(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流発電装置と、
前記直流発電装置の発電電力を変換または消費する負荷装置と、
前記直流発電装置と前記負荷装置とを接続する電力ラインと、
前記電力ラインに設けられ、前記直流発電装置が供給する電流が流れる方向とは逆方向へ電流が流れることを防止するダイオードと、
を有する発電システムと組み合わされる蓄電装置であって、
前記負荷装置と前記ダイオードとの間にある前記電力ラインと、蓄電池とに接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電流値が電流指令値と一致するように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する定電流制御と、前記電力ラインの電圧値が電圧指令値と一致するように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する定電圧制御とを実行可能であり、前記直流発電装置の動作状況に基づき、実行する制御を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
設定された値を前記定電圧制御における前記電圧指令値として管理する機能と、前記直流発電装置の発電電力の大きさを示す指標値を特定する特定処理を行う機能とを有し、
前記定電圧制御の実行中に、前記指標値が規定値以上となったときに、前記定電流制御を開始する
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記特定処理が、前記電力ラインの、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの接続箇所よりも前記直流発電装置側の部分を流れる電流の大きさを測定し、測定結果を前記指標値として特定する処理である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記特定処理が、前記電力ラインの、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの接続箇所よりも前記直流発電装置側の部分を流れる電流の大きさと、前記電力ラインの電圧値とを測定し、測定結果から算出した電力値を前記指標値として特定する処理である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記負荷装置は、前記直流発電装置が発電した電力を変換するパワーコンディショナであり、
前記制御部は、前記パワーコンディショナから、前記パワーコンディショナの運転可能電圧範囲の下限値を特定することができる情報を取得し、取得した情報に基づき決定した値を前記電圧指令値として管理する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池とパワーコンディショナとを組み合わせた太陽光発電システムを、商用電力系統及び負荷（電力使用機器群）に接続することが盛んに行われている。
【０００３】
太陽光発電システム用の一般的なパワーコンディショナ（以下、ＰＣＳとも表記する）は、最大電力点追従制御を行う機能を有している。そのため、一般的な太陽光発電システムでは、太陽電池から最大電力を取り出すことが可能である。ただし、売電している太陽光発電システムでは、出力抑制により、太陽電池の発電電力を全て利用できないこと、つまり、太陽電池が出力可能な最大電力よりも少ない電力しか太陽電池から取り出されないことがある。また、売電していない太陽光発電システムでも、負荷の消費電力が少ない場合には、太陽電池の発電電力を全て利用することはできない。
【０００４】
そのため、既存の太陽光発電システムに、蓄電池を追加し、当該蓄電池に余剰電力を蓄えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、蓄電池の充電には、直流電圧が必要とされるので、太陽光発電システムに蓄電池を追加する場合には、通常、図１に模式的に示してあるように、太陽電池（ＰＶ）３０とＰＣＳ３２とを接続する電力ライン３５に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０を介して蓄電池２０が接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３８５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示したシステム内の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４０（以下、コンバータ４０とも表記する）の制御装置（図示略）による制御手順としては以下のものが考えられる。
・ＰＶ３０が発電している期間中は、ＰＣＳ３２へ一定量の電力が入力されるように（つまり、ＰＶ３０の発電電力中の一定量の電力がＰＣＳ３２へ供給され、残りの電力で蓄電池２０が充電されるように）、コンバータ４０を制御する。
・ＰＶ３０が発電していない期間中は、ＰＣＳ３２の入力電圧が所定電圧となるように、コンバータ４０を制御する。
【０００７】
すなわち、ＰＶ３０が発電している期間中は、コンバータ４０を定電流制御し、ＰＶ３０が発電していない期間中は、コンバータ４０を定電圧制御することが考えられる。そのようにコンバータ４０を制御すれば、ＰＶ３０が発電している期間中（ＰＶ３０の発電電力が負荷４４の消費電力よりも大きいとき等）の余剰電力で蓄電池２０を充電し、ＰＶ２０が発電していない期間中に、蓄電池２０からの電力を、単独で又は系統４２からの電力と共に負荷４４に供給することができる。従って、上記制御によれば、ＰＶ３０の発電能力の有効利用を図れることになる。
【０００８】
ただし、上記制御は、定電圧制御中にＰＶ３０が発電を再開していても、ＰＶ３０の出力電圧ＶＰＶが、定電圧制御により制御されている電圧（“所定電圧”）より低い間は、ＰＶ３０の発電電力を利用できないものとなっている。
【０００９】
具体的には、図１に示してあるように、ＰＶ３０とＰＣＳ３２とを接続する電力ライン３５の途中には、通常、ＰＶ３０への逆流を防止するための逆流防止ダイオード３６が設けられている。従って、ＰＶ３０が発電を再開していても、ＰＶ３０の出力電圧ＶＰＶが、電力ライン３５の電圧ＶＰＬより低い間は、ＰＶ３０からＰＣＳ３２側へ電力は供給されない。そして、定電圧制御では、電圧ＶＰＬが所定電圧に制御されるので、定電圧制御中にＰＶ３０が発電を再開していても、ＰＶ３０の出力電圧ＶＰＶが所定電圧より低い間は、ＰＶ３０の発電電力を利用できないのである。
【００１０】
発電再開時における発電電力を有効に利用できないという上記問題は、蓄電装置を追加するシステムが、直流発電装置と、直流発電装置の発電電力を変換または消費する負荷装置と、直流発電装置と負荷装置とを接続する電力ラインと、電力ラインに設けられ、直流発電装置が供給する電流が流れる方向とは逆方向へ電流が流れることを防止するダイオードと、を有する発電システムであれば、生じるものである。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、直流発電装置と、直流発電装置の発電電力を変換または消費する負荷装置と、直流発電装置と負荷装置とを接続する電力ラインと、電力ラインに設けられ、直流発電装置が供給する電流が流れる方向とは逆方向へ電流が流れることを防止するダイオードと、を有する発電システムと組み合わされる蓄電装置であって、直流発電装置の発電再開時における発電電力を有効に利用できる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の、直流発電装置と、前記直流発電装置の発電電力を変換または消費する負荷装置と、前記直流発電装置と前記負荷装置とを接続する電力ラインと、前記電力ラインに設けられ、前記直流発電装置が供給する電流が流れる方向とは逆方向へ電流が流れることを防止するダイオードと、を有する発電システムと組み合わされる蓄電装置は、前記負荷装置と前記ダイオードとの間にある前記電力ラインと、蓄電池とに接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電流値が電流指令値と一致するように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する定電流制御と、前記電力ラインの電圧値が電圧指令値と一致するように前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する定電圧制御とを実行可能であり、前記直流発電装置の動作状況に基づき、実行する制御を変更する制御部と、を備え、前記制御部は、設定された値を前記定電圧制御における前記電圧指令値として管理する機能と、前記直流発電装置の発電電力の大きさを示す指標値を特定する特定処理を行う機能とを有し、前記定電圧制御の実行中に、前記指標値が規定値以上となったときに、前記定電流制御を開始する。
【００１３】
すなわち、太陽電池、直流風力発電機等の直流発電装置の発電再開時における発電電力を利用できるようにするためには、定電圧制御時の電圧指令値を小さくすれば良い。ただし、負荷装置（パワーコンディショナや、直流電力消費装置）には、動作可能な入力電圧範囲がある。従って、電圧指令値を、負荷装置が動作可能な入力電圧範囲の下限値よりも小さな値とすることはできない。また、負荷装置が動作可能な入力電圧範囲は、負荷装置により異なっているため、電圧指令値を固定値としておくこともできないが、本発明の蓄電装置の制御部は、設定された値を定電圧制御における電圧指令値として管理する機能を有している。従って、組み合わせる発電システム内の負荷装置が動作可能な入力電圧範囲の下限値近傍の値を、本発明の蓄電装置（の制御部）に電圧指令値として設定しておけば、負荷装置の動作を阻害することなく、直流発電装置の発電再開時における発電電力を有効に利用することが可能となる。
【００１４】
本発明の蓄電装置の制御部が行う特定処理は、前記直流発電装置の発電電力の大きさを示す指標値を特定する処理であれば良い。例えば、前記電力ラインの、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの接続箇所よりも前記直流発電装置側の部分を流れる電流の大きさを測定
し、測定結果を前記指標値として特定する処理や、前記電力ラインの、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの接続箇所よりも前記直流発電装置側の部分を流れる電流の大きさと、前記電力ラインの電圧値とを測定し、測定結果から算出した電力値を前記指標値として特定する処理を、特定処理として採用しても良い。
【００１５】
本発明の蓄電装置を、前記負荷装置は、前記直流発電装置が発電した電力を変換するパワーコンディショナであり、前記制御部は、前記パワーコンディショナから、前記パワーコンディショナの運転可能電圧範囲の下限値を特定することができる情報を取得し、取得した情報に基づき決定した値を前記電圧指令値として管理する装置として実現しても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、直流発電装置と、直流発電装置の発電電力を変換または消費する負荷装置と、直流発電装置と負荷装置とを接続する電力ラインと、電力ラインに設けられ、直流発電装置が供給する電流が流れる方向とは逆方向へ電流が流れることを防止するダイオードと、を有する発電システムと組み合わされる蓄電装置であって、直流発電装置の発電再開時における発電電力を有効に利用できる蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、既存の太陽光発電システムに蓄電池を追加したシステムの基本構成の説明図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の構成及び使用形態の説明図である。
【図３】図３は、実施形態に係る蓄電装置の制御部が実行する蓄電池制御処理の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図２に、本発明の一実施形態に係る蓄電装置１０の構成及び使用形態を示す。まず、この図を用いて、本実施形態に係る蓄電装置１０の概要説明を行う。
【００２０】
本実施形態に係る蓄電装置１０は、既存の太陽光発電システムに、蓄電池２０と共に追加される装置である。蓄電装置１０が組み合わされる太陽光発電システムは、太陽電池（ＰＶ）３０とパワーコンディショナ（ＰＣＳ）３２とが電力ライン３５で接続され、ＰＣＳ３２が系統４２及び負荷４４に接続された一般的な太陽光発電システムである。
【００２１】
蓄電装置１０は、太陽光発電システムに蓄電機能を付与するための装置である。図示してあるように、蓄電装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と制御部１４とを備える。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電力ライン３５及び蓄電池２０と接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電力ライン３５とは電力ライン１５により接続されている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電力ライン３５側からの電力で蓄電池２０を充電すること、及び、蓄電池２０からの電力を電力ライン３５（ＰＣＳ３２）に供給することが出来るものであれば良い。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２としては、例えば、２つのフルブリッジ回路間にトランスを配置した回路構成を有するコンバータを使用することができる。
【００２３】
制御部１４は、蓄電池２０の充放電電力（蓄電池２０への充電電力、蓄電池２０からの放電電力）が所望値となるように、コンバータ１２を制御するユニットである。この制御
部１４は、マイクロコントローラ、各部へのインタフェース回路等から構成されている。
【００２４】
図２に示してあるように、制御部１４には、電圧センサ１６からの信号、電流センサ１７からの信号、電流センサ１８からの信号が入力されている。電圧センサ１６は、電力ライン３５の電圧（＝電力ライン１５の電圧）を測定するためのセンサである。図２には、電圧センサ１６を蓄電装置１０内に示してあるが、電圧センサ１６は、電力ライン３５の電圧を測定できる位置であれば、蓄電装置１０外に設けられていても良い。電流センサ１７は、電力ライン３５の、電力ライン１５の接続部よりもＰＶ３０側の部分を流れる電流の大きさを検知するためのセンサである。電流センサ１８は、電力ライン１５を流れる電流の大きさを検知するためのセンサである。
【００２５】
また、制御部１４には、管理装置２５が通信ラインを介して接続されている。管理装置２５は、蓄電装置１０（制御部１４）に各種設定を行うためのユーザインターフェースとして機能する一種のコンピュータである。蓄電装置１０の運用開始時には、この管理装置２５を用いて、電圧設定値（詳細は後述）を含む幾つかの情報が蓄電装置１０（制御部１４）に設定される。
【００２６】
以下、蓄電装置１０の機能を説明する。
【００２７】
蓄電装置１０の制御部１４は、ＰＶ３０が発電している状態で蓄電装置１０の電源が投入されると、図３に示した手順の蓄電池制御処理を開始するように、構成（プログラミング）されている。
【００２８】
すなわち、蓄電装置１０の電源投入により、この蓄電池制御処理を開始した制御部１４は、まず、定電流制御処理を開始する（ステップＳ１０１）。
【００２９】
制御部１４が行う定電流制御処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電流値が電流指令値と一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２をフィードバック制御（ＰＩＤ制御等）する処理である。この定電流制御処理における電流指令値は、発電している時間帯におけるＰＶ３０の平均的な発電電力、同時間帯における負荷４４の平均的な消費電力等から定められるＤＣ／ＤＣコンバータ１２が入出力すべき電流の値である。電流指令値は、予め設定されている固定値であっても、予め設定されている電力指令値を電圧センサ１６により検知された電圧値で割った値であっても、現在時刻等により変更される値であっても良い。
【００３０】
ステップＳ１０１の処理を終えた制御部１４は、定電流制御処理を実行しながら、ステップＳ１０２及びＳ１０３の処理を繰り返す状態となる。
【００３１】
制御部１４がステップＳ１０２にて行う発電電力指標値特定処理は、電圧センサ１６及び電流センサ１７の出力の乗算結果（つまり、ＰＶ３０から供給されている電力の大きさ）を、発電電力指標値として特定する処理である。ただし、発電電力指標値特定処理は、ＰＶ３０の発電電力の大きさを示す値（換言すれば、ＰＶ３０の発電電力の大きさと相関がある値）を、発電電力指標値として特定する処理であれば良い。従って、発電電力指標値特定処理は、電流センサ１７の出力自体を、発電電力指標値として特定する処理であっても良い。また、発電電力指標値特定処理は、電流センサ１７の出力とＤＣ／ＤＣコンバータ１２に対して行っている制御内容から、ＰＶ３０から流入している電流の大きさを算出（推定）し、算出結果自体や、算出結果と電流センサ１７の出力の乗算結果を、発電電力指標値として特定する処理であっても良い。
【００３２】
発電電力指標値特定処理を終えた制御部１４は、ステップＳ１０３にて、発電電力指標
値特定処理で特定された発電電力指標値（図では、指標値）が、第１規定値よりも小さいか否かを判断する。ここで、第１規定値とは、定電流制御処理の方が後述する定電圧制御処理よりも好ましい発電電力指標値範囲の下限値として予め設定されている値のことである。
【００３３】
制御部１４は、発電電力指標値が第１規定値よりも小さくなるまで、ステップＳ１０２及びＳ１０３の処理を繰り返す。そして、制御部１４は、発電電力指標値が第１規定値よりも小さくなった場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）には、定電流制御処理を中止して定電圧制御処理を開始する（ステップＳ１０４）。
【００３４】
制御部１４が行う定電圧制御処理は、電圧センサ１６により検知される電圧値が電圧指令値と一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２をフィードバック制御する処理である。電圧指令値は、管理装置２５を用いて蓄電装置１０の運用開始時に蓄電装置１０（制御部１４）に設定される値である。蓄電装置１０のユーザ（管理者、設置者等）は、蓄電装置１０の運用開始時に、ＰＣＳ３２の運転可能電圧範囲を調べて、当該運転可能電圧範囲の下限値よりも数ボルト程度大きな値を電圧指令値として設定する。なお、運転可能電圧範囲の下限値よりも大きな値を電圧指令値として設定するのは、センサの個体差や測定誤差により、電圧センサ１６により検知される電力ライン３５の電圧値と、ＰＣＳ３２の電圧センサにより検知される電力ライン３５の電圧値との間に差があることが考えられるためである。
【００３５】
ステップＳ１０４の処理を終えた制御部１４は、定電圧制御処理を行いながら、上記内容の発電電力指標値特定処理を、第２規定値以上の発電電力指標値（図では、指標値）が特定されるまで繰り返す（ステップＳ１０５及びＳ１０６）。第２規定値（本発明の“規定値”に相当）は、定電圧制御処理の方が定電流制御処理よりも好ましい発電電力指標値範囲の上限値として予め設定されている、第１規定値以上の値である。第２規定値は、第１規定値と同じ値であっても良い。ただし、第２規定値と第１規定値とが等しいと、定電流制御処理又は定電圧制御処理が安定的に行われるようになる前に、制御処理の切り替えが頻繁に行われることがあり得るため、第２規定値を、第１規定値よりも大きな値としておくことが好ましい。
【００３６】
そして、制御部１４は、発電電力指標値が第２規定値以上となった場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）に、定電圧制御処理を中止して定電流制御処理を開始する（ステップＳ１０１）。
【００３７】
以上、説明したように、本実施形態に係る蓄電装置１０は、定電圧制御時の電圧指令値を設定できる装置として構成されている。従って、蓄電装置１０には、蓄電装置１０と組み合わされるＰＣＳ３２の運転可能電圧範囲の下限値近傍の値を電圧指令値として設定することができる。そして、そのような値が、ＰＣＳ３２の動作を阻害しない電圧指令値の最小値であり、電圧指令値が小さい方が、ＰＶ３０の発電再開時における発電電力をより有効に利用できるのであるから、蓄電装置１０によれば、組み合わせるＰＣＳ３２の機種に因らず、ＰＶ３０の発電再開時における発電電力の有効利用を図ることができる。
【００３８】
《変形形態》
上記した蓄電装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、近年のＰＣＳ３２の多くは、通信回線を介して所定のアクセスを行うことにより、運転可能電圧範囲の下限値を特定することができる情報（運転可能電圧範囲の下限値自体、機種名等）を出力させることができるものとなっている。従って、制御部１４を、ＰＣＳ３２から、運転可能電圧範囲の下限値を特定することができる情報を取得し、取得した情報に基づき決定した値を前記電圧指令値として管理するユニットとしておいても良い。
【００３９】
蓄電池制御処理のステップＳ１０２及びＳ１０３の代わりに、電力ライン３５の電圧値が電圧指令値となるのを待機（監視）する処理や、電力ライン３５の電圧値と電圧指令値との差が所定値以下となるのを待機する処理が行われるようにしても良い。また、蓄電池制御処理のステップＳ１０３後に、上記２処理のいずれかが行われてから、ステップＳ１０４の処理が行われるようにしても良い。
【００４０】
管理装置２５内又は制御部１４内に、各機種のＰＣＳ３２の運転可能電圧範囲の下限値から定めた電圧指令値を機種名に対応づけるテーブルを記憶させておき、管理装置２５への機種名の入力により、制御部１４に適切な電圧指令値が設定されるようにしておいても良い。また、蓄電装置１０に、電圧指令値設定用の操作パネルを設けておいても良いことや、蓄電装置１０を、太陽光発電システムではない『直流発電装置と、直流発電装置の発電電力を変換または消費する負荷装置と、直流発電装置と負荷装置とを接続する電力ラインと、電力ラインに設けられ、直流発電装置が供給する電流が流れる方向とは逆方向へ電流が流れることを防止するダイオードと、を有する発電システム』に接続して使用する装置に変形しても良いことなどは、当然のことである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  蓄電装置
１２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４  制御部
１６  電圧センサ
１７、１８  電流センサ
２０  蓄電池
２５  管理装置
３０  太陽電池
３２  パワーコンディショナ
１５、３５  電力ライン
４２  系統
４４  負荷
【図１】
0006648614.tif 000002
【図２】
0006648614.tif 000003
【図３】
0006648614.tif 000004