エネルギー保存システム及びその制御方法
【課題】エネルギー保存システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】エネルギー保存システム及びその制御方法が開示され、該エネルギー保存システムの動作モードは、安定して転換され、該エネルギー保存システムは、バッテリと、外部電源から第１電力を受信して第２電力を生成するインバータと、バッテリ、外部電源及びインバータと連結されるコンバータを含み、該コンバータは、バッテリを充電する充電モードと、バッテリを放電させる放電モードとの間で、オフモードに進入するエネルギー保存システム及びその制御方法である。
【解決手段】エネルギー保存システム及びその制御方法が開示され、該エネルギー保存システムの動作モードは、安定して転換され、該エネルギー保存システムは、バッテリと、外部電源から第１電力を受信して第２電力を生成するインバータと、バッテリ、外部電源及びインバータと連結されるコンバータを含み、該コンバータは、バッテリを充電する充電モードと、バッテリを放電させる放電モードとの間で、オフモードに進入するエネルギー保存システム及びその制御方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー保存システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境破壊、資源枯渇などが深刻な問題になりつつ、エネルギーを保存し、保存されたエネルギーを効率的に活用することができるシステムへの関心が高まっている。また、これと共に、発電過程で公害を誘発しなかったり、あるいは少なく誘発する新再生エネルギーへの関心も高まっている。エネルギー保存システムは、このような新再生エネルギー、電力を保存するバッテリ・システム、そして既存の系統を連繋させるシステムとして、今日の環境変化に合わせて、多くの研究開発がなされている。このようなエネルギー保存システムは、関連した新再生エネルギー、バッテリ・システム、系統及び負荷の状態によって多様な動作モードを有し、動作モード間の転換が安定的になされねばならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の実施形態が解決しようとする技術的課題は、動作モードの転換を安定して遂行することができるエネルギー保存システム及びその制御方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態によれば、エネルギー保存システムの頻繁な動作モード転換を減少させ、バッテリ及びコンバータの寿命を延長させることができる。
【０００５】
本発明の一実施形態として、エネルギー保存システムは、バッテリと、外部電源から第１電力を受信して第２電力を生成するインバータ；バッテリ、外部電源及びインバータに連結されるコンバータ；を含む。コンバータは、バッテリを充電する充電モードと、バッテリを放電させる放電モードとの間で、オフモードに進入する。
【０００６】
コンバータは、第１電力値と第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間オフモードに進入する。
【０００７】
コンバータがオフモードであるとき、コンバータは、第１電力値と第２電力値との差の変動に係わりなく、所定の時間の間オフモードを維持する。
【０００８】
コンバータは、所定の時間が経過した後、第１電力値と第２電力値との差によって、放電モードまたは充電モードで動作することができる。
【０００９】
第１電力値が第２電力値より大きければ、バッテリを充電するために、コンバータが充電モードで動作し、第１電力値が第２電力値より小さければ、バッテリを放電させるために、コンバータが放電モードで動作することができる。
【００１０】
第２電力値は、インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動されてもよい。
【００１１】
コンバータは、第１電力値が、第１臨界値と、第１臨界値より低い第２臨界値との間であるとき、オフモードに進入する。
【００１２】
第２電力値は、第１臨界値と第２臨界値との間であってもよい。
【００１３】
第１臨界値及び第２臨界値は、第２電力値の変化量と略同一量が変化することができる。
【００１４】
コンバータがオフモードであるとき、コンバータは、第１電力値が、第１臨界値と第２臨界値との間で変動するとき、オフモードを維持する。
【００１５】
コンバータがオフモードであるとき、コンバータは、第１電力値が、第１臨界値を超えるか、あるいは第２臨界値未満であるとき、オフモードから抜け出ることができる。
【００１６】
コンバータがオフモードから抜け出てきた後、コンバータは、第１電力値、第１臨界値及び第２臨界値の値に対応して、放電モードまたは充電モードで動作することができる。
【００１７】
第１電力値が第１臨界値より大きければ、バッテリを充電するために、コンバータが充電モードで動作し、第１電力値が第２臨界値より小さければ、バッテリを放電させるために、コンバータが放電モードで動作しうる。
【００１８】
第１臨界値または第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、コンバータは、第１電力値の変動が、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、オフモードを維持する。
【００１９】
本発明の一実施形態として、バッテリ、外部電源及びインバータに連結されるコンバータを含むエネルギー保存システムの制御方法を提供する。前記方法は、外部電源からの第１電力をインバータによって第２電力に変換する段階と、バッテリを充電する充電モードと、バッテリを放電させる放電モードとの間に、オフモードに進入する段階と、を含む。
【００２０】
前記方法は、第１電力値が第２電力値より小さければ、コンバータがバッテリを放電し、第１電力値が第２電力値より大きければ、バッテリを充電する段階と、第１電力値と第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間、コンバータがオフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記方法は、コンバータがオフモードであるとき、第１電力値と第２電力値との差の変動に係わりなく、コンバータをオフモードに維持する段階をさらに含んでもよい。
【００２２】
前記方法は、所定の時間が経過した後、第１電力値と第２電力値との差によって、放電モードまたは充電モードでコンバータを動作させる段階をさらに含んでもよい。
【００２３】
第２電力値は、インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動されてもよい。
【００２４】
前記方法は、第１電力値が第１臨界値より大きければ、コンバータによってバッテリを充電し、第１電力値が、第１臨界値より低い第２臨界値より小さければ、コンバータによってバッテリを放電させる段階と、第１電力値が、第１臨界値と第２臨界値との間であるとき、コンバータがオフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含んでもよい。
【００２５】
第１臨界値及び第２臨界値は、第２電力値の変化量と略同一量が変化することができる。
【００２６】
前記方法は、コンバータがオフモードであるとき、第１電力値が、第１臨界値と第２臨界値との間で変動するとき、コンバータのオフモードを維持する段階をさらに含んでもよい。
【００２７】
前記方法は、コンバータがオフモードであるとき、第１電力値が、第１臨界値を超えるか、あるいは第２臨界値未満であるとき、コンバータがオフモードから抜け出るように動作させる段階をさらに含んでもよい。
【００２８】
前記方法は、コンバータがオフモードから抜け出てきた後、第１電力値、第１臨界値及び第２臨界値の値に対応して、放電モードまたは充電モードでコンバータを動作させる段階をさらに含んでもよい。
【００２９】
前記方法は、第１臨界値または第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、第１電力値の変動が、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、オフモードを維持するようにコンバータを動作させる段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の実施形態によれば、エネルギー保存システムの動作モードを安定して転換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態によるエネルギー保存システムの構成を示す図面である。
【図２】本発明の一実施形態によるエネルギー保存システムの動作方法を示す図面である。
【図３】図２の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図４】図２の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図５Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図５Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図５Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図６Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図６Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図８Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図８Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図９Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図９Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図９Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１０Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１０Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１０Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１１】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１２】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１３】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１４】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１５】本発明の他の実施形態によるエネルギー保存システムの動作方法を示す図面である。
【図１６】図１５の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図１７】図１５の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図１８】図１５の動作方法の一例について説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することが可能であるが、特定実施形態について図面に例示し、詳細な説明に詳細に説明する。しかし、それらは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物ないし代替物を含むということが分かるであろう。
【００３３】
以下、本発明による実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明し、添付図面を参照して説明するにあたり、同一であったり、あるいは対応する構成要素は、同じ図面番号を付与し、これに係わる重複説明は省略する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態によるエネルギー保存システム１の構成を示す図面である。
【００３５】
図１を参照すれば、本実施形態によるエネルギー保存システム１は、発電システム２及び系統３と連結され、負荷４に電力を供給する。
【００３６】
発電システム２は、エネルギー源を利用して電力を生産するシステムである。発電システム２は、生産した電力をエネルギー保存システム１に供給する。発電システム２は、太陽光発電システム、風力発電システムあるいは潮力発電システムであってもよい。しかし、それらは例示的なものであり、発電システム２は、前述の種類に限定されるものではない。太陽熱や地熱など、新再生エネルギーを利用して電力を生産する適切な形態の発電システムをいずれも含む。特に、太陽光を利用して電気エネルギーを生産する太陽電池は、各家庭または工場に設けやすく、各家庭や工場に分散されたエネルギー保存システム１に適用するのに適している。発電システム２は、多数の発電モジュールを具備し、発電モジュール別に電力を生産することによって、大容量エネルギーシステムを構成することができる。
【００３７】
ここで、系統３は、発電所、変電所、送電線などを総称する。系統３は、正常状態である場合、エネルギー保存システム１に電力を供給し、負荷４及び／またはバッテリ３０に電力を供給させ、系統３は、エネルギー保存システム１から電力を供給される。系統３が非正常状態である場合、系統３からエネルギー保存システム１へ、またはエネルギー保存システム１から系統３への電力供給は中断される。
【００３８】
負荷４は、発電システム２で生産された電力、バッテリ３０に保存された電力、または系統３から供給された電力を消費する。家庭内や工場内の電気／電子機器などが、負荷４の一例である。
【００３９】
エネルギー保存システム１は、発電システム２で生産した電力をバッテリ３０に保存し、生産した電力を系統３に供給する。エネルギー保存システム１は、バッテリ３０に保存された電力を系統３に供給したり、系統３から供給された電力をバッテリ３０に保存しもする。また、エネルギー保存システム１は、系統３が非正常状態である場合、例えば、停電が発生した場合には、ＵＰＳ（uninterruptible power supply）動作を行い、負荷４に電力を供給する。また、エネルギー保存システム１は、系統３が正常である状態でも、発電システム２が生産した電力や、バッテリ３０に保存されている電力を負荷４に供給することができる。
【００４０】
エネルギー保存システム１は、電力変換を制御する電力変換システム（ＰＣＳ：power conversion system）１０、バッテリ管理部（ＢＭＳ：battery management system）２０、バッテリ３０、第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０などを含む。
【００４１】
ＰＣＳ １０は、発電システム２、系統３、バッテリ３０の電力を適切な電力に変換し、必要なところ、例えば、負荷４に供給する。ＰＣＳ １０は、電力変換部１１、ＤＣ（direct current）リンク部１２、インバータ１３、コンバータ１４、統合制御器１５を含む。
【００４２】
電力変換部１１は、発電システム２とＤＣリンク部１２、例えば、ＤＣリンカ（linker）との間に連結される電力変換装置である。電力変換部１１は、発電システム２で生産した電力をＤＣリンク部１２に伝達し、このとき、出力電圧を直流（ＤＣ）リンク電圧に変換する。
【００４３】
電力変換部１１は、発電システム２の種類によって、コンバータ、整流回路などの電力変換回路で構成することができる。発電システム２が生産する電力が直流タイプである場合、電力変換部１１は、直流を直流に変換するためのコンバータであってもよい。発電システム２が生産する電力が交流（ＡＣ）タイプである場合、電力変換部１１は、交流を直流に変換するための整流回路であってもよい。特に、発電システム２が太陽光発電システムである場合、電力変換部１１は、日射量、温度などの変化によって、発電システム２で生産する電力を最大にすることができるように、最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ：maximum power point tracking）制御を行うＭＰＰＴコンバータを含んでもよい。電力変換部１１は、発電システム２で生産される電力がないときには、動作を中止し、コンバータなどで消費される電力を最小化させることもできる。
【００４４】
直流リンク電圧は、発電システム２または系統３での瞬時電圧降下、負荷４でのピーク負荷発生などでよって、その大きさが不安定になる場合がある。しかし、直流リンク電圧は、コンバータ１４及びインバータ１３の正常動作のために安定化される必要がある。ＤＣリンク部１２は、電力変換部１１とインバータ１３との間に連結され、直流リンク電圧を安定した電圧に、例えば、一定に維持させる。ＤＣリンク部１２として、例えば、大容量キャパシタなどを使用することができる。
【００４５】
インバータ１３は、ＤＣリンク部１２と第１スイッチ４０との間に連結される電力変換装置である。インバータ１３は、放電モードで、発電システム２及び／またはバッテリ３０から出力された直流リンク電圧を、系統３の交流電圧に変換して出力するインバータを含んでもよい。このとき、インバータ１３は、出力される電力量が一定に、あるいは実質的に一定になるように設定されてもよい。インバータ１３の電力出力量は、後述するコンバータ１４の動作を制御することにより、一定に維持できるのである。また、インバータ１３は、充電モードで、系統３の電力をバッテリ３０に保存するために、系統３の交流電圧を整流し、直流リンク電圧に変換して出力する整流回路を含んでもよい。インバータ１３は、双方向インバータであり、または複数のインバーティング回路を含んでもよい。
【００４６】
インバータ１３は、系統３に出力される交流電圧から高調波（harmonic wave）を除去するためのフィルタを含んでもよい。また、インバータ１３は、無効電力の発生を抑制するために、インバータ１３から出力される交流電圧の位相と、系統３の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を含んでもよい。それ以外に、インバータ１３は、電圧変動範囲制限、力率改善、直流成分除去、過度現象（transient phenomena）保護のような機能を行うことができる。インバータ１３は、使われないとき、電力消費を最小化するために、動作を中止させることもできる。
【００４７】
コンバータ１４は、ＤＣリンク部１２とバッテリ３０との間に連結される電力変換装置である。コンバータ１４は、放電モードで、バッテリ３０に保存された電力を、インバータ１３で要求する電圧レベル、すなわち、直流リンク電圧に変換するコンバータを含む。すなわち、コンバータ１４は、電力に対してＤＣ−ＤＣ変換を行い、直流リンク電圧を出力する。コンバータ１４は、充電モードで、電力変換部１１から出力される電力や、インバータ１３から出力される電力の電圧を、バッテリ３０で要求する電圧レベル、すなわち、充電電圧に変換するコンバータを含む。すなわち、コンバータ１４は、電力に対してＤＣ−ＤＣ変換を行い、充電電圧を出力する。コンバータ１４は、バッテリ３０の充電または放電が行われない場合には動作を中止させ、電力消費を最小化することもできる。コンバータ１４は、双方向コンバータであり、または複数のコンバーティング回路を含むこともできる。
【００４８】
一方、コンバータ１４は、発電システム２の電力生産量や負荷４の電力消費量、系統３からの電力供給量あるいは系統３への伝達量、例えば、売電量などによって、充電モード及び放電モードの転換がなされる。コンバータ１４の具体的なモード転換動作については、図２ないし図１８を参照しつつ後述する。
【００４９】
統合制御器１５は、発電システム２、系統３、バッテリ３０及び負荷４の状態をモニタリングし、モニタリング結果によって、電力変換部１１、インバータ１３、コンバータ１４、バッテリ管理部２０、第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０の動作を制御する。統合制御器１５は、系統３に停電が発生したか否か、発電システム２で電力が生産されているか否か、発電システム２で電力を生産する場合、その生産量、バッテリ３０の充電状態、負荷４の電力消費量、時間などをモニタリングすることができる。また、統合制御器１５は、系統３に停電が発生したり、負荷４に供給する電力が充分ではない場合には、負荷４内に含まれた電力消費機器に対して優先順位を定め、優先順位が高い電力消費機器に電力を供給するように、負荷４を制御することができるのである。
【００５０】
ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０に連結され、統合制御器１５の制御によって、バッテリ３０の充電動作及び放電動作を制御する。ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０を保護するために、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セル・バランシング（cell balancing）機能などを行うことができる。このために、ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態などをモニタリングし、モニタリング結果を統合制御器１５に伝送する。
【００５１】
バッテリ３０は、発電システム２で生産された電力または系統３の電力を供給されて保存し、負荷４または系統３に保存している電力を供給する。
【００５２】
バッテリ３０は、サブユニットに少なくとも一つ以上の直列及び／または並列に連結された少なくとも１つのバッテリ・ラックを含んでもよい。それぞれのバッテリ・ラックは、サブユニットに、直列及び／または並列に連結された少なくとも１つのバッテリ・トレイを含んでもよい。また、それぞれのバッテリ・トレイは、複数のバッテリセルを含んでもよい。このようなバッテリ３０は、多種のバッテリセルから具現され、例えば、ニッケル−カドミウム電池（nikel-cadmium battery）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：nickel metal hydride battery）、リチウム−イオン電池（lithium ion battery）、リチウムポリマー電池（lithium polymer battery）などであってもよい。エネルギー保存システム１で要求される電力容量、設計条件などによって、バッテリ３０のバッテリ・ラック個数が決定される。例えば、負荷４の消費電力が大きい場合には、複数のバッテリ・ラックを含むように、バッテリ３０を構成することができ、負荷４の消費電力が小さい場合には、１つのバッテリ・ラックだけを含むように、バッテリ３０を構成することができるのである。
【００５３】
一方、ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０が複数の階層によって構成される場合、ＢＭＳ ２０は、各階層ごとに別途にそれぞれ備わった複数のＢＭＳを含んでもよい。例えば、バッテリ３０が、前述のように、バッテリセル→バッテリ・トレイ→バッテリ・ラック→バッテリの順序に階層が形成されている場合、ＢＭＳ ２０は、複数のバッテリ・トレイそれぞれを制御する複数のトレイＢＭＳ、複数のトレイＢＭＳそれぞれを制御する複数のラックＢＭＳ、複数のラックＢＭＳをそれぞれ制御するシステムＢＭＳあるいはマスターＢＭＳからなってもよい。
【００５４】
第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０は、インバータ１３と系統３との間に直列に連結され、統合制御器１５の制御によって、オン（on）／オフ（off）動作を行い、発電システム２と系統３との間の電流フローを制御する。第１スイッチ４０と第２スイッチ５０は、発電システム２、系統３及びバッテリ３０の状態によって、オン／オフが決定される。
【００５５】
具体的には、発電システム２及び／またはバッテリ３０の電力を負荷４に供給する場合、または系統３の電力をバッテリ３０に供給する場合、第１スイッチ４０をオン状態にする。発電システム２及び／またはバッテリ３０の電力を系統３に供給する場合、または系統３の電力を負荷４及び／またはバッテリ３０に供給する場合には、第２スイッチ５０をオン状態にする。
【００５６】
一方、系統３で停電が発生した場合には、第２スイッチ５０をオフ状態にし、第１スイッチ４０をオン状態にする。すなわち、発電システム２及び／またはバッテリ３０からの電力を負荷４に供給すると同時に、負荷４に供給される電力が系統３側に流れることを防止する。これによって、エネルギー保存システム１は、系統３の電力線などで作業する人員が、エネルギー保存システム１からの電力にる感電事故を防止するように動作される。
【００５７】
第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０としては、大きい電流に耐えることができるリレイ（relay）などのスイッチング装置が使われてもよい。
【００５８】
以下、コンバータ１４の動作について詳細に説明する。
【００５９】
図２は、本発明の一実施形態によるエネルギー保存システム１の動作方法を示す図面である。
【００６０】
図２を参照すれば、本実施形態は、エネルギー保存システム１のインバータ１３が一定量の電力を出力する場合である。このとき、負荷４の電力消費量や、系統３の状態などは、考慮していない。インバータ１３の電力出力量は、インバータ１３に入力される電力量と実質的に同一であり、これをＰｉｎｖと示す。また、発電システム２で生産される電力量をＰｐｖ、コンバータ１４から出力されるか、あるいはコンバータ１４に供給される電力量をＰｂと示す。コンバータ１４がインバータ１３に電力を供給すれば、Ｐｂは、正値を有するのである。インバータ１３からコンバータ１４に電力が供給されれば、Ｐｂは、負値を有するのである。インバータ１３が発電システム２及び／またはバッテリ３０から電力を供給される場合、Ｐｉｎｖは、正値を有するのである。また、インバータ１３がバッテリ３０に電力を供給する場合、Ｐｉｎｖは、負値を有するのである。前記電力量の関係は、次の通りである。
【００６１】
［数１］
Ｐｉｎｖ＝Ｐｐｖ＋Ｐｂ
このとき、Ｐｐｖ値は、一定ではなくして常に変わる。もしＰｉｎｖの大きさと、Ｐｐｖの大きさとが類似しており、Ｐｐｖ値が微細に増減を反復する場合、Ｐｂ値は、正値と負値との間を往来する。すなわち、コンバータ１４で、充電モードと放電モードとの動作モード転換が頻繁に発生する。また、バッテリ３０が充電と放電とを頻繁に反復する。しかし、コンバータ１４の頻繁な動作モード転換は、コンバータ１４の寿命を短縮させたり、故障の発生可能性を高め、バッテリ３０の充電動作及び放電動作の反復は、バッテリ３０の寿命に悪影響を及ぼす。また、前記のような動作は、エネルギー保存システム１の安定性を低下させるために望ましくない。よって、本実施形態では、発電システム２の電力生産量によって、コンバータ１４の動作をあらかじめ設定し、前記問題点を解決する。
【００６２】
（第１実施形態）
図３及び図４は、図２の動作方法の一例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【００６３】
＜動作設定−１＞
コンバータ１４の動作モード転換の臨界点到達後、所定の時間の間、コンバータ１４の動作を停止（オフ状態に転換）
図３を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力（rated power）は、Ｐｒに設定されている。
【００６４】
ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒより大きく、これは、インバータ１３で必要とする電力量以上に、発電システム２で電力が生産されていることを意味する。従って、ＰｐｖにおいてＰｒを超える部分に該当する電力は、バッテリ３０の充電に使われる。
【００６５】
発電システム２での電力生産量が減少し、ｔ１でＰｐｖがＰｒ下に下がれば、コンバータ１４は、所定の時間ｔｓ間、動作を中止する。すなわち、充電モードからオフ状態に転換する。コンバータ１４がオフ状態である間には、Ｐｐｖ値がいかように変わっても、コンバータ１４は、動作モードを転換しない。
【００６６】
そして、所定の時間ｔｓが経過すれば、Ｐｐｖの値によって、放電モードまたは充電モードに転換する。図３の場合、所定の時間ｔｓであるｔ２後に、Ｐｐｖ値が依然としてＰｒ未満であるから、コンバータ１４は、オフ状態から放電モードに転換する。
【００６７】
図４を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒに設定されている。
【００６８】
ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒ未満であり、これは、インバータ１３で必要とする電力量未満であり、発電システム２で電力が生産されていることを意味する。従って、Ｐｒ−Ｐｐｖに該当する電力が、バッテリ３０から放電されて補充される。
【００６９】
発電システム２での電力生産量が増加し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒ上に上がれば、コンバータ１４は、所定の時間ｔｓの間、動作を中止する。すなわち、放電モードからオフ状態に転換する。コンバータ１４がオフ状態である間には、Ｐｐｖ値がいかように変わってもコンバータ１４は、動作モードを転換しない。
【００７０】
そして、所定の時間ｔｓが経過すれば、Ｐｐｖの値によって、放電モードまたは充電モードに転換する。図４の場合、所定の時間ｔｓのｔ２後に、Ｐｐｖ値が依然としてＰｒより大きいので、コンバータ１４は、オフ状態から充電モードに転換する。
【００７１】
図５Ａないし図６Ｂは、コンバータ１４を一般的な方法で制御するときのシミュレーション結果を示す図面であり、図７Ａないし図８Ｂは、コンバータ１４を、本発明の実施形態によって制御するときを示す図面である。
【００７２】
図５Ａないし図５Ｃを参照すれば、発電システム２の電力生産量を示すグラフ（図５Ａ）、コンバータ１４の動作を示すグラフ（図５Ｂ）、インバータ１３の出力を示すグラフ（図５Ｃ）が順に図示されている。図５Ｂのグラフで実線部分は、コンバータ１４が充電モードで動作するときを示し、点線部分は、コンバータ１４が放電モードで動作するときを示す。図５Ａないし図５Ｃは、一般的な方法でコンバータ１４を制御したときのシミュレーション結果であり、発電システム２の電力生産量が急減したときを仮定した。
【００７３】
図５Ａのグラフについて見れば、発電システム２の電力生産量が急落するところが示されている。これに該当する部分の図５Ｂのグラフについて見れば、コンバータ１４の動作モードが頻繁に変わるところが示されている。また、図５Ｃのグラフでは、インバータ１３の出力が不安定に揺れる様子が示されている。
【００７４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、図６Ａのグラフ及び図６Ｂグラフは、それぞれ図５Ｂのグラフ及び図５Ｃのグラフに表示されたボックス部分を拡大した様子である。図６Ａのグラフで、コンバータ１４の動作モードが、充電モード、オフ状態、放電モードの間で頻繁に変わるということを確認することができる。また、図６Ｂのグラフで、インバータ１３の出力が一定ではなく、不安定に変わるということを確認することができる。
【００７５】
図７Ａないし図７Ｃを参照すれば、図７Ａのグラフのように、発電システム２の電力生産量が急落ちるとき、図７Ｂのグラフに図示されているように、コンバータ１４は、充電モードからオフ状態に転換され、一定時間の間には、発電システム２の電力生産量が変動しても、オフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過すれば、発電システム２の電力生産量を検出して動作モードを決定し、決定した動作モードに、コンバータ１４の動作モードを転換する。一実施形態として、所定の時間が経過した後、発電システム２の電力生産量が減少した状態を維持しているので、コンバータ１４がオフ状態から放電モードに転換された。図７Ｃのグラフには、インバータ１３の安定した出力が示されている。
【００７６】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、図８Ａのグラフ及び図８Ｂのグラフは、それぞれ図７Ｂのグラフ及び図７Ｃのグラフに表示されたボックス部分を拡大した様子である。図８Ａのグラフでコンバータ１４は、オフ状態を維持していて放電モードに転換され、ただ一回の動作モード転換がなされたということを確認することができる。また、インバータ１３の出力が安定しているということを確認することができる。
【００７７】
図９Ａないし図９Ｃは、コンバータ１４を一般的な方法で制御するときの他のシミュレーション結果を示す図面であり、図１０Ａないし図１０Ｃは、コンバータ１４を本発明の一実施形態によって制御するときを示す図面である。
【００７８】
図９Ａないし図９Ｃを参照すれば、発電システム２の電力生産量を示す図９Ａのグラフ、コンバータ１４の動作を示す図９Ｂのグラフ、インバータ１３の出力を示す図９Ｃのグラフが順に図示されている。図９Ｂのグラフで実線部分は、コンバータ１４が充電モードで動作するときを示し、点線部分は、コンバータ１４が放電モードで動作するときを示す。図９Ａないし図９Ｃは、一般的な方法でコンバータ１４を制御したときのシミュレーション結果であり、発電システム２の電力生産量が徐々に減少したときを仮定した。
【００７９】
図９Ａのグラフについて見れば、発電システム２の電力生産量が徐々に減少するところが示されており、これに該当する部分の図９Ｂのグラフについて見れば、発電システム２の電力生産量が減少することにより、コンバータ１４が、充電モードとオフ状態との間で動作モードが頻繁に変わるところが示されている。また、発電システム２の電力生産量がさらに減少すれば、コンバータ１４がオフ状態と放電モードとの間で動作モードが頻繁に変わるところが示されている。また、図９Ｃのグラフでは、インバータ１３の出力が不安定に揺れる様子が示されている。
【００８０】
図１０Ａないし図１０Ｃを参照すれば、図１０Ａのグラフのように、発電システム２の電力生産量が徐々に減少すれば、図１０Ｂのグラフに図示されているように、コンバータ１４は、充電モードからオフ状態に転換され、一定時間の間には、発電システム２の電力生産量が変動しても、オフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過すれば、発電システム２の電力生産量を検出して動作モードを決定し、決定した動作モードにコンバータ１４の動作モードを転換する。図１０Ｂのグラフでは、発電システム２の電力生産量が持続的に減少し、インバータ１３に設定された電力出力量以下に下がるので、コンバータ１４がオフ状態から放電モードに転換された。図１０Ｃのグラフには、インバータ１３の安定な出力が示されている。
【００８１】
前記の通りに、発電システム２が生産する電力が、コンバータ１４の動作モード転換の臨界値であるＰｒ近くで微細に変わる場合、いったん発電システム２の電力生産量が臨界値に達した場合には、所定の時間ｔｓほどコンバータ１４の動作モード転換を中止させる。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【００８２】
（第２実施形態）
図１１及び図１２は、図２に図示したコンバータ１４の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【００８３】
＜動作設定−２＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
図１１を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されている。ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒａより大きく、これは、インバータ１３で必要とする電力量以上に、発電システム２で電力が生産されているということを意味する。従って、インバータ１３に供給して余る電力は、バッテリ３０の充電に使われる。発電システム２での電力生産量が減少し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒａ下に下がれば、コンバータ１４は、動作モードを充電モードからオフ状態に転換する。そして、Ｐｐｖ値がＰｒｂ下に下がるｔ２後に、コンバータ１４は、動作モードをオフ状態から放電モードに転換する。ｔ１とｔ２との間で、たとえ発電システム２の電力生産量が変わったとしても、電力生産量がＰｒａとＰｒｂとの間、すなわち、オフ状態区間内であるとき、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。
【００８４】
図１２を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されている。ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒｂ未満であり、これは、インバータ１３で必要とする電力量未満に、発電システム２で電力が生産されているということを意味する。従って、Ｐｒｏ−Ｐｐｖに該当する電力を、バッテリ３０から補充する。発電システム２での電力生産量が増加し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒｂ上に上がれば、コンバータ１４は、動作モードを、放電モードからオフ状態に転換する。そして、Ｐｐｖ値がＰｒａ上に上がるｔ２後に、コンバータ１４は、動作モードをオフ状態から充電モードに転換する。ｔ１とｔ２との間で、たとえ発電システム２の電力生産量が変わったとしても、電力生産量がＰｒａとＰｒｂとの間、すなわち、オフ状態区間内であるとき、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。
【００８５】
図１１及び図１２の実施形態では、Ｐｒｏがオフ状態区間の中間になるように設定されたが、これに限定されるものではない。例えば、ＰｒｏがＰｒａまたはＰｒｂと同一に設定されもするのである。
【００８６】
前記の通り、インバータ１３の電力出力量をＰｒｏに設定し、発電システム２で生産する電力量がＰｒｏと異っているのもかかわらず、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【００８７】
（第３実施形態）
図１３及び図１４は、図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【００８８】
＜動作設定−３＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
オフ状態区間のヒステリシス（hysteresis）区間を設定
図１３を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。本実施形態では、図１１と同様に、インバータ１３の定格電力はＰｒｏ、オフ状態区間の上限はＰｒａ、下限はＰｒｂに設定されている。また、本実施形態の場合、前記上限Ｐｒａ及びＰｒｂについて、それぞれヒステリシス区間がＰｈ１ないしＰｈ４に設定されている。ヒステリシス区間は、コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するための区間であり、詳細な説明は後述する。
【００８９】
ｔ１以前に、Ｐｐｖがオフ状態区間の上限であるＰｒａより大きいとき、コンバータ１４は、充電モードで動作する。発電システム２の電力生産量が減少し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒａ下に下がる。Ｐｐｖ値がオフ状態区間内に含まれるとき、コンバータ１４は、動作モードを充電モードからオフ状態に転換する。
【００９０】
いったんＰｒａ下にＰｐｖが下がれば、Ｐｐｖ値がＰｒａ近くで揺れ、さらにＰｒａ上にある程度上がっても、コンバータ１４の動作モードを、さらに充電モードに転換しない。これは、コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためのものであり、ここでは、その基準がＰｈ１になる。すなわち、ｔ１後に再びＰｐｖ値が上昇し、ｔ２で、Ｐｐｖ値がＰｒａ上に上がるが、ｔ３でＰｈ１を超えなければ、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。ただし、Ｐｐｖ値がＰｈ２下に下がった後、再びＰｒａ上に上がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、オフ状態から充電モードに転換される。
【００９１】
Ｐｐｖ値が、ｔ３後に持続的に減少し、ｔ４で、Ｐｒｂ下に下がり、Ｐｐｖ値がオフ状態区間を外れるとき、コンバータ１４は、動作モードを、オフ状態から放電モードに転換する。
【００９２】
いったんＰｒｂ以下に、Ｐｐｖが下がれば、Ｐｐｖ値がＰｒｂ近くで揺れ、再びＰｒｂ上にある程度上がっても、コンバータ１４の動作モードを、再びオフ状態に転換しない。コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためであり、ここでは、その基準がＰｈ３になる。すなわち、ｔ４後に再びＰｐｖ値が上昇し、ｔ５で、Ｐｐｖ値がＰｒｂ上に上がるが、Ｐｈ３を超えなければ、コンバータ１４は、放電モードを維持する。従って、Ｐｐｖ値の変動により、バッテリ３０の電力充電量が変動する。ただし、ｔ６でのように、Ｐｐｖ値がＰｈ４下に下がった後、再びＰｒｂ上に上がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、放電モードからオフ状態に転換されるのである。
【００９３】
図１４を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。本実施形態では、図１３と同様に、インバータ１３の定格電力はＰｒｏ、オフ状態区間の上限はＰｒａ、下限はＰｒｂ、ヒステリシス区間が、Ｐｈ１ないしＰｈ４に設定されている。
【００９４】
ｔ１以前には、Ｐｐｖがオフ状態区間の下限であるＰｒｂより小さいので、コンバータ１４は、放電モードで動作する。発電システム２の電力生産量が増加し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒｂ上に上がる。Ｐｐｖ値がオフ状態区間内であるとき、コンバータ１４は、動作モードを、放電モードからオフ状態に転換する。
【００９５】
いったんＰｒｂ上にＰｐｖが上がれば、Ｐｐｖ値がＰｒｂ近くで揺れ、さらにＰｒｂ下にある程度下がっても、コンバータ１４の動作モードをさらに放電モードに転換しない。これは、コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためのものであるが、ここでは、その基準がＰｈ４となる。すなわち、ｔ１後にさらにＰｐｖ値が減少し、ｔ２で、Ｐｐｖ値がＰｒｂ下に下がるが、ｔ３でのように、Ｐｈ４下に下がらなければ、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。ただし、Ｐｐｖ値がＰｈ３上に上がった後、さらにＰｒｂ下に下がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、オフ状態から放電モードに転換されるのである。
【００９６】
Ｐｐｖ値がｔ３後に持続的に増加し、ｔ４で、Ｐｒａ上に上がり、Ｐｐｖ値がオフ状態区間を外れるとき、コンバータ１４は、動作モードをオフ状態から充電モードに転換する。
【００９７】
いったんＰｒａ上にＰｐｖが上がれば、Ｐｐｖ値がＰｒａ近くで揺れ、さらにＰｒａ下にある程度下がっても、コンバータ１４の動作モードを、さらにオフ状態に転換しない。コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためのものであり、ここでは、その基準がＰｈ２となる。すなわち、ｔ４後にさらにＰｐｖ値が減少し、ｔ５で、Ｐｐｖ値がＰｒａ下に下がるが、Ｐｈ２下に下がらなければ、コンバータ１４は、充電モードを維持する。従って、Ｐｐｖ値の変動によって、バッテリ３０の放電量が変動する。ただし、ｔ６でのように、Ｐｐｖ値がＰｈ１上に上がった後、さらにＰｒａ下に下がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、充電モードからオフ状態に転換されるのである。
【００９８】
前記の通り、インバータ１３の電力出力量をＰｒｏに設定し、発電システム２で生産する電力量が、Ｐｒｏと異なるにもかかわらず、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。それだけではなく、オフ状態区間の境界に、ヒステリシス区間を設定することにより、オフ状態区間の境界で発生しうるコンバータ１４の動作モードの頻繁な転換を防止することができる。
【００９９】
以上、図２ないし図１４を参照しつつ、本発明の多様な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、多様に変更可能である。例えば、動作設定１と動作設定３とを組み合わせることも可能である。
【０１００】
具体的に述べれば、発電システム２の電力生産量が増加（または減少）し、オフ状態区間に進入する場合、いったん所定の時間の間、コンバータ１４をオフ状態に転換する。このとき、発電システム２の電力生産量の変化量が非常に大きく、オフ状態区間を過ぎ、既存の動作モードと反対になる動作モードに転換されねばならない場合にも、所定の時間が経過していない場合には、コンバータ１４のオフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過した後、発電システム２の電力生産量を判断し、充電モード、放電モード、オフ状態のうちいずれか一つで動作する。すなわち、コンバータ１４の動作モード転換が、時間、オフ状態区間、ヒステリシス区間を共同に、例えば、同時にして、考慮されることも可能である。
【０１０１】
図１５は、本発明の他の実施形態によるエネルギー保存システム１の動作方法を示す図面である。
【０１０２】
図１５を参照すれば、本実施形態は、エネルギー保存システム１が、系統３に一定量の電力を供給、すなわち、一定量の電力を売電する場合である。このとき、系統に供給される電力量をＰｇ、負荷４の電力消費量をＰｌと示す。インバータ１３の電力出力量と、インバータ１３に入力される電力量は、実質的に同一であり、それらをＰｉｎｖと示す。また、発電システム２で生産される電力量をＰｐｖ、コンバータ１４から出力されるか、あるいはコンバータ１４に供給される電力量をＰｂと示す。コンバータ１４がインバータ１３に電力を供給すれば、Ｐｂは正値を有するのである。バッテリ３０に電力が供給されれば、Ｐｂは負値を有するのである。インバータ１３が、発電システム２及び／またはバッテリ３０から電力を供給される場合、Ｐｉｎｖは、正値を有するのである。また、インバータ１３がバッテリ３０に電力を供給する場合、Ｐｉｎｖは、負値を有するのである。前記電力量の関係は、次の通りである。
【０１０３】
［数２］
Ｐｇ＝Ｐｌ−Ｐｉｎｖ
Ｐｉｎｖ＝Ｐｐｖ＋Ｐｂ
このとき、Ｐｌ値とＰｐｖ値は、一定ではなくして常に変わる。Ｐｌ値とＰｐｖ値との変動によって、Ｐｂ値は、正値と負値との間を往来する。すなわち、コンバータ１４で、充電モードと放電モードとの動作モード転換が頻繁に発生する。また、バッテリ３０が充電と放電とを反復する。しかし、前述のように、コンバータ１４の頻繁な動作モード転換は、コンバータ１４の寿命を短縮させたり、故障の発生可能性を高め、バッテリ３０の充電動作及び放電動作の反復は、バッテリ３０の寿命に悪影響を及ぼす。また、前記のような動作は、エネルギー保存システム１の安定性を低下させるために、望ましくない。よって、本実施形態では、発電システム２の電力生産量、負荷４の電力消費量によって、コンバータ１４の動作をあらかじめ設定し、前記問題点を解決する。
【０１０４】
（第４実施形態）
図１６は、図１５で図示したコンバータ１４の動作方法の一例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【０１０５】
＜動作設定−４＞
コンバータ１４の動作モード転換の臨界点到達後、所定の時間の間、コンバータ１４の動作を停止（オフ状態に転換）
図１６を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒに設定されている。本実施形態で、Ｐｇ値が一定に設定されるので、Ｐｒ値は、Ｐｌ値によって変わる。図１６では、ｔ１とｔ２との間で一度、そしてｔ３で、一度Ｐｒ値が変わったと仮定した。
【０１０６】
ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒより大きく、これは、インバータ１３で必要とする電力量以上に、発電システム２で電力が生産されているということを意味する。従って、ＰｐｖにおいてＰｒを超える部分に該当する電力は、バッテリ３０の充電に使われる。
【０１０７】
発電システム２での電力生産量が減少し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒ下に下がれば、コンバータ１４は、所定の時間ｔｓの間、動作を中止する。すなわち、充電モードからオフ状態に転換する。コンバータ１４がオフ状態である間には、Ｐｐｖ値がいかように変わっても、コンバータ１４は、動作モードを転換しない。従って、ｔ１とｔ２との間で、Ｐｒ値が変わったが、所定の時間ｔｓ内では、これを考慮しない。
【０１０８】
そして、所定の時間ｔｓが経過すれば、Ｐｐｖの値によって、放電モードまたは充電モードに転換する。図１６の場合、所定の時間ｔｓのｔ２後、Ｐｐｖ値が依然としてＰｒ未満であるとき、コンバータ１４は、オフ状態から放電モードに転換する。
【０１０９】
一方、ｔ３でＰｒ値が減少し、Ｐｐｖ値がＰｒ上に上がるとき、コンバータ１４は、さらに所定の期間ｔｓの間、動作を中止する。すなわち、放電モードからオフ状態に転換する。そして、所定の時間ｔｓが経過した後、Ｐｐｖ値がＰｒ値より大きいので、コンバータ１４は、ｔ４後に、オフ状態から充電モードに転換する。
【０１１０】
前記の通り、発電システム２の電力生産量と、負荷４の電力消費量とにより、コンバータ１４が動作モード転換の臨界値近くで動作するとき、いったん、コンバータ１４が動作モードを転換する条件を満足するときには、いったん、所定の時間ｔｓほどコンバータ１４の動作モード転換を中止させる。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【０１１１】
（第５実施形態）
図１７は、図１５のコンバータ１４の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【０１１２】
＜動作設定−５＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
図１７を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されている。図１７によるコンバータ１４の動作は、図１１及び図１２で説明したコンバータ１４の動作と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、本実施形態では、図１６の実施形態で述べたように、Ｐｒｏ値がＰｌ値の変動によって変わる。また、オフ状態区間であるＰｒａ値及びＰｒｂ値も、Ｐｌ値の変動によって変わる。従って、Ｐｐｖ値の変動だけではなく、Ｐｌ値の変動によるＰｒａ値及びＰｒｂ値の変動もまた、コンバータ１４の動作モード転換に考慮すべきことである。
【０１１３】
前記の通り、発電システム２の電力生産量と、負荷４の電力消費量とにより、コンバータ１４が、動作モード転換の臨界値近くで動作するとき、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【０１１４】
（第６実施形態）
図１８は、図１５のコンバータ１４の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【０１１５】
＜動作設定−６＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
オフ状態区間のヒステリシス区間を設定
図１８を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されており、Ｐｒａ及びＰｒｂに係わるヒステリシス区間が、それぞれＰｈ１〜Ｐｈ２、Ｐｈ３〜Ｐｈ４に設定されている。図１８によるコンバータ１４の動作は、図１３及び図１４で説明したコンバータ１４の動作と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、本実施形態では、図１６及び図１７の実施形態で述べたように、Ｐｒｏ値がＰｌ値の変動によって変わる。また、オフ状態区間であるＰｒａ値及びＰｒｂ値、そしてヒステリシス区間であるＰｈ１〜Ｐｈ４値もまた、Ｐｌ値の変動によって変わる。従って、Ｐｐｖ値の変動だけではなく、Ｐｌ値の変動によるＰｒａ、Ｐｒｂ、Ｐｈ１〜Ｐｈ４値の変動もまた、コンバータ１４の動作モード転換に考慮すべきことである。
【０１１６】
前記の通り、発電システム２の電力生産量と、負荷４の電力消費量とによって、コンバータ１４が動作モード転換の臨界値近くで動作する場合、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。それだけではなく、オフ状態区間の境界にヒステリシス区間を設定することにより、オフ状態区間の境界で発生しうるコンバータ１４の動作モードの頻繁な転換を防止することができる。
【０１１７】
以上、図１５ないし図１８を参照しつつ、本発明の多様な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、多様に変更可能である。例えば、動作設定４と動作設定と６を組み合わせることも可能である。
【０１１８】
具体的に述べれば、発電システム２の電力生産量が増加（または減少）し、オフ状態区間に進入するとき、いったん所定の時間の間、コンバータ１４をオフ状態に転換する。このとき、発電システム２の電力生産量の変化量が非常に大きく、オフ状態区間を過ぎ、既存の動作モードと反対になる動作モードに転換される場合にも、所定の時間が経過していない場合には、コンバータ１４のオフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過した後、発電システム２の電力生産量を判断し、充電モード、放電モード、オフ状態のうちいずれか一つで動作する。すなわち、コンバータ１４の動作モード転換が、時間、オフ状態区間、ヒステリシス区間を共同に、例えば、同時に考慮することができるのである。
【０１１９】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能だという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲及びその技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【０１２０】
１ エネルギー保存システム
２ 発電システム
３ 系統
４ 負荷
１０ 電力変換システム（ＰＣＳ）
１１ 電力変換部
１２ ＤＣリンク部
１３ インバータ
１４ コンバータ
１５ 統合制御器
２０ バッテリ管理部（ＢＭＳ）
３０ バッテリ
４０ 第１スイッチ
５０ 第２スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー保存システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境破壊、資源枯渇などが深刻な問題になりつつ、エネルギーを保存し、保存されたエネルギーを効率的に活用することができるシステムへの関心が高まっている。また、これと共に、発電過程で公害を誘発しなかったり、あるいは少なく誘発する新再生エネルギーへの関心も高まっている。エネルギー保存システムは、このような新再生エネルギー、電力を保存するバッテリ・システム、そして既存の系統を連繋させるシステムとして、今日の環境変化に合わせて、多くの研究開発がなされている。このようなエネルギー保存システムは、関連した新再生エネルギー、バッテリ・システム、系統及び負荷の状態によって多様な動作モードを有し、動作モード間の転換が安定的になされねばならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の実施形態が解決しようとする技術的課題は、動作モードの転換を安定して遂行することができるエネルギー保存システム及びその制御方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態によれば、エネルギー保存システムの頻繁な動作モード転換を減少させ、バッテリ及びコンバータの寿命を延長させることができる。
【０００５】
本発明の一実施形態として、エネルギー保存システムは、バッテリと、外部電源から第１電力を受信して第２電力を生成するインバータ；バッテリ、外部電源及びインバータに連結されるコンバータ；を含む。コンバータは、バッテリを充電する充電モードと、バッテリを放電させる放電モードとの間で、オフモードに進入する。
【０００６】
コンバータは、第１電力値と第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間オフモードに進入する。
【０００７】
コンバータがオフモードであるとき、コンバータは、第１電力値と第２電力値との差の変動に係わりなく、所定の時間の間オフモードを維持する。
【０００８】
コンバータは、所定の時間が経過した後、第１電力値と第２電力値との差によって、放電モードまたは充電モードで動作することができる。
【０００９】
第１電力値が第２電力値より大きければ、バッテリを充電するために、コンバータが充電モードで動作し、第１電力値が第２電力値より小さければ、バッテリを放電させるために、コンバータが放電モードで動作することができる。
【００１０】
第２電力値は、インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動されてもよい。
【００１１】
コンバータは、第１電力値が、第１臨界値と、第１臨界値より低い第２臨界値との間であるとき、オフモードに進入する。
【００１２】
第２電力値は、第１臨界値と第２臨界値との間であってもよい。
【００１３】
第１臨界値及び第２臨界値は、第２電力値の変化量と略同一量が変化することができる。
【００１４】
コンバータがオフモードであるとき、コンバータは、第１電力値が、第１臨界値と第２臨界値との間で変動するとき、オフモードを維持する。
【００１５】
コンバータがオフモードであるとき、コンバータは、第１電力値が、第１臨界値を超えるか、あるいは第２臨界値未満であるとき、オフモードから抜け出ることができる。
【００１６】
コンバータがオフモードから抜け出てきた後、コンバータは、第１電力値、第１臨界値及び第２臨界値の値に対応して、放電モードまたは充電モードで動作することができる。
【００１７】
第１電力値が第１臨界値より大きければ、バッテリを充電するために、コンバータが充電モードで動作し、第１電力値が第２臨界値より小さければ、バッテリを放電させるために、コンバータが放電モードで動作しうる。
【００１８】
第１臨界値または第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、コンバータは、第１電力値の変動が、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、オフモードを維持する。
【００１９】
本発明の一実施形態として、バッテリ、外部電源及びインバータに連結されるコンバータを含むエネルギー保存システムの制御方法を提供する。前記方法は、外部電源からの第１電力をインバータによって第２電力に変換する段階と、バッテリを充電する充電モードと、バッテリを放電させる放電モードとの間に、オフモードに進入する段階と、を含む。
【００２０】
前記方法は、第１電力値が第２電力値より小さければ、コンバータがバッテリを放電し、第１電力値が第２電力値より大きければ、バッテリを充電する段階と、第１電力値と第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間、コンバータがオフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記方法は、コンバータがオフモードであるとき、第１電力値と第２電力値との差の変動に係わりなく、コンバータをオフモードに維持する段階をさらに含んでもよい。
【００２２】
前記方法は、所定の時間が経過した後、第１電力値と第２電力値との差によって、放電モードまたは充電モードでコンバータを動作させる段階をさらに含んでもよい。
【００２３】
第２電力値は、インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動されてもよい。
【００２４】
前記方法は、第１電力値が第１臨界値より大きければ、コンバータによってバッテリを充電し、第１電力値が、第１臨界値より低い第２臨界値より小さければ、コンバータによってバッテリを放電させる段階と、第１電力値が、第１臨界値と第２臨界値との間であるとき、コンバータがオフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含んでもよい。
【００２５】
第１臨界値及び第２臨界値は、第２電力値の変化量と略同一量が変化することができる。
【００２６】
前記方法は、コンバータがオフモードであるとき、第１電力値が、第１臨界値と第２臨界値との間で変動するとき、コンバータのオフモードを維持する段階をさらに含んでもよい。
【００２７】
前記方法は、コンバータがオフモードであるとき、第１電力値が、第１臨界値を超えるか、あるいは第２臨界値未満であるとき、コンバータがオフモードから抜け出るように動作させる段階をさらに含んでもよい。
【００２８】
前記方法は、コンバータがオフモードから抜け出てきた後、第１電力値、第１臨界値及び第２臨界値の値に対応して、放電モードまたは充電モードでコンバータを動作させる段階をさらに含んでもよい。
【００２９】
前記方法は、第１臨界値または第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、第１電力値の変動が、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、オフモードを維持するようにコンバータを動作させる段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の実施形態によれば、エネルギー保存システムの動作モードを安定して転換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態によるエネルギー保存システムの構成を示す図面である。
【図２】本発明の一実施形態によるエネルギー保存システムの動作方法を示す図面である。
【図３】図２の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図４】図２の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図５Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図５Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図５Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図６Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図６Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図７Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図８Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図８Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図９Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図９Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図９Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１０Ａ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１０Ｂ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１０Ｃ】図２の動作方法のシミュレーション結果を示す図面である。
【図１１】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１２】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１３】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１４】図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。
【図１５】本発明の他の実施形態によるエネルギー保存システムの動作方法を示す図面である。
【図１６】図１５の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図１７】図１５の動作方法の一例について説明するグラフである。
【図１８】図１５の動作方法の一例について説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態は、多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することが可能であるが、特定実施形態について図面に例示し、詳細な説明に詳細に説明する。しかし、それらは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物ないし代替物を含むということが分かるであろう。
【００３３】
以下、本発明による実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明し、添付図面を参照して説明するにあたり、同一であったり、あるいは対応する構成要素は、同じ図面番号を付与し、これに係わる重複説明は省略する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態によるエネルギー保存システム１の構成を示す図面である。
【００３５】
図１を参照すれば、本実施形態によるエネルギー保存システム１は、発電システム２及び系統３と連結され、負荷４に電力を供給する。
【００３６】
発電システム２は、エネルギー源を利用して電力を生産するシステムである。発電システム２は、生産した電力をエネルギー保存システム１に供給する。発電システム２は、太陽光発電システム、風力発電システムあるいは潮力発電システムであってもよい。しかし、それらは例示的なものであり、発電システム２は、前述の種類に限定されるものではない。太陽熱や地熱など、新再生エネルギーを利用して電力を生産する適切な形態の発電システムをいずれも含む。特に、太陽光を利用して電気エネルギーを生産する太陽電池は、各家庭または工場に設けやすく、各家庭や工場に分散されたエネルギー保存システム１に適用するのに適している。発電システム２は、多数の発電モジュールを具備し、発電モジュール別に電力を生産することによって、大容量エネルギーシステムを構成することができる。
【００３７】
ここで、系統３は、発電所、変電所、送電線などを総称する。系統３は、正常状態である場合、エネルギー保存システム１に電力を供給し、負荷４及び／またはバッテリ３０に電力を供給させ、系統３は、エネルギー保存システム１から電力を供給される。系統３が非正常状態である場合、系統３からエネルギー保存システム１へ、またはエネルギー保存システム１から系統３への電力供給は中断される。
【００３８】
負荷４は、発電システム２で生産された電力、バッテリ３０に保存された電力、または系統３から供給された電力を消費する。家庭内や工場内の電気／電子機器などが、負荷４の一例である。
【００３９】
エネルギー保存システム１は、発電システム２で生産した電力をバッテリ３０に保存し、生産した電力を系統３に供給する。エネルギー保存システム１は、バッテリ３０に保存された電力を系統３に供給したり、系統３から供給された電力をバッテリ３０に保存しもする。また、エネルギー保存システム１は、系統３が非正常状態である場合、例えば、停電が発生した場合には、ＵＰＳ（uninterruptible power supply）動作を行い、負荷４に電力を供給する。また、エネルギー保存システム１は、系統３が正常である状態でも、発電システム２が生産した電力や、バッテリ３０に保存されている電力を負荷４に供給することができる。
【００４０】
エネルギー保存システム１は、電力変換を制御する電力変換システム（ＰＣＳ：power conversion system）１０、バッテリ管理部（ＢＭＳ：battery management system）２０、バッテリ３０、第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０などを含む。
【００４１】
ＰＣＳ １０は、発電システム２、系統３、バッテリ３０の電力を適切な電力に変換し、必要なところ、例えば、負荷４に供給する。ＰＣＳ １０は、電力変換部１１、ＤＣ（direct current）リンク部１２、インバータ１３、コンバータ１４、統合制御器１５を含む。
【００４２】
電力変換部１１は、発電システム２とＤＣリンク部１２、例えば、ＤＣリンカ（linker）との間に連結される電力変換装置である。電力変換部１１は、発電システム２で生産した電力をＤＣリンク部１２に伝達し、このとき、出力電圧を直流（ＤＣ）リンク電圧に変換する。
【００４３】
電力変換部１１は、発電システム２の種類によって、コンバータ、整流回路などの電力変換回路で構成することができる。発電システム２が生産する電力が直流タイプである場合、電力変換部１１は、直流を直流に変換するためのコンバータであってもよい。発電システム２が生産する電力が交流（ＡＣ）タイプである場合、電力変換部１１は、交流を直流に変換するための整流回路であってもよい。特に、発電システム２が太陽光発電システムである場合、電力変換部１１は、日射量、温度などの変化によって、発電システム２で生産する電力を最大にすることができるように、最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ：maximum power point tracking）制御を行うＭＰＰＴコンバータを含んでもよい。電力変換部１１は、発電システム２で生産される電力がないときには、動作を中止し、コンバータなどで消費される電力を最小化させることもできる。
【００４４】
直流リンク電圧は、発電システム２または系統３での瞬時電圧降下、負荷４でのピーク負荷発生などでよって、その大きさが不安定になる場合がある。しかし、直流リンク電圧は、コンバータ１４及びインバータ１３の正常動作のために安定化される必要がある。ＤＣリンク部１２は、電力変換部１１とインバータ１３との間に連結され、直流リンク電圧を安定した電圧に、例えば、一定に維持させる。ＤＣリンク部１２として、例えば、大容量キャパシタなどを使用することができる。
【００４５】
インバータ１３は、ＤＣリンク部１２と第１スイッチ４０との間に連結される電力変換装置である。インバータ１３は、放電モードで、発電システム２及び／またはバッテリ３０から出力された直流リンク電圧を、系統３の交流電圧に変換して出力するインバータを含んでもよい。このとき、インバータ１３は、出力される電力量が一定に、あるいは実質的に一定になるように設定されてもよい。インバータ１３の電力出力量は、後述するコンバータ１４の動作を制御することにより、一定に維持できるのである。また、インバータ１３は、充電モードで、系統３の電力をバッテリ３０に保存するために、系統３の交流電圧を整流し、直流リンク電圧に変換して出力する整流回路を含んでもよい。インバータ１３は、双方向インバータであり、または複数のインバーティング回路を含んでもよい。
【００４６】
インバータ１３は、系統３に出力される交流電圧から高調波（harmonic wave）を除去するためのフィルタを含んでもよい。また、インバータ１３は、無効電力の発生を抑制するために、インバータ１３から出力される交流電圧の位相と、系統３の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を含んでもよい。それ以外に、インバータ１３は、電圧変動範囲制限、力率改善、直流成分除去、過度現象（transient phenomena）保護のような機能を行うことができる。インバータ１３は、使われないとき、電力消費を最小化するために、動作を中止させることもできる。
【００４７】
コンバータ１４は、ＤＣリンク部１２とバッテリ３０との間に連結される電力変換装置である。コンバータ１４は、放電モードで、バッテリ３０に保存された電力を、インバータ１３で要求する電圧レベル、すなわち、直流リンク電圧に変換するコンバータを含む。すなわち、コンバータ１４は、電力に対してＤＣ−ＤＣ変換を行い、直流リンク電圧を出力する。コンバータ１４は、充電モードで、電力変換部１１から出力される電力や、インバータ１３から出力される電力の電圧を、バッテリ３０で要求する電圧レベル、すなわち、充電電圧に変換するコンバータを含む。すなわち、コンバータ１４は、電力に対してＤＣ−ＤＣ変換を行い、充電電圧を出力する。コンバータ１４は、バッテリ３０の充電または放電が行われない場合には動作を中止させ、電力消費を最小化することもできる。コンバータ１４は、双方向コンバータであり、または複数のコンバーティング回路を含むこともできる。
【００４８】
一方、コンバータ１４は、発電システム２の電力生産量や負荷４の電力消費量、系統３からの電力供給量あるいは系統３への伝達量、例えば、売電量などによって、充電モード及び放電モードの転換がなされる。コンバータ１４の具体的なモード転換動作については、図２ないし図１８を参照しつつ後述する。
【００４９】
統合制御器１５は、発電システム２、系統３、バッテリ３０及び負荷４の状態をモニタリングし、モニタリング結果によって、電力変換部１１、インバータ１３、コンバータ１４、バッテリ管理部２０、第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０の動作を制御する。統合制御器１５は、系統３に停電が発生したか否か、発電システム２で電力が生産されているか否か、発電システム２で電力を生産する場合、その生産量、バッテリ３０の充電状態、負荷４の電力消費量、時間などをモニタリングすることができる。また、統合制御器１５は、系統３に停電が発生したり、負荷４に供給する電力が充分ではない場合には、負荷４内に含まれた電力消費機器に対して優先順位を定め、優先順位が高い電力消費機器に電力を供給するように、負荷４を制御することができるのである。
【００５０】
ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０に連結され、統合制御器１５の制御によって、バッテリ３０の充電動作及び放電動作を制御する。ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０を保護するために、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セル・バランシング（cell balancing）機能などを行うことができる。このために、ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態などをモニタリングし、モニタリング結果を統合制御器１５に伝送する。
【００５１】
バッテリ３０は、発電システム２で生産された電力または系統３の電力を供給されて保存し、負荷４または系統３に保存している電力を供給する。
【００５２】
バッテリ３０は、サブユニットに少なくとも一つ以上の直列及び／または並列に連結された少なくとも１つのバッテリ・ラックを含んでもよい。それぞれのバッテリ・ラックは、サブユニットに、直列及び／または並列に連結された少なくとも１つのバッテリ・トレイを含んでもよい。また、それぞれのバッテリ・トレイは、複数のバッテリセルを含んでもよい。このようなバッテリ３０は、多種のバッテリセルから具現され、例えば、ニッケル−カドミウム電池（nikel-cadmium battery）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：nickel metal hydride battery）、リチウム−イオン電池（lithium ion battery）、リチウムポリマー電池（lithium polymer battery）などであってもよい。エネルギー保存システム１で要求される電力容量、設計条件などによって、バッテリ３０のバッテリ・ラック個数が決定される。例えば、負荷４の消費電力が大きい場合には、複数のバッテリ・ラックを含むように、バッテリ３０を構成することができ、負荷４の消費電力が小さい場合には、１つのバッテリ・ラックだけを含むように、バッテリ３０を構成することができるのである。
【００５３】
一方、ＢＭＳ ２０は、バッテリ３０が複数の階層によって構成される場合、ＢＭＳ ２０は、各階層ごとに別途にそれぞれ備わった複数のＢＭＳを含んでもよい。例えば、バッテリ３０が、前述のように、バッテリセル→バッテリ・トレイ→バッテリ・ラック→バッテリの順序に階層が形成されている場合、ＢＭＳ ２０は、複数のバッテリ・トレイそれぞれを制御する複数のトレイＢＭＳ、複数のトレイＢＭＳそれぞれを制御する複数のラックＢＭＳ、複数のラックＢＭＳをそれぞれ制御するシステムＢＭＳあるいはマスターＢＭＳからなってもよい。
【００５４】
第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０は、インバータ１３と系統３との間に直列に連結され、統合制御器１５の制御によって、オン（on）／オフ（off）動作を行い、発電システム２と系統３との間の電流フローを制御する。第１スイッチ４０と第２スイッチ５０は、発電システム２、系統３及びバッテリ３０の状態によって、オン／オフが決定される。
【００５５】
具体的には、発電システム２及び／またはバッテリ３０の電力を負荷４に供給する場合、または系統３の電力をバッテリ３０に供給する場合、第１スイッチ４０をオン状態にする。発電システム２及び／またはバッテリ３０の電力を系統３に供給する場合、または系統３の電力を負荷４及び／またはバッテリ３０に供給する場合には、第２スイッチ５０をオン状態にする。
【００５６】
一方、系統３で停電が発生した場合には、第２スイッチ５０をオフ状態にし、第１スイッチ４０をオン状態にする。すなわち、発電システム２及び／またはバッテリ３０からの電力を負荷４に供給すると同時に、負荷４に供給される電力が系統３側に流れることを防止する。これによって、エネルギー保存システム１は、系統３の電力線などで作業する人員が、エネルギー保存システム１からの電力にる感電事故を防止するように動作される。
【００５７】
第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０としては、大きい電流に耐えることができるリレイ（relay）などのスイッチング装置が使われてもよい。
【００５８】
以下、コンバータ１４の動作について詳細に説明する。
【００５９】
図２は、本発明の一実施形態によるエネルギー保存システム１の動作方法を示す図面である。
【００６０】
図２を参照すれば、本実施形態は、エネルギー保存システム１のインバータ１３が一定量の電力を出力する場合である。このとき、負荷４の電力消費量や、系統３の状態などは、考慮していない。インバータ１３の電力出力量は、インバータ１３に入力される電力量と実質的に同一であり、これをＰｉｎｖと示す。また、発電システム２で生産される電力量をＰｐｖ、コンバータ１４から出力されるか、あるいはコンバータ１４に供給される電力量をＰｂと示す。コンバータ１４がインバータ１３に電力を供給すれば、Ｐｂは、正値を有するのである。インバータ１３からコンバータ１４に電力が供給されれば、Ｐｂは、負値を有するのである。インバータ１３が発電システム２及び／またはバッテリ３０から電力を供給される場合、Ｐｉｎｖは、正値を有するのである。また、インバータ１３がバッテリ３０に電力を供給する場合、Ｐｉｎｖは、負値を有するのである。前記電力量の関係は、次の通りである。
【００６１】
［数１］
Ｐｉｎｖ＝Ｐｐｖ＋Ｐｂ
このとき、Ｐｐｖ値は、一定ではなくして常に変わる。もしＰｉｎｖの大きさと、Ｐｐｖの大きさとが類似しており、Ｐｐｖ値が微細に増減を反復する場合、Ｐｂ値は、正値と負値との間を往来する。すなわち、コンバータ１４で、充電モードと放電モードとの動作モード転換が頻繁に発生する。また、バッテリ３０が充電と放電とを頻繁に反復する。しかし、コンバータ１４の頻繁な動作モード転換は、コンバータ１４の寿命を短縮させたり、故障の発生可能性を高め、バッテリ３０の充電動作及び放電動作の反復は、バッテリ３０の寿命に悪影響を及ぼす。また、前記のような動作は、エネルギー保存システム１の安定性を低下させるために望ましくない。よって、本実施形態では、発電システム２の電力生産量によって、コンバータ１４の動作をあらかじめ設定し、前記問題点を解決する。
【００６２】
（第１実施形態）
図３及び図４は、図２の動作方法の一例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【００６３】
＜動作設定−１＞
コンバータ１４の動作モード転換の臨界点到達後、所定の時間の間、コンバータ１４の動作を停止（オフ状態に転換）
図３を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力（rated power）は、Ｐｒに設定されている。
【００６４】
ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒより大きく、これは、インバータ１３で必要とする電力量以上に、発電システム２で電力が生産されていることを意味する。従って、ＰｐｖにおいてＰｒを超える部分に該当する電力は、バッテリ３０の充電に使われる。
【００６５】
発電システム２での電力生産量が減少し、ｔ１でＰｐｖがＰｒ下に下がれば、コンバータ１４は、所定の時間ｔｓ間、動作を中止する。すなわち、充電モードからオフ状態に転換する。コンバータ１４がオフ状態である間には、Ｐｐｖ値がいかように変わっても、コンバータ１４は、動作モードを転換しない。
【００６６】
そして、所定の時間ｔｓが経過すれば、Ｐｐｖの値によって、放電モードまたは充電モードに転換する。図３の場合、所定の時間ｔｓであるｔ２後に、Ｐｐｖ値が依然としてＰｒ未満であるから、コンバータ１４は、オフ状態から放電モードに転換する。
【００６７】
図４を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒに設定されている。
【００６８】
ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒ未満であり、これは、インバータ１３で必要とする電力量未満であり、発電システム２で電力が生産されていることを意味する。従って、Ｐｒ−Ｐｐｖに該当する電力が、バッテリ３０から放電されて補充される。
【００６９】
発電システム２での電力生産量が増加し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒ上に上がれば、コンバータ１４は、所定の時間ｔｓの間、動作を中止する。すなわち、放電モードからオフ状態に転換する。コンバータ１４がオフ状態である間には、Ｐｐｖ値がいかように変わってもコンバータ１４は、動作モードを転換しない。
【００７０】
そして、所定の時間ｔｓが経過すれば、Ｐｐｖの値によって、放電モードまたは充電モードに転換する。図４の場合、所定の時間ｔｓのｔ２後に、Ｐｐｖ値が依然としてＰｒより大きいので、コンバータ１４は、オフ状態から充電モードに転換する。
【００７１】
図５Ａないし図６Ｂは、コンバータ１４を一般的な方法で制御するときのシミュレーション結果を示す図面であり、図７Ａないし図８Ｂは、コンバータ１４を、本発明の実施形態によって制御するときを示す図面である。
【００７２】
図５Ａないし図５Ｃを参照すれば、発電システム２の電力生産量を示すグラフ（図５Ａ）、コンバータ１４の動作を示すグラフ（図５Ｂ）、インバータ１３の出力を示すグラフ（図５Ｃ）が順に図示されている。図５Ｂのグラフで実線部分は、コンバータ１４が充電モードで動作するときを示し、点線部分は、コンバータ１４が放電モードで動作するときを示す。図５Ａないし図５Ｃは、一般的な方法でコンバータ１４を制御したときのシミュレーション結果であり、発電システム２の電力生産量が急減したときを仮定した。
【００７３】
図５Ａのグラフについて見れば、発電システム２の電力生産量が急落するところが示されている。これに該当する部分の図５Ｂのグラフについて見れば、コンバータ１４の動作モードが頻繁に変わるところが示されている。また、図５Ｃのグラフでは、インバータ１３の出力が不安定に揺れる様子が示されている。
【００７４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、図６Ａのグラフ及び図６Ｂグラフは、それぞれ図５Ｂのグラフ及び図５Ｃのグラフに表示されたボックス部分を拡大した様子である。図６Ａのグラフで、コンバータ１４の動作モードが、充電モード、オフ状態、放電モードの間で頻繁に変わるということを確認することができる。また、図６Ｂのグラフで、インバータ１３の出力が一定ではなく、不安定に変わるということを確認することができる。
【００７５】
図７Ａないし図７Ｃを参照すれば、図７Ａのグラフのように、発電システム２の電力生産量が急落ちるとき、図７Ｂのグラフに図示されているように、コンバータ１４は、充電モードからオフ状態に転換され、一定時間の間には、発電システム２の電力生産量が変動しても、オフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過すれば、発電システム２の電力生産量を検出して動作モードを決定し、決定した動作モードに、コンバータ１４の動作モードを転換する。一実施形態として、所定の時間が経過した後、発電システム２の電力生産量が減少した状態を維持しているので、コンバータ１４がオフ状態から放電モードに転換された。図７Ｃのグラフには、インバータ１３の安定した出力が示されている。
【００７６】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、図８Ａのグラフ及び図８Ｂのグラフは、それぞれ図７Ｂのグラフ及び図７Ｃのグラフに表示されたボックス部分を拡大した様子である。図８Ａのグラフでコンバータ１４は、オフ状態を維持していて放電モードに転換され、ただ一回の動作モード転換がなされたということを確認することができる。また、インバータ１３の出力が安定しているということを確認することができる。
【００７７】
図９Ａないし図９Ｃは、コンバータ１４を一般的な方法で制御するときの他のシミュレーション結果を示す図面であり、図１０Ａないし図１０Ｃは、コンバータ１４を本発明の一実施形態によって制御するときを示す図面である。
【００７８】
図９Ａないし図９Ｃを参照すれば、発電システム２の電力生産量を示す図９Ａのグラフ、コンバータ１４の動作を示す図９Ｂのグラフ、インバータ１３の出力を示す図９Ｃのグラフが順に図示されている。図９Ｂのグラフで実線部分は、コンバータ１４が充電モードで動作するときを示し、点線部分は、コンバータ１４が放電モードで動作するときを示す。図９Ａないし図９Ｃは、一般的な方法でコンバータ１４を制御したときのシミュレーション結果であり、発電システム２の電力生産量が徐々に減少したときを仮定した。
【００７９】
図９Ａのグラフについて見れば、発電システム２の電力生産量が徐々に減少するところが示されており、これに該当する部分の図９Ｂのグラフについて見れば、発電システム２の電力生産量が減少することにより、コンバータ１４が、充電モードとオフ状態との間で動作モードが頻繁に変わるところが示されている。また、発電システム２の電力生産量がさらに減少すれば、コンバータ１４がオフ状態と放電モードとの間で動作モードが頻繁に変わるところが示されている。また、図９Ｃのグラフでは、インバータ１３の出力が不安定に揺れる様子が示されている。
【００８０】
図１０Ａないし図１０Ｃを参照すれば、図１０Ａのグラフのように、発電システム２の電力生産量が徐々に減少すれば、図１０Ｂのグラフに図示されているように、コンバータ１４は、充電モードからオフ状態に転換され、一定時間の間には、発電システム２の電力生産量が変動しても、オフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過すれば、発電システム２の電力生産量を検出して動作モードを決定し、決定した動作モードにコンバータ１４の動作モードを転換する。図１０Ｂのグラフでは、発電システム２の電力生産量が持続的に減少し、インバータ１３に設定された電力出力量以下に下がるので、コンバータ１４がオフ状態から放電モードに転換された。図１０Ｃのグラフには、インバータ１３の安定な出力が示されている。
【００８１】
前記の通りに、発電システム２が生産する電力が、コンバータ１４の動作モード転換の臨界値であるＰｒ近くで微細に変わる場合、いったん発電システム２の電力生産量が臨界値に達した場合には、所定の時間ｔｓほどコンバータ１４の動作モード転換を中止させる。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【００８２】
（第２実施形態）
図１１及び図１２は、図２に図示したコンバータ１４の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【００８３】
＜動作設定−２＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
図１１を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されている。ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒａより大きく、これは、インバータ１３で必要とする電力量以上に、発電システム２で電力が生産されているということを意味する。従って、インバータ１３に供給して余る電力は、バッテリ３０の充電に使われる。発電システム２での電力生産量が減少し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒａ下に下がれば、コンバータ１４は、動作モードを充電モードからオフ状態に転換する。そして、Ｐｐｖ値がＰｒｂ下に下がるｔ２後に、コンバータ１４は、動作モードをオフ状態から放電モードに転換する。ｔ１とｔ２との間で、たとえ発電システム２の電力生産量が変わったとしても、電力生産量がＰｒａとＰｒｂとの間、すなわち、オフ状態区間内であるとき、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。
【００８４】
図１２を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されている。ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒｂ未満であり、これは、インバータ１３で必要とする電力量未満に、発電システム２で電力が生産されているということを意味する。従って、Ｐｒｏ−Ｐｐｖに該当する電力を、バッテリ３０から補充する。発電システム２での電力生産量が増加し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒｂ上に上がれば、コンバータ１４は、動作モードを、放電モードからオフ状態に転換する。そして、Ｐｐｖ値がＰｒａ上に上がるｔ２後に、コンバータ１４は、動作モードをオフ状態から充電モードに転換する。ｔ１とｔ２との間で、たとえ発電システム２の電力生産量が変わったとしても、電力生産量がＰｒａとＰｒｂとの間、すなわち、オフ状態区間内であるとき、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。
【００８５】
図１１及び図１２の実施形態では、Ｐｒｏがオフ状態区間の中間になるように設定されたが、これに限定されるものではない。例えば、ＰｒｏがＰｒａまたはＰｒｂと同一に設定されもするのである。
【００８６】
前記の通り、インバータ１３の電力出力量をＰｒｏに設定し、発電システム２で生産する電力量がＰｒｏと異っているのもかかわらず、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【００８７】
（第３実施形態）
図１３及び図１４は、図２の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【００８８】
＜動作設定−３＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
オフ状態区間のヒステリシス（hysteresis）区間を設定
図１３を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。本実施形態では、図１１と同様に、インバータ１３の定格電力はＰｒｏ、オフ状態区間の上限はＰｒａ、下限はＰｒｂに設定されている。また、本実施形態の場合、前記上限Ｐｒａ及びＰｒｂについて、それぞれヒステリシス区間がＰｈ１ないしＰｈ４に設定されている。ヒステリシス区間は、コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するための区間であり、詳細な説明は後述する。
【００８９】
ｔ１以前に、Ｐｐｖがオフ状態区間の上限であるＰｒａより大きいとき、コンバータ１４は、充電モードで動作する。発電システム２の電力生産量が減少し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒａ下に下がる。Ｐｐｖ値がオフ状態区間内に含まれるとき、コンバータ１４は、動作モードを充電モードからオフ状態に転換する。
【００９０】
いったんＰｒａ下にＰｐｖが下がれば、Ｐｐｖ値がＰｒａ近くで揺れ、さらにＰｒａ上にある程度上がっても、コンバータ１４の動作モードを、さらに充電モードに転換しない。これは、コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためのものであり、ここでは、その基準がＰｈ１になる。すなわち、ｔ１後に再びＰｐｖ値が上昇し、ｔ２で、Ｐｐｖ値がＰｒａ上に上がるが、ｔ３でＰｈ１を超えなければ、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。ただし、Ｐｐｖ値がＰｈ２下に下がった後、再びＰｒａ上に上がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、オフ状態から充電モードに転換される。
【００９１】
Ｐｐｖ値が、ｔ３後に持続的に減少し、ｔ４で、Ｐｒｂ下に下がり、Ｐｐｖ値がオフ状態区間を外れるとき、コンバータ１４は、動作モードを、オフ状態から放電モードに転換する。
【００９２】
いったんＰｒｂ以下に、Ｐｐｖが下がれば、Ｐｐｖ値がＰｒｂ近くで揺れ、再びＰｒｂ上にある程度上がっても、コンバータ１４の動作モードを、再びオフ状態に転換しない。コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためであり、ここでは、その基準がＰｈ３になる。すなわち、ｔ４後に再びＰｐｖ値が上昇し、ｔ５で、Ｐｐｖ値がＰｒｂ上に上がるが、Ｐｈ３を超えなければ、コンバータ１４は、放電モードを維持する。従って、Ｐｐｖ値の変動により、バッテリ３０の電力充電量が変動する。ただし、ｔ６でのように、Ｐｐｖ値がＰｈ４下に下がった後、再びＰｒｂ上に上がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、放電モードからオフ状態に転換されるのである。
【００９３】
図１４を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。本実施形態では、図１３と同様に、インバータ１３の定格電力はＰｒｏ、オフ状態区間の上限はＰｒａ、下限はＰｒｂ、ヒステリシス区間が、Ｐｈ１ないしＰｈ４に設定されている。
【００９４】
ｔ１以前には、Ｐｐｖがオフ状態区間の下限であるＰｒｂより小さいので、コンバータ１４は、放電モードで動作する。発電システム２の電力生産量が増加し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒｂ上に上がる。Ｐｐｖ値がオフ状態区間内であるとき、コンバータ１４は、動作モードを、放電モードからオフ状態に転換する。
【００９５】
いったんＰｒｂ上にＰｐｖが上がれば、Ｐｐｖ値がＰｒｂ近くで揺れ、さらにＰｒｂ下にある程度下がっても、コンバータ１４の動作モードをさらに放電モードに転換しない。これは、コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためのものであるが、ここでは、その基準がＰｈ４となる。すなわち、ｔ１後にさらにＰｐｖ値が減少し、ｔ２で、Ｐｐｖ値がＰｒｂ下に下がるが、ｔ３でのように、Ｐｈ４下に下がらなければ、コンバータ１４は、オフ状態を維持する。ただし、Ｐｐｖ値がＰｈ３上に上がった後、さらにＰｒｂ下に下がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、オフ状態から放電モードに転換されるのである。
【００９６】
Ｐｐｖ値がｔ３後に持続的に増加し、ｔ４で、Ｐｒａ上に上がり、Ｐｐｖ値がオフ状態区間を外れるとき、コンバータ１４は、動作モードをオフ状態から充電モードに転換する。
【００９７】
いったんＰｒａ上にＰｐｖが上がれば、Ｐｐｖ値がＰｒａ近くで揺れ、さらにＰｒａ下にある程度下がっても、コンバータ１４の動作モードを、さらにオフ状態に転換しない。コンバータ１４の動作モード転換が頻繁に起こることを防止するためのものであり、ここでは、その基準がＰｈ２となる。すなわち、ｔ４後にさらにＰｐｖ値が減少し、ｔ５で、Ｐｐｖ値がＰｒａ下に下がるが、Ｐｈ２下に下がらなければ、コンバータ１４は、充電モードを維持する。従って、Ｐｐｖ値の変動によって、バッテリ３０の放電量が変動する。ただし、ｔ６でのように、Ｐｐｖ値がＰｈ１上に上がった後、さらにＰｒａ下に下がる場合には、コンバータ１４の動作モードが、充電モードからオフ状態に転換されるのである。
【００９８】
前記の通り、インバータ１３の電力出力量をＰｒｏに設定し、発電システム２で生産する電力量が、Ｐｒｏと異なるにもかかわらず、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。それだけではなく、オフ状態区間の境界に、ヒステリシス区間を設定することにより、オフ状態区間の境界で発生しうるコンバータ１４の動作モードの頻繁な転換を防止することができる。
【００９９】
以上、図２ないし図１４を参照しつつ、本発明の多様な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、多様に変更可能である。例えば、動作設定１と動作設定３とを組み合わせることも可能である。
【０１００】
具体的に述べれば、発電システム２の電力生産量が増加（または減少）し、オフ状態区間に進入する場合、いったん所定の時間の間、コンバータ１４をオフ状態に転換する。このとき、発電システム２の電力生産量の変化量が非常に大きく、オフ状態区間を過ぎ、既存の動作モードと反対になる動作モードに転換されねばならない場合にも、所定の時間が経過していない場合には、コンバータ１４のオフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過した後、発電システム２の電力生産量を判断し、充電モード、放電モード、オフ状態のうちいずれか一つで動作する。すなわち、コンバータ１４の動作モード転換が、時間、オフ状態区間、ヒステリシス区間を共同に、例えば、同時にして、考慮されることも可能である。
【０１０１】
図１５は、本発明の他の実施形態によるエネルギー保存システム１の動作方法を示す図面である。
【０１０２】
図１５を参照すれば、本実施形態は、エネルギー保存システム１が、系統３に一定量の電力を供給、すなわち、一定量の電力を売電する場合である。このとき、系統に供給される電力量をＰｇ、負荷４の電力消費量をＰｌと示す。インバータ１３の電力出力量と、インバータ１３に入力される電力量は、実質的に同一であり、それらをＰｉｎｖと示す。また、発電システム２で生産される電力量をＰｐｖ、コンバータ１４から出力されるか、あるいはコンバータ１４に供給される電力量をＰｂと示す。コンバータ１４がインバータ１３に電力を供給すれば、Ｐｂは正値を有するのである。バッテリ３０に電力が供給されれば、Ｐｂは負値を有するのである。インバータ１３が、発電システム２及び／またはバッテリ３０から電力を供給される場合、Ｐｉｎｖは、正値を有するのである。また、インバータ１３がバッテリ３０に電力を供給する場合、Ｐｉｎｖは、負値を有するのである。前記電力量の関係は、次の通りである。
【０１０３】
［数２］
Ｐｇ＝Ｐｌ−Ｐｉｎｖ
Ｐｉｎｖ＝Ｐｐｖ＋Ｐｂ
このとき、Ｐｌ値とＰｐｖ値は、一定ではなくして常に変わる。Ｐｌ値とＰｐｖ値との変動によって、Ｐｂ値は、正値と負値との間を往来する。すなわち、コンバータ１４で、充電モードと放電モードとの動作モード転換が頻繁に発生する。また、バッテリ３０が充電と放電とを反復する。しかし、前述のように、コンバータ１４の頻繁な動作モード転換は、コンバータ１４の寿命を短縮させたり、故障の発生可能性を高め、バッテリ３０の充電動作及び放電動作の反復は、バッテリ３０の寿命に悪影響を及ぼす。また、前記のような動作は、エネルギー保存システム１の安定性を低下させるために、望ましくない。よって、本実施形態では、発電システム２の電力生産量、負荷４の電力消費量によって、コンバータ１４の動作をあらかじめ設定し、前記問題点を解決する。
【０１０４】
（第４実施形態）
図１６は、図１５で図示したコンバータ１４の動作方法の一例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【０１０５】
＜動作設定−４＞
コンバータ１４の動作モード転換の臨界点到達後、所定の時間の間、コンバータ１４の動作を停止（オフ状態に転換）
図１６を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒに設定されている。本実施形態で、Ｐｇ値が一定に設定されるので、Ｐｒ値は、Ｐｌ値によって変わる。図１６では、ｔ１とｔ２との間で一度、そしてｔ３で、一度Ｐｒ値が変わったと仮定した。
【０１０６】
ｔ１以前には、ＰｐｖがＰｒより大きく、これは、インバータ１３で必要とする電力量以上に、発電システム２で電力が生産されているということを意味する。従って、ＰｐｖにおいてＰｒを超える部分に該当する電力は、バッテリ３０の充電に使われる。
【０１０７】
発電システム２での電力生産量が減少し、ｔ１で、ＰｐｖがＰｒ下に下がれば、コンバータ１４は、所定の時間ｔｓの間、動作を中止する。すなわち、充電モードからオフ状態に転換する。コンバータ１４がオフ状態である間には、Ｐｐｖ値がいかように変わっても、コンバータ１４は、動作モードを転換しない。従って、ｔ１とｔ２との間で、Ｐｒ値が変わったが、所定の時間ｔｓ内では、これを考慮しない。
【０１０８】
そして、所定の時間ｔｓが経過すれば、Ｐｐｖの値によって、放電モードまたは充電モードに転換する。図１６の場合、所定の時間ｔｓのｔ２後、Ｐｐｖ値が依然としてＰｒ未満であるとき、コンバータ１４は、オフ状態から放電モードに転換する。
【０１０９】
一方、ｔ３でＰｒ値が減少し、Ｐｐｖ値がＰｒ上に上がるとき、コンバータ１４は、さらに所定の期間ｔｓの間、動作を中止する。すなわち、放電モードからオフ状態に転換する。そして、所定の時間ｔｓが経過した後、Ｐｐｖ値がＰｒ値より大きいので、コンバータ１４は、ｔ４後に、オフ状態から充電モードに転換する。
【０１１０】
前記の通り、発電システム２の電力生産量と、負荷４の電力消費量とにより、コンバータ１４が動作モード転換の臨界値近くで動作するとき、いったん、コンバータ１４が動作モードを転換する条件を満足するときには、いったん、所定の時間ｔｓほどコンバータ１４の動作モード転換を中止させる。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【０１１１】
（第５実施形態）
図１７は、図１５のコンバータ１４の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【０１１２】
＜動作設定−５＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
図１７を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されている。図１７によるコンバータ１４の動作は、図１１及び図１２で説明したコンバータ１４の動作と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、本実施形態では、図１６の実施形態で述べたように、Ｐｒｏ値がＰｌ値の変動によって変わる。また、オフ状態区間であるＰｒａ値及びＰｒｂ値も、Ｐｌ値の変動によって変わる。従って、Ｐｐｖ値の変動だけではなく、Ｐｌ値の変動によるＰｒａ値及びＰｒｂ値の変動もまた、コンバータ１４の動作モード転換に考慮すべきことである。
【０１１３】
前記の通り、発電システム２の電力生産量と、負荷４の電力消費量とにより、コンバータ１４が、動作モード転換の臨界値近くで動作するとき、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。
【０１１４】
（第６実施形態）
図１８は、図１５のコンバータ１４の動作方法の他の例について説明するグラフである。コンバータ１４の動作モードの決定は、次の通り設定されてもよい。
【０１１５】
＜動作設定−６＞
コンバータ１４のオフ状態区間を設定
オフ状態区間のヒステリシス区間を設定
図１８を参照すれば、上側のグラフは、発電システム２の電力生産量を示すグラフであり、下側のグラフは、バッテリ３０の電力充電量を示すグラフである。所定のインバータ１３の電力出力量、すなわち、定格電力は、Ｐｒｏに設定されている。また、コンバータ１４をオフさせる区間は、上限がＰｒａ、下限がＰｒｂに設定されており、Ｐｒａ及びＰｒｂに係わるヒステリシス区間が、それぞれＰｈ１〜Ｐｈ２、Ｐｈ３〜Ｐｈ４に設定されている。図１８によるコンバータ１４の動作は、図１３及び図１４で説明したコンバータ１４の動作と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、本実施形態では、図１６及び図１７の実施形態で述べたように、Ｐｒｏ値がＰｌ値の変動によって変わる。また、オフ状態区間であるＰｒａ値及びＰｒｂ値、そしてヒステリシス区間であるＰｈ１〜Ｐｈ４値もまた、Ｐｌ値の変動によって変わる。従って、Ｐｐｖ値の変動だけではなく、Ｐｌ値の変動によるＰｒａ、Ｐｒｂ、Ｐｈ１〜Ｐｈ４値の変動もまた、コンバータ１４の動作モード転換に考慮すべきことである。
【０１１６】
前記の通り、発電システム２の電力生産量と、負荷４の電力消費量とによって、コンバータ１４が動作モード転換の臨界値近くで動作する場合、コンバータ１４の動作を中止させるオフ状態区間を設定する。これにより、コンバータ１４が過度に頻繁にモードを転換することを防止することができ、コンバータ１４の寿命を延長させ、故障発生を減らすことができる。また、コンバータ１４が含まれたエネルギー保存システム１自体の安定性を確保する。それだけではなく、オフ状態区間の境界にヒステリシス区間を設定することにより、オフ状態区間の境界で発生しうるコンバータ１４の動作モードの頻繁な転換を防止することができる。
【０１１７】
以上、図１５ないし図１８を参照しつつ、本発明の多様な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、多様に変更可能である。例えば、動作設定４と動作設定と６を組み合わせることも可能である。
【０１１８】
具体的に述べれば、発電システム２の電力生産量が増加（または減少）し、オフ状態区間に進入するとき、いったん所定の時間の間、コンバータ１４をオフ状態に転換する。このとき、発電システム２の電力生産量の変化量が非常に大きく、オフ状態区間を過ぎ、既存の動作モードと反対になる動作モードに転換される場合にも、所定の時間が経過していない場合には、コンバータ１４のオフ状態を維持する。そして、所定の時間が経過した後、発電システム２の電力生産量を判断し、充電モード、放電モード、オフ状態のうちいずれか一つで動作する。すなわち、コンバータ１４の動作モード転換が、時間、オフ状態区間、ヒステリシス区間を共同に、例えば、同時に考慮することができるのである。
【０１１９】
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能だという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲及びその技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【０１２０】
１ エネルギー保存システム
２ 発電システム
３ 系統
４ 負荷
１０ 電力変換システム（ＰＣＳ）
１１ 電力変換部
１２ ＤＣリンク部
１３ インバータ
１４ コンバータ
１５ 統合制御器
２０ バッテリ管理部（ＢＭＳ）
３０ バッテリ
４０ 第１スイッチ
５０ 第２スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
外部電源から第１電力を受信して第２電力を生成するインバータと、
前記バッテリ、前記外部電源及び前記インバータに連結され、前記バッテリを充電する充電モードと、前記バッテリを放電させる放電モードとの間で、オフモードに進入するコンバータと、を含むエネルギー保存システム。
【請求項２】
前記コンバータは、第１電力値と第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間、前記オフモードに進入することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー保存システム。
【請求項３】
前記コンバータがオフモードであるとき、前記コンバータは、前記第１電力値と前記第２電力値との差の変動に係わりなく、前記所定の時間の間、前記オフモードを維持することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー保存システム。
【請求項４】
前記コンバータは、前記所定の時間が経過した後、前記第１電力値と前記第２電力値との差によって、前記放電モードまたは充電モードで動作することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー保存システム。
【請求項５】
前記第２電力値は、前記インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー保存システム。
【請求項６】
前記コンバータは、前記第１電力値が、第１臨界値及び前記第１臨界値より低い第２臨界値間であるとき、前記オフモードに進入することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー保存システム。
【請求項７】
前記第２電力値は、前記第１臨界値と前記第２臨界値との間であることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項８】
前記第１臨界値及び前記第２臨界値は、前記第２電力値の変化量と略同一量が変化することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項９】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、前記コンバータは、前記第１電力値が前記第１臨界値と第２臨界値との間で変動するとき、前記オフモードを維持することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１０】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、前記コンバータは、前記第１電力値が前記第１臨界値を超えるか、あるいは前記第２臨界値未満であるとき、前記オフモードから抜け出ることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１１】
前記コンバータが前記オフモードから抜け出てきた後、前記コンバータは、前記第１電力値、前記第１臨界値及び前記第２臨界値の値に対応して、前記放電モードまたは充電モードで動作することを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１２】
前記第１臨界値または前記第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、
前記コンバータは、前記第１電力値の変動が、前記上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、前記オフモードを維持することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１３】
バッテリ、外部電源及びインバータに連結されるコンバータを含むエネルギー保存システムの制御方法であり、
前記外部電源からの第１電力を前記インバータによって第２電力に変換する段階と、
前記バッテリを充電する充電モードと、前記バッテリを放電させる放電モードとの間にオフモードに進入する段階と、を含むエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１４】
第１電力値が第２電力値より小さければ、前記コンバータがバッテリを放電し、前記第１電力値が前記第２電力値より大きければ、前記バッテリを充電する段階と、
前記第１電力値と前記第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間、前記コンバータが前記オフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１５】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、
前記第１電力値と前記第２電力値との差の変動に係わりなく、前記コンバータを、前記オフモードに維持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１６】
前記所定の時間が経過した後、
前記第１電力値と前記第２電力値との差によって、前記放電モードまたは充電モードで、前記コンバータを動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１７】
前記第２電力値は、前記インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動することを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１８】
前記第１電力値が第１臨界値より大きければ、前記コンバータによって、前記バッテリを充電し、前記第１電力値が前記第１臨界値より低い第２臨界値より小さければ、前記コンバータにより、前記バッテリを放電させる段階と、
前記第１電力値が、第１臨界値と前記第２臨界値との間であるとき、前記コンバータが前記オフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１９】
前記第１臨界値及び前記第２臨界値は、前記第２電力値の変化量と略同一量が変化することを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２０】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、
前記第１電力値が、前記第１臨界値と前記第２臨界値との間で変動するとき、前記コンバータの前記オフモードを維持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２１】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、
前記第１電力値が、前記第１臨界値を超えるか、あるいは前記第２臨界値未満であるとき、前記コンバータが前記オフモードから抜け出るように動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２２】
前記コンバータが前記オフモードから抜け出てきた後、
前記第１電力値、前記第１臨界値及び前記第２臨界値の値に対応して、前記放電モードまたは充電モードで、前記コンバータを動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２３】
前記第１臨界値または前記第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、
前記第１電力値の変動が、前記上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、前記オフモードを維持するように、前記コンバータを動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１】
バッテリと、
外部電源から第１電力を受信して第２電力を生成するインバータと、
前記バッテリ、前記外部電源及び前記インバータに連結され、前記バッテリを充電する充電モードと、前記バッテリを放電させる放電モードとの間で、オフモードに進入するコンバータと、を含むエネルギー保存システム。
【請求項２】
前記コンバータは、第１電力値と第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間、前記オフモードに進入することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー保存システム。
【請求項３】
前記コンバータがオフモードであるとき、前記コンバータは、前記第１電力値と前記第２電力値との差の変動に係わりなく、前記所定の時間の間、前記オフモードを維持することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー保存システム。
【請求項４】
前記コンバータは、前記所定の時間が経過した後、前記第１電力値と前記第２電力値との差によって、前記放電モードまたは充電モードで動作することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー保存システム。
【請求項５】
前記第２電力値は、前記インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー保存システム。
【請求項６】
前記コンバータは、前記第１電力値が、第１臨界値及び前記第１臨界値より低い第２臨界値間であるとき、前記オフモードに進入することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー保存システム。
【請求項７】
前記第２電力値は、前記第１臨界値と前記第２臨界値との間であることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項８】
前記第１臨界値及び前記第２臨界値は、前記第２電力値の変化量と略同一量が変化することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項９】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、前記コンバータは、前記第１電力値が前記第１臨界値と第２臨界値との間で変動するとき、前記オフモードを維持することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１０】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、前記コンバータは、前記第１電力値が前記第１臨界値を超えるか、あるいは前記第２臨界値未満であるとき、前記オフモードから抜け出ることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１１】
前記コンバータが前記オフモードから抜け出てきた後、前記コンバータは、前記第１電力値、前記第１臨界値及び前記第２臨界値の値に対応して、前記放電モードまたは充電モードで動作することを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１２】
前記第１臨界値または前記第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、
前記コンバータは、前記第１電力値の変動が、前記上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、前記オフモードを維持することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー保存システム。
【請求項１３】
バッテリ、外部電源及びインバータに連結されるコンバータを含むエネルギー保存システムの制御方法であり、
前記外部電源からの第１電力を前記インバータによって第２電力に変換する段階と、
前記バッテリを充電する充電モードと、前記バッテリを放電させる放電モードとの間にオフモードに進入する段階と、を含むエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１４】
第１電力値が第２電力値より小さければ、前記コンバータがバッテリを放電し、前記第１電力値が前記第２電力値より大きければ、前記バッテリを充電する段階と、
前記第１電力値と前記第２電力値との差値の符号が変わる場合、所定の時間の間、前記コンバータが前記オフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１５】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、
前記第１電力値と前記第２電力値との差の変動に係わりなく、前記コンバータを、前記オフモードに維持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１６】
前記所定の時間が経過した後、
前記第１電力値と前記第２電力値との差によって、前記放電モードまたは充電モードで、前記コンバータを動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１７】
前記第２電力値は、前記インバータに連結された負荷によって消費される電力量によって変動することを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１８】
前記第１電力値が第１臨界値より大きければ、前記コンバータによって、前記バッテリを充電し、前記第１電力値が前記第１臨界値より低い第２臨界値より小さければ、前記コンバータにより、前記バッテリを放電させる段階と、
前記第１電力値が、第１臨界値と前記第２臨界値との間であるとき、前記コンバータが前記オフモードに進入するように動作させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項１９】
前記第１臨界値及び前記第２臨界値は、前記第２電力値の変化量と略同一量が変化することを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２０】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、
前記第１電力値が、前記第１臨界値と前記第２臨界値との間で変動するとき、前記コンバータの前記オフモードを維持する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２１】
前記コンバータが前記オフモードであるとき、
前記第１電力値が、前記第１臨界値を超えるか、あるいは前記第２臨界値未満であるとき、前記コンバータが前記オフモードから抜け出るように動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２２】
前記コンバータが前記オフモードから抜け出てきた後、
前記第１電力値、前記第１臨界値及び前記第２臨界値の値に対応して、前記放電モードまたは充電モードで、前記コンバータを動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【請求項２３】
前記第１臨界値または前記第２臨界値のうち少なくとも一つは、上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間に位置し、
前記第１電力値の変動が、前記上位ヒステリシス値と下位ヒステリシス値との間であるとき、前記オフモードを維持するように、前記コンバータを動作させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー保存システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１４７６６１（Ｐ２０１２−１４７６６１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６６３（Ｐ２０１２−６６３）
【出願日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
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