な最小の電圧である所定の放電終止電圧が、前記系統連係装置の出力上限電圧以上かつ前記蓄電池の過放電保護電圧以上であり、
前記蓄電装置が、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続するか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧以上であるときに前記蓄電池を前記直流バスに接続し、前記直流バスの電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離すか、または前記蓄電地の正極端子と負極端子の間の電圧が前記放電終止電圧よりも低いときに前記蓄電池を前記直流バスから切り離す接続部を有する、
ことを特徴とする
【０００９】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記直流電力源が出力することができる最大の直流電流が、前記蓄電池を充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記直流電力源を２つ以上有しており、当該２つ以上の直流電力源が同時に出力することができる直流電流の総和の最大値が、前記最大充電電流の電流値よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蓄電池における過充電保護回路を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図１の直流給電システムに含まれる蓄電装置の構成の一例を示す図である。図２（Ａ）は、スイッチが高電位ライン側に設けられている例を示す。図２（Ｂ）は、スイッチが低電位ライン側に設けられている例を示す。
【図３】図１の直流給電システムに含まれる風力発電装置の構成の一例を示す図である。
【図４】図１の直流給電システムに含まれる太陽光発電装置の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。
【図６】図５の直流給電システムに含まれる電力消費装置の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。
【図８】図７の直流給電システムに含まれる蓄電装置の構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る直流給電システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流給電システム１の構成の一例を示す。
直流給電システム１は、風力発電装置１０と、太陽光発電装置２０と、蓄電装置３０と、系統連係装置４０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
これらの各装置１０，２０，３０，４０と負荷９０は、直流バス１００に接続される。系統連係装置４０は、更に電力系統２００に接続される。
風力発電装置１０と太陽光発電装置２０は本発明の直流電力源の例である。風力発電装置１０は、所定の上限電圧以下の直流電圧を直流バス１００に出力する。太陽光発電装置２０も、同様に所定の上限電圧以下の直流電圧を直流バス１００に出力する。
系統連係装置４０は、直流バス１００の電圧が所定の出力上限電圧より低いときに、交流の電力系統２００から供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流バス１００に出力する。なお、系統連係装置４０は、本発明の直流電力源に含まれない。
【００１５】
図２に示すように、蓄電装置３０は、蓄電池３１と、充電電流制限回路３２と、制御部３３と、スイッチＳＷとを含む。
風力発電装置１０と太陽光発電装置２０が出力する最大の電圧は、蓄電装置３０の充電終止電圧との関係で定められる。
充電終止電圧は、蓄電池３１を充電可能な最大の電圧である。充電終止電圧は、蓄電池３１の過充電を防止するための過充電保護電圧以下に定められる。また、放電終止電圧は、蓄電池３１が放電可能な最小の電圧である。放電終止電圧は、系統連係装置４０の出力上限電圧以上であり、かつ蓄電池３１の過放電を防止するための過放電保護電圧以上である所定の電圧に定められる。なお、蓄電池３１の過充電保護電圧は（セル毎の過充電保護電圧）×セル数であり、その過放電保護電圧は（セル毎の過放電保護電圧）×セル数である。
充電電流制限回路３２は、蓄電池３１に入力される電流が充電可能な最大の電流を超えないように蓄電池３１の入力電流を制限する。
【００１６】
制御部３３とスイッチＳＷとは、本発明の蓄電装置に含まれる接続部の例である。スイッチＳＷは、例えば、リレーまたは半導体スイッチング素子で実現することができる。制御部３３は、直流バス１００の電圧が放電終止電圧以上であるときにスイッチＳＷを閉じて蓄電池３１を直流バス１００に接続する。または、制御部３３は、蓄電池３１の正極端子と負極端子の間の電圧が放電終止電圧以上であるときにスイッチＳＷを閉じて蓄電池３１を直流バス１００に接続する。また、制御部３３は、直流バス１００の電圧が放電終止電圧よりも低いときにスイッチＳＷを開いて蓄電池３１を直流バス１００から切り離す。または、制御部３３は、蓄電池３１の正極端子と負極端子の間の電圧が放電終止電圧よりも低いときにスイッチＳＷを開いて蓄電池３１を直流バス１００から切り離す。
なお、スイッチＳＷは、図２（Ａ）に示すように高電位ラインＬＨ側に設けられていてもよいし、図２（Ｂ）に示すように低電位ラインＬＬ側に設けられていてもよい。また、高電位ラインＬＨ側と低電位ラインＬＬ側の両方に設けられていてもよい。
【００１７】
直流電力源は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス１００に出力する。
風力発電装置１０は、図３に示すように、風力発電機１１と、制御部１２と、スイッチＳＷとを含む。制御部１２は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の充電終止電圧よりも低いときにのみ、スイッチＳＷを閉じて風力発電機１１を直流バス１００に接続し、直流電流を直流バス１００に出力する。なお、風力発電装置１０が制御部１２とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。風力発電装置１０は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電流を直流バス１００に出力する風力発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、風力発電装置１０は、蓄電池３１の充電終止電圧まで電圧を出力することができる風力発電装置であってもよい。
太陽光発電装置２０は、図４に示すように、太陽電池２１と、制御部２２と、スイッチＳＷとを含む。制御部２２は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の充電終止電圧よりも低いときにのみ、スイッチＳＷを閉じて太陽電池２１を直流バス１００に接続し、直流電流を直流バス１００に出力する。なお、太陽光発電装置２０が制御部２２とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。太陽光発電装置２０は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電流を直流バス１００に出力する太陽光発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、太陽光発電装置２０は、蓄電池３１の充電終止電圧まで電圧を出力することができる太陽光発電装置であってもよい。
【００１８】
例えば、蓄電池３１のセル数が５３個、セル毎の過充電保護電圧が２．２５Ｖ、セル毎の過放電保護電圧が１．９Ｖのとき、蓄電池３１の過充電保護電圧は１１９．２５Ｖであり、その過放電保護電圧は１００．７Ｖである。従って、蓄電池３１の充電終止電圧は１１９．２５Ｖ以下に定められ、その放電終止電圧は１００．７Ｖ以上に定められる。
このとき、風力発電装置１０と太陽光発電装置２０は、直流バス１００の電圧が１１９．２５Ｖよりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス１００に出力する。このように、風力発電装置１０と太陽光発電装置２０は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の過充電保護電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス１００に出力する。従って、第１の実施形態に係る直流給電システム１では、蓄電装置３０に過充電保護回路が不要となる。
【００１９】
なお、仮に、直流バス１００の電圧が放電終止電圧（例えば、１００．７Ｖ）まで低下したときに、電力系統２００が直流電圧を出力するならば、蓄電装置３０において制御部３３とスイッチＳＷは不要である。しかし、電力系統２００は、停電や短絡事故等の異常事態が発生した場合に、その電圧が低下するおそれがある。このような場合に蓄電池３１の過放電を防ぐ必要がある。このため、蓄電装置３０は制御部３３とスイッチＳＷを備えることが必要である。
【００２０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る直流給電システム２の構成の一例を示す。
直流給電システム２は、風力発電装置１０Ａと、太陽光発電装置２０Ａと、蓄電装置３０と、系統連係装置４０と、電力消費装置５０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
第２の実施形態に係る直流給電システム２は、風力発電装置１０Ａと太陽光発電装置２０Ａが第１の実施形態に係る直流給電システム１と異なる。また、第２の実施形態に係る直流給電システム２は、電力消費装置５０を有する点が第１の実施形態に係る直流給電システム１と異なる。その他の点では、直流給電システム２と直流給電システム１は同一の構成である。
【００２１】
風力発電装置１０Ａは、通常の一般的な風力発電機である。風力発電装置１０Ａには出力電圧の上限に特に制限はない。風力発電装置１０Ａは、この点が第１の実施形態に係る風力発電装置１０と異なる。
太陽光発電装置２０Ａは、太陽電池を含む通常の一般的な太陽光発電装置である。太陽光発電装置２０Ａには出力電圧の上限に特に制限はない。太陽光発電装置２０Ａは、この点が第１の実施形態に係る太陽光発電装置２０と異なる。
なお、風力発電装置１０Ａと太陽光発電装置２０Ａは、本発明の直流電力源の別の例である。
【００２２】
電力消費装置５０は、直流バス１００の電圧が蓄電池３１を充電可能な最大の電圧である所定の充電終止電圧以上であるときに、直流バス１００の電力を消費する。
図６に示すように、電力消費装置５０は、抵抗素子５１と、制御部５２と、スイッチＳＷとを含む。直流バス１００の直流電圧が充電終止電圧以上であるとき、制御部５２はスイッチＳＷを閉じて抵抗素子５１を直流バス１００に接続する。このとき、抵抗素子５１は直流バス１００の電力を消費する。このため、直流バス１００の電圧は蓄電池３１の充電終止電圧を超えることがない。従って、第２の実施形態に係る直流給電システム２でも、第１の実施形態に係る直流給電システム１と同様に、蓄電装置３０に過充電保護回路を設ける必要がない。
【００２３】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る直流給電システム３の構成の一例を示す。
直流給電システム３は、風力発電装置１０Ｂと、太陽光発電装置２０Ｂと、蓄電装置３０Ａと、系統連係装置４０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
第３の実施形態に係る直流給電システム３は、風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂと蓄電装置３０Ａが第１の実施形態に係る直流給電システム１の風力発電装置１０と太陽光発電装置２０と蓄電装置３０と異なる。その他の点では、直流給電システム３と直流給電システム１は同一の構成である。
【００２４】
風力発電装置１０Ｂは、所定の最大出力電流以下の直流電流を直流バス１００に出力する。同様に、太陽光発電装置２０も、所定の最大出力電流以下の直流電流を直流バス１００に出力する。なお、風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂの最大出力電流は同一である場合もあるし、異なる場合もある。風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂは本発明の直流電力源の更に別の例である。
また、風力発電装置１０Ｂおよび太陽光発電装置２０Ｂが、直流バス１００の電圧が蓄電池３１の充電終止電圧よりも低いときにのみ、直流電圧を直流バス１００に出力する点は、第１の実施形態に係る風力発電装置１０および太陽光発電装置２０と同一である。
【００２５】
図８に示すように、蓄電装置３０Ａは、蓄電池３１Ａと、制御部３３と、スイッチＳＷとを含む。
蓄電池３１Ａには、充電時に所定の最大充電電流までの電流を流すことができる。風力発電装置１０Ｂの最大出力電流はその最大充電電流よりも小さい。同様に、太陽光発電装置２０Ｂの最大出力電流もその最大充電電流よりも小さい。更に、風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂが同時に出力することができる直流電流の和の最大値（１つ以上の直流電力源が同時に出力することができる直流電流の総和の最大値）は最大充電電流の電流値よりも小さい。
【００２６】
蓄電池３１Ａの最大充電電流の電流値は、風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂが同時に出力することができる直流電流の和の最大値よりも大きい。このため、充電の際に最大充電電流を超える電流が蓄電池３１Ａに流れることはない。
系統連係装置４０は、電力系統２００から直流バス１００に、蓄電池３１Ａの最大充電電流をはるかに超える大きな電流を流すことができる。しかし、蓄電池３１Ａは、直流バス１００の電圧が放電終止電圧よりも高いときにのみ、直流バス１００に接続される。または、蓄電池３１Ａは、蓄電池３１Ａの正極端子と負極端子の間の電圧が放電終止電圧よりも高いときにのみ、直流バス１００に接続される。そして、系統連係装置４０は直流バス１００の電圧が放電終止電圧より低いときに直流バス１００に直流電圧を出力する。このため、電力系統２００から系統連係装置４０を通って直流バス１００に流れる電流により、蓄電池３１Ａが充電されることはない。
このため、第３の実施形態に係る直流給電システム３では、蓄電池３１Ａにおいて充電電流を制限する必要がない。従って、第３の実施形態に係る直流給電システム３では、蓄電装置３０Ａに充電電流制限回路を設ける必要がなく、リレーまたは半導体スイッチング素子等のスイッチ素子のみを介して蓄電池３１Ａを直流バス１００に接続することができる。
なお、直流給電システム３は風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂを有するが、直流給電システム３は風力発電装置１０Ｂと太陽光発電装置２０Ｂのいずれか一方のみを有していてもよい。この場合、そのいずれか一方が出力することができる最大の直流電流は、蓄電池３１Ａを充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さい。
【００２７】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る直流給電システム４の構成の一例を示す。
直流給電システム４は、風力発電装置１０Ｃと、太陽光発電装置２０Ｃと、蓄電装置３０Ａと、系統連係装置４０と、電力消費装置５０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
第４の実施形態に係る直流給電システム４は、風力発電装置１０Ｃと太陽光発電装置２０Ｃが第２の実施形態に係る直流給電システム２の風力発電装置１０Ａと太陽光発電装置２０Ａと異なる。また、第４の実施形態に係る直流給電システム４は、蓄電装置３０Ａが第３の実施形態に係る直流給電システム３のものと同一である点が、第２の実施形態に係る直流給電システム２と異なる。その他の点では、直流給電システム４と直流給電システム２は同一の構成である。
【００２８】
風力発電装置１０Ｃは、出力電圧の上限に特に制限はない点が第３の実施形態に係る風力発電装置１０Ｂと異なる。この点を除き、風力発電装置１０Ｃは、風力発電装置１０Ｂと同一である。
太陽光発電装置２０Ｃも、出力電圧の上限に特に制限はない点が第３の実施形態に係る太陽光発電装置２０Ｂと異なる。この点を除き、太陽光発電装置２０Ｃは、太陽光発電装置２０Ｂと同一である。
なお、風力発電装置１０Ｃと太陽光発電装置２０Ｃは本発明の直流電力源の更に別の例である。
また、直流給電システム４は風力発電装置１０Ｃと太陽光発電装置２０Ｃを有するが、直流給電システム４は風力発電装置１０Ｃと太陽光発電装置２０Ｃのいずれか一方のみを有していてもよい。この場合、そのいずれか一方が出力することができる最大の直流電流は、蓄電池３１Ａを充電可能な最大の電流である最大充電電流よりも小さい。
【００２９】
図３と図４と図６と図８では、それぞれ風力発電装置１０と太陽光発電装置２０と電力消費装置５０と蓄電装置３０Ａとについて、スイッチＳＷが高電位ラインＬＨ側に設けられていている例を示したが、これらの各装置１０、２０、５０、３０Ａでも図２の蓄電装置３０と同様に、スイッチＳＷは低電位ラインＬＬ側に設けられていてもよいし、高電位ラインＬＨ側と低電位ラインＬＬ側の両方に設けられていてもよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、直流電力源が風力発電装置と太陽光発電装置である例を示したが、本発明の直流給電システムは風力発電装置と太陽光発電装置のいずれか一方のみを有していてもよい。また、本発明の直流給電システムは風力発電装置と太陽光発電装置以外の直流電力源を備えてもよいし、直流電力源を１つのみ備えてもよいし、直流電力源を３つ以上備えてもよい。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、蓄電池における過充電保護回路を不要とすることができる。
また、本発明によれば、蓄電池における充電電流の制限を不要とすることができる。例えば、風力発電機は風速に応じて出力電流が大きく変動する。直流給電システムがこのような直流電流源を含む場合に本発明は特に有効である。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１，２，３，４…直流給電システム、１０，１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ…風力発電装置、１１…風力発電機、１２…風力発電装置の制御部、２０，２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃ…太陽光発電装置、２１…太陽電池、２２…太陽光発電装置の制御部、３０，３０Ａ…蓄電装置、３１，３１Ａ…蓄電池、３２…充電電流制限回路、３３…蓄電装置の制御部、４０…系統連係装置、５０…電力消費装置、５１…抵抗素子、５２…電力消費装置の制御部、９０…負荷、１００…直流バス、２００…交流の電力系統、ＳＷ…スイッチ、ＬＨ…高電位ライン、ＬＬ…低電位ライン
【図１】
2019071749.tif 000003
【図２】
2019071749.tif 000004
【図３】
2019071749.tif 000005
【図４】
2019071749.tif 000006
【図５】
2019071749.tif 000007
【図６】
2019071749.tif 000008
【図７】
2019071749.tif 000009
【図８】
2019071749.tif 000010
【図９】
2019071749.tif 000011