(57)【要約】【課題】電源１が健全な期間に電気二重層キャパシタ４を充電しておき、電源の停電時に電気二重層キャパシタから電力変換装置５によって電力変換して負荷２に電力を供給する電力変換システムにおいて、電気二重層キャパシタの容量を増大させることなく、その長寿命化を図る。【解決手段】電力変換装置５は時計機能付きとし、充電電圧テーブル６には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設定しておき、現在の負荷電力を電気二重層キャパシタから供給できる電圧で、かつ最も低い電圧に、電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整する。  または、現在の負荷電力を計測し、この計測値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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源が健全な期間に電気二重層キャパシタを充電しておき、電源の停電時に電気二重層キャパシタから電力変換装置によって電力変換して負荷に電力を供給する電力変換システムにおいて、
現在の負荷電力を電気二重層キャパシタから供給できる電圧で、かつ最も低い電圧に、電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整しておく充電電圧調整手段を備えたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
前記充電電圧調整手段は、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しておくことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記充電電圧調整手段は、現在の負荷電力を計測し、この計測値に応じて電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整しておくことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置を直流電源としてもつ電力変換システムに係り、特に電気二重層キャパシタを蓄電装置とする場合の長寿命化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換システムは、例えば図３に示すシステム構成にされる。交流電源１から負荷２に交流電力を供給する電源システムにおいて、交流電源１が健全な期間は電源１から電力変換装置（ＰＣＳ：パワーコンディショナ）３を通して蓄電装置（電気二重層キャパシタ）４を充電しておき、電源１が停電した場合には蓄電装置４を直流電源として、電力変換装置３から負荷２に電力を供給する。電力変換装置３は蓄電装置４ヘの充電電圧を調整する機能も有する。蓄電装置４としては、一般の電力用コンデンサに比べて電力蓄積容量が大きい電気二重層キャパシタ、または鉛蓄電池が用いられる。また、蓄電装置４の電力容量は、停電時に補償すべき電力量で選定し、電気二重層キャパシタでは一定の電圧に充電しておき、蓄電池では過充電を避けたフル充電をしておく。また、交流電源１の停電は短時間で済むことが多いため、蓄電装置４としては短時間の停電のみに対応できるよう、電力容量を減らしたものが多い。
【０００３】
ここで、蓄電装置４はその寿命が電力変換装置３に比べて大幅に短く、その長寿命化が電力変換システムの連続運転時間や稼働率を延ばすのに有効となる。蓄電装置４の長寿命化には、鉛蓄電池を採用したシステムでは、通常時には蓄電池のフル充電を無くした充電を行い、２〜３ヶ月など適当な時期にフル充電を一度行うことで蓄電池の早期劣化を防止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
蓄電装置４に電気二重層キャパシタを採用したシステムでは、その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、システムの寿命設計を優先させるにはなるべく低い電圧に充電しておく。
【特許文献１】特開２００３−９４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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の容量を削減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よい。
【０００６】
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。
【０００７】
よって、従来は電気二重層キャパシタの容量を減らす為に充電電圧を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か、電気二重層キャパシタの容量を増大して充電電圧を低くして交換周期を遅くするかのいずれかの手法が採られていた。
【０００８】
本発明の目的は、電気二重層キャパシタの容量を増大させることなく、その長寿命化を図ることができる電力変換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】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するため、現在の負荷電力を電気二重層キャパシタから供給できる電圧で、かつ最も低い電圧に、電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整しておくようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１０】
（１）電源が健全な期間に電気二重層キャパシタを充電しておき、電源の停電時に電気二重層キャパシタから電力変換装置によって電力変換して負荷に電力を供給する電力変換システムにおいて、
現在の負荷電力を電気二重層キャパシタから供給できる電圧で、かつ最も低い電圧に、電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整しておく充電電圧調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
（２）前記充電電圧調整手段は、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しておくことを特徴とする。
【００１２】
（３）前記充電電圧調整手段は、現在の負荷電力を計測し、この計測値に応じて電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整しておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のとおり、本発明によれば、現在の負荷電力を電気二重層キャパシタから供給できる電圧で、かつ最も低い電圧に、電気二重層キャパシタの充電電圧を自動調整しておくようにしたため、電気二重層キャパシタの容量を増大させることなく、その長寿命化を図ることができる。具体的には、
（１）予め設定した時間帯等で電気二重層キャパシタの充電電圧を調整することにより、充電電圧の低い時間、期間をもたせることができ、電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができる。
【００１４】
（２）負荷変動が周期的でなく、予め設定した時間で電気二重層キャパシタの充電電圧を調整できない場合において、現在の負荷電力を監視し、その電力量に応じた電圧に電気二重層キャパシタの充電電圧を調整することにより、充電電圧の低い時間、期間をもたせることができ、電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態を示す電力変換システムの構成図である。本実施形態における電力変換システムは、電気二重層キャパシタ４を蓄電装置とし、時計機能付き電力変換装置５によって電気二重層キャパシタ４の充電電圧を制御し、この充電電圧を充電電圧テーブル６に予め設定した時間帯や期間毎に自動的に変更する。
【００１６】
負荷２が工場などの設備で周期的に補償すべき電力量が変化する場合、予め設定した時間毎や期間別の充電電圧テープル６を設けておき、時計機能付き電力変換装置５が時間毎や期間別に充電電圧テーブル６を参照して充電電圧を調整する。
【００１７】
これにより、負荷２で消費する電力量が少ない期間（時間帯）は電気二重層キャパシタ４の充電電圧を低くすることが可能になり、電気二重層キャパシタ４の蓄電容量を増やすことなく、電気二重層キャパシタ４の長寿命化を図る。
【００１８】
例えば、工場等における１日の負荷電力は、稼動開始時刻から増大を始め、昼休みには減少し、午後の稼動開始から再び増大し、稼動停止で再び減少し、深夜には最小限まで減る。また、鉄鋼等の製造ラインでは、ある時間帯で負荷電力のピークを迎え、その他の時間帯では負荷電力が極端に低下する。また、負荷電力は、時間帯別に変化するほか、曜日や季節別によっても変化する。
【００１９】
このような負荷電力の時間や期間毎の変化を充電電圧テーブル６に設定しておき、負荷電力が増大する時間帯に入る直前に、時計機能付き電力変換装置５が充電電圧テーブル６から所期の充電電圧データを読み出し、このデータに従って電気二重層キャパシタ４の充電電圧を調整することにより、電気二重層キャパシタ４の長寿命化を図る。
【００２０】
なお、電源１の停電時に重要な負荷のみに電気二重層キャパシタから電力供給する電力変換システムとする場合には、電気二重層キャパシタの充電電圧は重要な負荷のみに電力供給できる値にするのが好ましい。
【００２１】
また、充電電圧を高める場合には電源１からの電力による電気二重層キャパシタ４の充電制御になり、充電電圧を下げる場合には電気二重層キャパシタ４から電力変換装置５を通した負荷２への放電制御、または抵抗器による放電制御で済むが、負荷２への放電制御が無駄な電力消費を無くすのに好適となる。
【００２２】
また、本実施形態では電力変換装置５と充電電圧テーブル６とを分離構成するため、適用するシステムの違い、すなわち負荷２の電力変化、時間帯、周期の違いにも充電電圧テーブル６のデータ変更で簡単に対応できる。
【００２３】
（実施形態２）
図２は、本実施形態を示す電力変換システムの構成図である。本実施形態では、負荷電力測定機能付き電力変換装置７と電力測定回路８とし、電力測定回路８による負荷電力の測定値に応じて電気二重層キャパシタ４の充電電圧を自動的に変更する。
【００２４】
負荷２で消費する電力量の変化が周期的でない場合、実施形態１のように時間毎に充電電圧を予め決めておくことはできない。よって、本実施形態では、電源１が負荷２に電力を供給している期間に、負荷２に供給される電力を電力測定回路８にて測定し、負荷２が要求する電力が高い場合は高い充電電圧とし、軽負荷の場合は充電電圧を低くする。
【００２５】
これにより負荷２で消費する電力量が少ない期間は充電電圧を低くすることが可能になり、電気二重層キャパシタ４の長寿命化を図る。しかも、負荷の消費電力変化がランダムに変化するシステムにも充分に対応でき、汎用性の高い蓄電電圧制御と電力供給ができる。
【００２６】
なお、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、電車などの直流負荷をもつ電源システムに適用して同等の作用効果を得ることができる。この場合、電力変換装置は昇降圧チョッパ等に構成される。
【００２７】
また、実施形態では電気二重層キャパシタ４の充電を双方向電力変換機能をもつ電力変換装置５または７で充電する場合を示すが、この充電を専用の充電回路で構成することでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１を示す電力変換システムの構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す電力変換システムの構成図。
【図３】従来の電力変換システムの構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１  交流電源
２  負荷
４  電気二重層キャパシタ
５  時計機能付き電力変換装置
６  充電電圧テーブル
７  負荷電力測定機能付き電力変換装置
８  電力測定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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