(57)【要約】【課題】空調機やヒータ等を用いずに、温度低下による蓄電媒体の内部抵抗の増大および容量の低下を回避し、効率的に蓄電媒体を運用する。【解決手段】蓄電装置は、系統に接続されたインバータＩＮＶと、インバータＩＮＶの直流側に接続された平滑コンデンサＣ１と、内部抵抗を有する蓄電媒体２と、平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２との間に接続されるＤＣ／ＤＣチョッパ１と、ＤＣ／ＤＣチョッパ１の作動を制御する制御装置４と、を備える。前記インバータＩＮＶは、平滑コンデンサ電圧一定制御を行う。前記制御装置４は、蓄電媒体２の温度が予め設定された設定値以下になったとき、ＤＣ／ＤＣチョッパ１の出力電圧を上下させて、平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２との間で充放電を繰り返す。【選択図】図１
2015077012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統に接続されたインバータと、
インバータの直流側に接続された平滑コンデンサと、
内部抵抗を有する蓄電媒体と、
平滑コンデンサと蓄電媒体との間に接続されるＤＣ／ＤＣチョッパと、
ＤＣ／ＤＣチョッパの作動を制御する制御装置と、を備えた蓄電装置であって、
前記インバータは、平滑コンデンサ電圧一定制御を行い、
前記制御装置は、蓄電媒体の温度が予め設定された設定値以下になったとき、ＤＣ／ＤＣチョッパの出力電圧を上下させて、平滑コンデンサと蓄電媒体との間で充放電を繰り返させることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
系統に接続されたインバータと、
インバータの直流側に接続された蓄電媒体と、
前記インバータの作動を制御する制御装置と、を備えた蓄電装置であって、
前記制御装置は、蓄電媒体の温度が予め設定された設定値以下になったとき、インバータの出力電圧を上下させて、系統と蓄電媒体との間で充放電を繰り返させ、系統電圧が高い時の放電量は放電されたエネルギーがインバータのスイッチング損失で消費される量であることを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 系統の電圧補償装置や、系統の電力量を充放電により調整し系統を安定させる装置などに設置された蓄電媒体の温度保持技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電媒体として電気二重層キャパシタを使用した瞬低補償装置が特許文献１に開示されている。図１３に示すように、特許文献１は、電気二重層キャパシタの温度検出値に応じた短時間定格仕様の補償時間を満たす電圧設定値でキャパシタを充電するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓄電媒体（例えば、電気二重層キャパシタ）の内部抵抗は、温度が低いほど大きい値となることが知られている。このため、蓄電媒体に蓄積されたエネルギーを効率良く取り出すためには内部抵抗を極力小さくする必要がある。このため、空調機やヒータ等を用いて蓄電媒体の周囲温度を調節していることが多い。
【０００５】
しかしながら、空調機やヒータ等による蓄電媒体の温度上昇では、周囲温度を上昇させることで蓄電媒体を加温するため、直接、蓄電媒体を暖められていないことによる損失がある。また、設置環境によりヒータ量の調節が必要となる問題もある。さらに、空調機やヒータ等を設置することにより、装置のコストアップ，設置スペースの増加といった問題も生じていた。
【０００６】
以上示したようなことから、蓄電媒体を使用した蓄電装置において、空調機やヒータ等を用いずに、温度低下による蓄電媒体の内部抵抗の増大および容量の低下を回避し、効率的に蓄電媒体を運用することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、系統に接続されたインバータと、インバータの直流側に接続された平滑コンデンサと、内部抵抗を有する蓄電媒体と、平滑コンデンサと蓄電媒体との間に接続されるＤＣ／ＤＣチョッパと、ＤＣ／ＤＣチョッパの作動を制御する制御装置と、を備えた蓄電装置であって、前記インバータは、平滑コンデンサ電圧一定制御を行い、前記制御装置は、蓄電媒体の温度が予め設定された設定値以下になったとき、ＤＣ／ＤＣチョッパの出力電圧を上下させて、平滑コンデンサと蓄電媒体との間で充放電を繰り返させることを特徴とする。
【０００８】
また、その他の態様として、系統に接続されたインバータと、インバータの直流側に接続された蓄電媒体と、前記インバータの作動を制御する制御装置と、を備えた蓄電装置であって、前記制御装置は、蓄電媒体の温度が予め設定された設定値以下になったとき、インバータの出力電圧を上下させて、系統と蓄電媒体との間で充放電を繰り返させ、系統電圧が高い時の放電量は放電されたエネルギーがインバータのスイッチング損失で消費される量であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蓄電媒体を使用した蓄電装置において、空調機やヒータ等を用いずに、温度低下による蓄電媒体の内部抵抗の増大および容量の低下を回避し、効率的に蓄電媒体を運用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における蓄電装置を示すブロック図。
【図２】実施形態１における蓄電装置の充放電動作を示すフローチャート。
【図３】実施形態１における蓄電装置の充放電動作を示すタイムチャート。
【図４】通常時における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図５】低温時における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図６】実施形態２における蓄電装置を示すブロック図。
【図７】通常時における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図８】電圧補償時および電力不足時における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図９】電圧補償後および系統余剰電力時における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図１０】実施形態２における蓄電装置の充放電動作を示すフローチャート。
【図１１】低温時における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図１２】低温時（系統への放電不可時）における蓄電装置の状態を示すブロック図。
【図１３】従来の瞬低補償装置の一例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明における蓄電装置の実施形態１，２を図１〜図１２に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
［実施形態１］
図１は、本実施形態１における蓄電装置を示すブロック図である。図１に示すように、蓄電装置は、インバータＩＮＶと、平滑コンデンサＣ１と、ＤＣ／ＤＣチョッパ１と、蓄電媒体２と、蓄電媒体２の温度を検出する温度センサ３と、制御装置４と、を備えている。
【００１３】
インバータＩＮＶは、系統に接続され、平滑コンデンサ電圧一定制御を行う。平滑コンデンサＣ１の電圧が低い場合は系統の交流電圧を直流電圧に変換して平滑コンデンサＣ１に供給し、平滑コンデンサＣ１を充電する。一方、平滑コンデンサ電圧が高い場合は、平滑コンデンサＣ１の直流電圧を交流電圧に変換して系統に供給する。
【００１４】
平滑コンデンサＣ１は系統の交流電圧から変換された直流電圧を平滑化する。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣチョッパ１は、図示しないコイル，トランジスタ，コンデンサを用いて構成される。ＤＣ／ＤＣチョッパ１は、直流電圧をコイル等を用いて昇降圧する機能を有する。例えば、トランジスタのスイッチング動作に応じて流れる電流をコイルに電磁エネルギーとして蓄積し、さらに、その電磁エネルギーをコンデンサに電荷を蓄積することで昇圧を行う。ＤＣ／ＤＣチョッパ１は、周知であるため、その詳細については説明を省略する。
【００１６】
蓄電媒体２は、例えば、電気二重層キャパシタであり、大容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサである。
【００１７】
制御装置４は、系統の電圧を監視する電圧監視部４ａと、温度センサ３により検出された蓄電媒体２の温度と予め設定された設定温度とを比較する温度感知部４ｃと、温度感知部４ｃの比較結果に基づいてＤＣ／ＤＣチョッパ１に充放電信号を出力する充放電信号出力部４ｂと、を備えている。
【００１８】
前記蓄電装置は、系統の電力量を充放電により調整し、系統を安定させる。次に、充放電動作の運転について、図２のフローチャート，図３のタイムチャート，図４，図５のブロック図に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
まず、Ｓ１において、温度感知部４ｃにより、蓄電媒体２の温度が設定温度より低いか否かを判定する。蓄電媒体２の温度が設定温度以上の場合は、図４に示すように、 ＤＣ／ＤＣチョッパ１の動作を停止し、平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２との間で充放電を行わず、待機状態とする。
【００２０】
蓄電媒体２の温度が設定温度よりも低い場合は、Ｓ２において、充放電信号出力部４ｂからＤＣ／ＤＣチョッパ１に充放電信号を出力し、ＤＣ／ＤＣチョッパ１を動作させる。図３，図５に示すように、ＤＣ／ＤＣチョッパ１のスイッチング動作により平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２との間で充放電を繰り返し行い、蓄電媒体２の内部抵抗により蓄電媒体２の温度を上昇させる。
【００２１】
Ｓ３において、温度感知部４ｃにより、蓄電媒体２の温度が設定温度よりも高いか否かを判定する。蓄電媒体２の温度が設定温度以下の場合は、Ｓ２に戻り、再度、平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２との間で充放電を行う。
【００２２】
Ｓ３において、蓄電媒体２の温度が設定温度よりも高いと判断された場合は、ＤＣ／ＤＣチョッパ１を停止させる。このように、上記Ｓ１〜Ｓ４の処理により蓄電媒体２が設定温度以下の状態を回避することができる。
【００２３】
ここで、平滑コンデンサＣ１，蓄電媒体２の平均電圧は一定にする。平滑コンデンサＣ１に電流ｉを流すと電圧変化は以下の（１）式となる。平均電圧を一定にするには、充電電流による電流増加分である以下の（２）式と放電電流による電圧減少分である以下の（３）式は同じとする必要がある。
【００２４】
【数１】
2015077012.tif 000003
【００２５】
例えば、充電時間と放電時間を同じ値するならば同一電流値 の充放電電流指令値とすればよい。
【００２６】
本実施形態１は、電気二重層キャパシタ等の蓄電媒体２は充放電による劣化が少ない特性を利用し、ＤＣ／ＤＣチョッパ１により、平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２との間で微小な充放電を繰り返すことで蓄電媒体２の内部抵抗により、蓄電媒体２本体の温度を上昇させるものである。
【００２７】
本実施形態１における蓄電装置によれば、温度低下による蓄電媒体２の内部抵抗の増大を回避するとともに、蓄電媒体２の容量の低下を回避し、効率的な蓄電媒体２の運用が可能となる。
【００２８】
また、従来の回路方式を変更する必要がない。さらに、空調機やヒータ等を設置する必要がないため、装置のコストアップ，設置スペースの増加を抑制することが可能となる。
【００２９】
さらに、ＤＣ／ＤＣチョッパ１を動作させること、平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２に平均電流ゼロを流すことで損失（スイッチング損失，内部抵抗による損失）が発生する。インバータＩＮＶが停止していれば、長い間充放電を繰り返すことにより平滑コンデンサＣ１と蓄電媒体２の直流電圧は低下する。しかし、インバータＩＮＶはコンデンサ電圧一定制御を行っているため、損失分を補充し平滑コンデンサＣ１での電圧低下は生じない。この動作は瞬低補償装置では常時行われている動作である。
【００３０】
また、上記動作において、前記（２）式の充電電流による電流増加分ΔＶまたは前記（３）式の放電電流による電流減少分ΔＶが大きいと平滑コンデンサ電圧が上昇または下降してしまう。このような場合も、インバータＩＮＶは平滑コンデンサ電圧 一定制御を行っているため、充電電流による電流増加分ΔＶが大きい場合は系統へ電流を流入し、放電電流による電流減少分ΔＶが大きい場合は系統から電流が流出されることとなる。
【００３１】
［実施形態２］
次に、本実施形態２における蓄電装置について説明する。以下、実施形態１と同様の箇所は説明を省略し、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。図６に示すように、本実施形態２における蓄電装置は、インバータＩＮＶと蓄電媒体２と、温度センサ３と、制御装置４と、を備える。系統に瞬時電圧低下・瞬時停電が発生した時、インバータＩＮＶを介して蓄電媒体２に蓄電された電気エネルギーを系統に供給することで瞬低補償を行う。
【００３２】
通常運転時は、図７に示すように、インバータＩＮＶを停止し、蓄電媒体２の充放電を行わず、待機状態とする。
【００３３】
系統に電圧補償を行う場合、または、系統の電力不足時には、図８に示すように、インバータＩＮＶを動作させて、蓄電媒体２の放電を行う。
【００３４】
電圧補償後または、系統余剰電力時には、図９に示すように、インバータＩＮＶを動作させて蓄電媒体２への充電を行う。
【００３５】
次に、図１０，図１１，図１２に基づいて充放電動作を説明する。
【００３６】
まず、Ｓ１１において、温度感知部４ｃにより蓄電媒体２の温度が設定温度よりも低いか否かを判定する。蓄電媒体２の温度が設定温度以上の場合は、図７に示すように、インバータＩＮＶを停止し、蓄電媒体２の充放電を行わず、待機状態とする。
【００３７】
蓄電媒体２の温度が設定温度よりも低い場合は、Ｓ１２において、充放電信号出力部４ｂからインバータＩＮＶに充放電信号を出力し、インバータＩＮＶを動作させる。図１１に示すように、インバータＩＮＶの動作により系統と蓄電媒体２との間で充放電を繰り返し行い、蓄電媒体２の内部抵抗により温度を上昇させる。
【００３８】
次に、Ｓ１３において、電圧監視部４ａにより、系統電圧が上昇しているか否かを判定する。系統電圧が予め設定された閾値よりも高い場合はＳ１４へ移行し、系統電圧が閾値以下の場合はＳ１５へ移行する。
【００３９】
Ｓ１４では、図１２に示すように、充放電信号出力部４ｂからの充放電信号を切り換えて、放電容量を減少させる。このとき、蓄電媒体２からの放電量は、放電されたエネルギーがインバータＩＮＶのスイッチング損失のみで消費され、系統へ流出されない量とする。
【００４０】
Ｓ１５において、温度感知部４ｃにより、蓄電媒体２の温度が設定温度よりも高いか否かを判定する。蓄電媒体２の温度が設定温度以下の場合は、Ｓ１２に戻り、再度、系統と蓄電媒体２との間で充放電を行う。
【００４１】
Ｓ１５において、蓄電媒体２の温度が設定値よりも高いと判断された場合は、インバータＩＮＶを停止させる。このように、蓄電媒体２が設定温度より低い状態を回避することができる。
【００４２】
以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００４３】
また、系統電圧が高い場合は、放電量をスイッチング損失のみの量とすることにより、系統電圧が上昇することを抑制することが可能となる。
【００４４】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００４５】
例えば、実施形態では、蓄電媒体２として電気二重層キャパシタを例示したが、二次電池等でも良い。
【符号の説明】
【００４６】
ＩＮＶ…インバータ
Ｃ１…平滑コンデンサ
１…ＤＣ／ＤＣチョッパ
２…蓄電媒体
４…制御装置
【図１】
2015077012.tif 000004
【図２】
2015077012.tif 000005
【図３】
2015077012.tif 000006
【図４】
2015077012.tif 000007
【図５】
2015077012.tif 000008
【図６】
2015077012.tif 000009
【図７】
2015077012.tif 000010
【図８】
2015077012.tif 000011
【図９】
2015077012.tif 000012
【図１０】
2015077012.tif 000013
【図１１】
2015077012.tif 000014
【図１２】
2015077012.tif 000015
【図１３】
2015077012.tif 000016