蓄電システム
【課題】太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できる蓄電システムを提供する。
【解決手段】太陽電池と、この太陽電池で発電される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換して負荷が接続される屋内交流配線に供給する太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換部と、蓄電池と、この蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した直流電力の何れか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換して前記屋内交流配線に供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部とを備え、
前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記太陽電池の発電力が最大近くになるようにＭＰＰＴ制御され、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て前記負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されるように構成される。
【解決手段】太陽電池と、この太陽電池で発電される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換して負荷が接続される屋内交流配線に供給する太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換部と、蓄電池と、この蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した直流電力の何れか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換して前記屋内交流配線に供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部とを備え、
前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記太陽電池の発電力が最大近くになるようにＭＰＰＴ制御され、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て前記負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電システムに係り、蓄電池、ＤＣ／ＡＣ変換器等を備えて構成される蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の蓄電システムは、商用の電力系統から電力が供給される屋内交流配線に、太陽電池の発電電力あるいは蓄電池の充電電力を重畳して負荷へ電力供給するものであり、発電電力あるいは充電電力が供給される分、系統からの消費電力を少なくすることができ、系統から供給される電力の最大値を下げることができるものである。
【０００３】
この場合、太陽電池の発電電力あるいは蓄電池の充電電力は直流電力であるため、交流である電力系統との間にＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）を備え、このＤＣ／ＡＣ変換器で直流電力を電力系統と同じ周波数の交流電力に変換してから屋内交流配線に重畳するようしている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、太陽電池の発電電力は太陽の日射量の変化に応じて変わるため、太陽電池用のＤＣ／ＤＡコンバータではその前段に昇圧を行うＤＣ／ＤＣ回路を備えたもの（パワーコンディショナ）が知られており、この昇圧の際に太陽電池の発電電力が最大になるように昇圧後の電圧と電流の値を調節している。
（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６６４５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した特許文献１および２に記載の技術は、いずれも、１つのＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）を備えて構成されたものであり、このＤＣ／ＡＣ変換器によって、太陽電池の発電電力又は蓄電池の充電電力を交流電力に変換して電力系統に供給するようにしたものである。
【０００７】
このため、太陽電池の発電電力と蓄電池の充電電力とを同時に単一のＤＣ／ＡＣ変換器変換しようとした場合、いずれか一方の発電効率又は放電効率が優先され全体としての発電効率が上がらないものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できる蓄電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】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成として把握される。
（１）本発明の蓄電システムは、太陽電池と、この太陽電池で発電される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後負荷が接続されている屋内交流配線に供給する太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換部と、蓄電池と、この蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した後の直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換して前記屋内交流配線に供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部とを備え、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記太陽電池の発電力が最大近くになるようにＭＰＰＴ制御され、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て前記負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されるようにしたものである。
（２）本発明の蓄電システムは、さらに前記充電器は、前記太陽電池で発電される直流電力を用いて前記蓄電池に充電をする構成を備えるものである。
（３）本発明の蓄電システムは、さらに前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記充電器を作動させるものである。
（４）本発明の蓄電システムは、さらに前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器および前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部から供給される直流電力を前記充電器に供給して前記蓄電池を充電するものである。
（５）本発明の蓄電システムは、さらに前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部は、所定の電圧に制御された直流電力を出力するように構成され、この直流電力によって前記蓄電池が充電されるものである。
（６）本発明の蓄電システムは、太陽電池で発電される直流電力が所定の周波数の交流電力に変換されて供給される屋内交流配線に蓄電池の充電電力を交流電力に変換して供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部を備えた蓄電システムにおいて、前記蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器を備えると共に、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電システムによれば、太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の蓄電システムの実施例１を示す全体概略図である。
【図２】図１に示す太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の内部構成の一実施例を示した回路図である。
【図３】本発明の蓄電システムにおいて充電とＭＰＰＴ制御との関係を示した動作フロー図である。
【図４】本発明の蓄電システムにおいて蓄電池の充電および太陽電池から屋内交流配線への放電を示した動作フロー図である。
【図５】本発明の蓄電システムの実施例２を示す説明図である。
【図６】本発明の効果を明らかにするための図で、図５の構成を適用しない場合の一例を示す想定図である。
【図７】本発明の効果を明らかにするための図で、図５の構成を適用しない場合の他の例を示す想定図である。
【図８】図５に示した構成においてさらに改良された構成を示す図である。
【図９】図８に示す制御部の動作フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の蓄電システムの好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一の構成要素に対しては、それぞれ同一の符号を付して示している。
（実施形態１）
まず、図１は本発明の蓄電システムの全体を示す概略図である。この図において、１０は太陽電池であり、太陽電池セルを複数直列接続して構成されている。
【００１３】
太陽電池１０で発電された電力（直流電力）は分配器５０へ供給され太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器（パワーコンデショナと称される）２０もしくは充電器６０のいずれかへ選択的に供給される。太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０は直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後、屋内交流配線３１へ重畳するものである。この屋内交流配線３１は電流ブレーカーなどを有する分電盤３０を介して電力系統へつながっており、上記所定の周波数はこの電力系統の周波数である。（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。）
屋内交流配線３１には、たとえばテレビ、エアコン、冷蔵庫等の負荷３２が接続されている。なお、図中、制御器４０は、図示しない前記制御部の一部を構成し、負荷３２に供給される交流電流を検出器（カンレント・トランスなど）４２によって検出し、電圧と共に消費電力を算出する機能を有している。
【００１４】
太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のより詳細な説明は、後に詳述するが、太陽電池１０での発電電力（電圧と電流の積）が最大となるようにＤＣ/ＤＣコンバータで昇圧する電圧を調節する最大電力追尾制御（ＭＰＰT制御）を行う機能を有している。
【００１５】
また、分配器５０を介して充電器６０へ供給される太陽電池１０の発電電力は蓄電池７０に蓄電される構成を有している。充電器７０は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ等から構成され、太陽電池１０から出力される電圧を昇圧あるいは降圧するようになっている。蓄電池７０は、たとえば鉛蓄電池、リチウム電池、あるいはその他の電池によって構成されている。
例えば、リチウム電池の場合は、この電池の端子電圧が所定の電圧以下では定電流制御による充電を行い、所定電圧より大きいとは定電圧制御による充電を行い、充電の終了は端子電圧が目標とする充電量に相当する電圧に至った際に判断されるものである。
【００１６】
なお、屋内交流配線３１からの交流電力は、整流器８０を介して整流されて直流電力となった後、充電器６０に供給され前記と同様に蓄電池７０に充電される。これにより、蓄電池７０への充電は、必要に応じて屋内交流配線３１からも行えるようになる。すなわち、充電器６０は、太陽電池１０からの直流電力および屋内交流配線３１からの交流電流を整流した直流電力のうちいずれか一方の直流電力を前記蓄電池７０に充電できるようになっている。
【００１７】
さらに、蓄電器７０からの直流電電力は、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０を介して交流電力に変換された後に、スイッチ９１を介して屋内交流配線３１に供給されるようになっている。この交流電力は太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と同様に直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後、屋内交流配線３１へ重畳するものであり、この所定の周波数も電力系統の周波数である。
蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、制御器４０によって、検出器４２からの出力が入力されるようになっており、この検出器４２が検出する電流に基づいて得られる負荷３２の消費電力が蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の出力電力を上回らないように蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の動作を制御する信号を出力するものである。これにより蓄電池７０からの出力による逆潮流を防止するようになっている。
蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と同様と同様の構成であっても、また異なっていてもよい。なお、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と独立したものとして構成されている。すなわち、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の制御と、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の制御は、それぞれ、図示しない制御部によって互いに独立して行うようになっている。これにより、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０における電力変換を太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０に応じて効率よく行うことができ、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０における電力変換を蓄電池７０の電圧に応じて効率よく行うことができる効果を奏する。
【００１８】
図２は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の内部構成の詳細を示した回路図である。また、図２は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、太陽電池１０、充電器６０、蓄電池７０、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０、および負荷３２との結線関係とともに示している。分配器５０及びその結線、制御部４０等は省略して示している。
図２に示すように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、太陽電池１０の側に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）２１と、屋内交流配線３１の側に接続されるインバータ回路２２とから構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、リアクタンス、ダイオード、コンデンサ、スイッチ素子等から構成されこのスイッチ素子のＯＮデューティを変えて接続点Ｊの電圧を目標値に制御する一般に知られているＰＷＭ方式の昇圧回路であり詳細な説明は省略す。
太陽電池１０の電圧、及び電流はコントローラ２３へ入力され、監視されている。コントローラ２３は、この電圧および電流から太陽電池１０の発電電力を算出し、この発電電力が最大になるようにスイッチ素子のＯＮデューティを変えるいわゆるＭＰＰＴ制御がなされるようになっている。ここで、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御は、最大電力追尾制御とも称され、太陽電池１０からの発電電力に応じた最大電力を効率的に取り出すための制御となっている。このような制御は、太陽電池１０の出力電圧−出力電流特性において、出力電圧が所定値に達するまで出力電流は一定であり、出力電圧がこの所定値より高くなると、急激に変化してしまい、また、太陽電池１０の発電電力は日射量の影響を受けて変化してしまう不都合を解消する制御となっている。
【００１９】
また、インバータ回路２２は、いわゆる単相のフルブリッジ回路とこのフルブリッジ回路と接続されるリアクトル（フィルタ）によって構成されているフルブリッジを構成する各片（アーム）はスイッチ素子とダイオードとが並列接続されている。インバータ回路２２は、ＤＣ／ＤＣ回路２１で電圧がからの直流電力を交流電力に変換し、この際に、フルブリッジ回路を構成する４個のトランジスタに疑似正弦波を出力させるためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給することにより、出力電力及び周波数が調整されるようになっている。この場合の制御も図示しない制御部で行うようになっている。
【００２０】
また、この実施例の場合、図２から明らかとなるように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からの直流電力は、充電器６０を介して蓄電池７０に充電がなされるように構成されている。図３は、この場合の充電とＭＰＰＴ制御との関係を示した動作フロー図である。
【００２１】
図３において、まず、ステップＳ１に示すように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からの直流電力によって蓄電池７０に充電がなされているか否かを判定する。充電がなされている場合、ステップＳ２に示すように、コントローラ２３によって太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部からの電圧および電流を検出し直流電力（電圧×電流）を計算する。蓄電池７０に充電がなされていない場合、ステップＳ５に移行し、太陽電池１０からの電力は屋内交流配線３１に放電されるようになる。
次に、ステップＳ３に示すように、今回の直流電力が前回の直流電力より大きいか否かを比較する。今回の直流電力が前回の直流電力より大きい場合、ステップＳ４に示すように、コントローラ２３によって、ＤＣ／ＤＣ回路２１の昇圧電圧を上昇させる方向に駆動する。今回の直流電力が前回の直流電力より大きくない場合はステップＳ６で、ＤＣ／ＤＣ回路２１の昇圧電圧を低下させる方向に駆動した後、ステップＳ１に戻り、以下、動作が繰り返される。
【００２２】
図１に戻り、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、たとえば太陽電池用ＤＣ／ＡＣ２０と同様の構成となっている。しかし、これに限定されることなく、他の構成からなる蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器であってもよい。しかし、上述したように、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の制御と、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の制御は、それぞれ、図示しない制御部によって互いに独立して行うようになっている。この場合、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、屋内交流配線３１から負荷３２へ流れる電流が予め設定された値を超えることなく、作動あるいは変換量が制御されるように構成されている。蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、制御器４０を介した検出器４２からの出力によって上述した制御を行うようになっている。
このような制御をすることによって、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０から屋内交流配線３１へ重畳される交流電力が負荷３２の消費電力を超えた際あの余剰電力が電力系統へ逆潮流することを抑制できるものである。
【００２３】
図４は、上述した構成の蓄電システムにおいて、蓄電池７０への充電、および蓄電池７０から屋内交流配線３１への放電を示した動作フロー図である。
【００２４】
図４において、まず、ステップＳ１１に示すように、蓄電池７０からの電力と負荷３２に供給される交流電力とが比較される。ここで、蓄電池７０からの電力は、たとえば蓄電池ＤＣ／ＡＣ変換器９０から前記屋内交流配線３１へ供給される電力が用いられ、負荷３２に供給される交流電力は、たとえば前記検出器４２によって検出された電力が用いられる。そして、負荷３２に供給される交流電力が、蓄電池７０からの電力を下回る場合、ステップＳ１２に示すように、蓄電池７０からの放電量を減らす。例えば、この放電量はインバータ回路におけるＰＷＭ信号を変えて疑似正弦波の電圧を下げることによって行える。
負荷３２に供給される交流電力が、蓄電池７０からの電力を下回ることのない場合、後述のステップＳ１３に移行するようになっている。
ステップＳ１３では、負荷３２に供給される交流電力と一定値Ｗ１とが比較される。ここで、Ｗ１は蓄電池７０から放電効率等を考慮して実質的な最少放電量である。負荷３２に供給される交流電力が、一定値Ｗ１を下回る場合、ステップＳ１４に示すように、蓄電池７０からの放電は停止されるようになる。
負荷３２に供給される交流電力が、Ｗ１を下回ることのない場合はそのまま放電を維持するものである。その後は、ステップＳ１１に戻り、上記の動作が繰り返される。
【００２５】
このように構成された蓄電システムは、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０が別個のものとして構成され、また、それぞれの制御は互いに独立して行うようになっている。このため、太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できるようになる。
（実施形態２）
上述した実施例では、太陽電池１０からの直流電力を蓄電池７０に充電する場合、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部から直流電力を取り出すことができるようになっており、この直流電力は、図１、図２に示したように、充電器６０を介して蓄電池７０に充電する構成としたものである。
【００２６】
しかし、図５に示すように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からの直流電力は、一定の条件の下で、充電器６０を介することなく（充電器６０をバイパスさせて）蓄電池７０に充電する構成となるようにしてもよい。この場合、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部から蓄電池７０に直接に充電する回路を、この明細書ではバイパス回路７１と称する。なお、図５は、図１から、太陽電池１０、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、充電器６０、蓄電池７０、および負荷３２のみを抜き出して示した図となっている。また、図５には、図１において描画していない直並列切換ＢＯＸ１００を配置させた構成としている。しかし、この直並列切換ＢＯＸ１００はなくてもよいものである。
【００２７】
また、図５では、明確に示されていないが、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０からの直流電圧の取り出しは、図２に示したように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からなされるようになっている。
【００２８】
このように構成した蓄電システムは、太陽電池１０から蓄電池７０へ充電がなされる系統において、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０によるロス、および充電器６０による変換ロスを少なくでき、電力消費の節減を図ることができる効果を有する。
【００２９】
ちなみに、図６は、太陽電池１０からの電力を、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、および充電器６０を介して蓄電池７０に充電を行う場合を想定して示した図で、図５と対応づけて描画している。この場合、蓄電池７０に充電がなされる太陽電池からの電力は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、および充電器６０によって大幅な変換ロスを免れない構成となってしまう。また、図７は、太陽電池１０からの電力を直並列切換ＢＯＸ１００の出力側から取り出し、蓄電池１０に入力させた構成とし、これにより、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、および充電器６０を介することなく充電を行うようにし変換ロスを回避させることを想定して描画した図である。しかし、このような構成は、蓄電池７０に充電される電力は、太陽電池１０から最大電力点で得られた電力でなく、不都合を生じるものとなる。
【００３０】
このように図６、図７の構成の比較からも明らかなように、図５に示した構成は、蓄電池１０に充電される電力において、変換ロスを少なくでき、また、最大電力点で動作できるようになる。
【００３１】
また、図５においては、蓄電池７０の充電の効率化を図るため、図示しない制御部によって、次の制御がなされるようになっている。すなわち、太陽電池１０の出力電圧が、電池モジュールの端子電圧より所定の値以上、かつ電池モジュールの満充電電圧以下の際に、バイパス回路７１によって太陽電池１０と蓄電池７０を直結して蓄電池７０を充電するようにしている。
また、太陽電池１０の出力電圧が、電池モジュールの電圧より所定の値以下、および電池モジュールの満充電圧より高いかのいずれか一方の際に、バイパス回路７１を通さずに充電器７０を通して蓄電池７０を充電するようにしている。ここで、太陽電池１０は、複数の電池セルを直列に接続して構成される電池モジュールからなり、各電池セルの間の電圧を検出でき、少なくとも電池セルの過電圧、過充電、電池モジュールの温度、電池モジュールへの充放電電流を検出できる構成となっている。この場合、前記満充電圧は、電池モジュールへ外部から印加された直流電力の充電電圧で判断することができる。
【００３２】
図８は、図５に示した構成において、太陽電池１０と蓄電池７０を直結して蓄電池７０を直接に充電する場合に、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０における最大電力点と蓄電池７０の電圧とから、効率的な充電を行い得る構成を示した図である。
【００３３】
図８において、太陽電池１０は、複数の電池セル１２から構成され、そのうちの幾つか（図中上側に示す電池セル）は直列されて接続箱１０１に電力が供給されている。また、残りの電池セル（図中下側に示す電池セル）はスイッチ群１４を介して接続箱１０１に電力が供給されるようになっている。スイッチ群１４の各スイッチは後述する制御部１０４からの信号によってオン・オフされ、これによって任意の個数（ｎ個）の電池セル１２の直列接続体を構成することができるようになっている。そして、このように任意の個数の電池セル１２の直列接続体からの電力は、蓄電池７０にダイレクトに充電がなされる構成となっている。
【００３４】
接続箱１０１は、ＰＣＳコントローラ１０５を介して屋内交流配線３１に接続されている。ここで、ＰＣＳコントローラ１０５は、屋内交流配線３１における電力に太陽電池１０の電力を所定の割合で連携させて屋内交流配線３１に出力するもので、前述の太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０を内蔵して構成されたものとなっている。なお、屋内交流配線３１からの交流電力は、充電器６０を介して蓄電池７０に充電がなされるようにもなっている。
【００３５】
また、制御部１０４は、図１において図示していない制御部の一部を構成するもので、ＰＣＳコントローラ１０５内の太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０における最大電力点と蓄電池７０の電圧を検知できるようになっている。そして、これら太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の最大電力点と蓄電池７０の電圧に基づいて演算を行い、この演算結果によってスイッチ群１４の各スイッチのオン・オフを制御するようになっている。これによって、
蓄電池７０に充電する電圧を電池セル１２の個数によって設定しようとするようになって
いる。
【００３６】
図９は、制御部１０４における動作フロー図である。図９において、制御部１０４は、まず、ステップＳ２１に示すように、ＰＣＳコントローラ１０５から太陽電池１０の電圧のうち最大電力点の電圧Ｖｓを検出する。次に、ステップＳ２２に示すように、蓄電池７０からその電圧Ｖｂを検出する。次に、制御部１０４は、ステップＳ２３に示すように、検出された電圧Ｖｓと電圧Ｖｂによって、Ｖｓ／ｎ＝Ｖｂをほぼ満足するｎを演算する。
さらに、制御部１０４は、ステップＳ２４に示すように、Ｖｓ／ｎとＶｂの誤差がＸ％以内にあるか否かを判定する。Ｘは予め定めた値で、充電が効率よく行われるか否かによって設定される値となっている。そして、Ｖｓ／ｎとＶｂの誤差がＸ％以内にある場合、ステップＳ２５に示すように、太陽電池１０の電池セル１２のｎ個分を直列接続（ｎ直列）させ、このｎ直列された電池セル１２によって蓄電池７０をダイレクトに充電させるようにする。その後は、ステップＳ２１に戻り、以下、動作が繰り返される。ステップＳ２４において、Ｖｓ／ｎとＶｂの誤差がＸ％以内になかった場合、ステップＳ２６に示すように、太陽電池１０からの蓄電池７０へのダイレクトな充電は中止される。その後は、ステップＳ２１に戻り、以下、動作が繰り返される。
【００３７】
このように構成することによって、充電器６０を設ける必要のない構成とすることもできる。
【００３８】
以上のように構成した蓄電システムは、太陽電池１０からの電力を蓄電池７０に充電する際に、一定の条件の下に、充電器６０を介することなく、直接に蓄電池７０に充電しているために、充電器６０による変換ロスを低減でき、電力消費の節減を図ることができる。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０……太陽電池、１２……電池セル、１４……スイッチ群、２０……太陽電池用ＤＣ
／ＡＣ変換器、２１……ＤＣ／ＤＣ回路、２２……インバータ回路、２３……コントロー
ラ、３０……分電盤、３１……屋内交流配線、３２……負荷、４０……制御器、４２……
検出器、５０……分配器、６０……充電器、７０……蓄電池、７１……バイパス回路、８
０……整流器、９０……蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器、９１……スイッチ、１００……直並
列切替ＢＯＸ、１０１……接続箱、
１０４……制御部、１０５……ＰＣＳコントローラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電システムに係り、蓄電池、ＤＣ／ＡＣ変換器等を備えて構成される蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の蓄電システムは、商用の電力系統から電力が供給される屋内交流配線に、太陽電池の発電電力あるいは蓄電池の充電電力を重畳して負荷へ電力供給するものであり、発電電力あるいは充電電力が供給される分、系統からの消費電力を少なくすることができ、系統から供給される電力の最大値を下げることができるものである。
【０００３】
この場合、太陽電池の発電電力あるいは蓄電池の充電電力は直流電力であるため、交流である電力系統との間にＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）を備え、このＤＣ／ＡＣ変換器で直流電力を電力系統と同じ周波数の交流電力に変換してから屋内交流配線に重畳するようしている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、太陽電池の発電電力は太陽の日射量の変化に応じて変わるため、太陽電池用のＤＣ／ＤＡコンバータではその前段に昇圧を行うＤＣ／ＤＣ回路を備えたもの（パワーコンディショナ）が知られており、この昇圧の際に太陽電池の発電電力が最大になるように昇圧後の電圧と電流の値を調節している。
（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６６４５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した特許文献１および２に記載の技術は、いずれも、１つのＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）を備えて構成されたものであり、このＤＣ／ＡＣ変換器によって、太陽電池の発電電力又は蓄電池の充電電力を交流電力に変換して電力系統に供給するようにしたものである。
【０００７】
このため、太陽電池の発電電力と蓄電池の充電電力とを同時に単一のＤＣ／ＡＣ変換器変換しようとした場合、いずれか一方の発電効率又は放電効率が優先され全体としての発電効率が上がらないものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できる蓄電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】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成として把握される。
（１）本発明の蓄電システムは、太陽電池と、この太陽電池で発電される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後負荷が接続されている屋内交流配線に供給する太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換部と、蓄電池と、この蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した後の直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換して前記屋内交流配線に供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部とを備え、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記太陽電池の発電力が最大近くになるようにＭＰＰＴ制御され、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て前記負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されるようにしたものである。
（２）本発明の蓄電システムは、さらに前記充電器は、前記太陽電池で発電される直流電力を用いて前記蓄電池に充電をする構成を備えるものである。
（３）本発明の蓄電システムは、さらに前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記充電器を作動させるものである。
（４）本発明の蓄電システムは、さらに前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器および前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部から供給される直流電力を前記充電器に供給して前記蓄電池を充電するものである。
（５）本発明の蓄電システムは、さらに前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部は、所定の電圧に制御された直流電力を出力するように構成され、この直流電力によって前記蓄電池が充電されるものである。
（６）本発明の蓄電システムは、太陽電池で発電される直流電力が所定の周波数の交流電力に変換されて供給される屋内交流配線に蓄電池の充電電力を交流電力に変換して供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部を備えた蓄電システムにおいて、前記蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器を備えると共に、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電システムによれば、太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の蓄電システムの実施例１を示す全体概略図である。
【図２】図１に示す太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の内部構成の一実施例を示した回路図である。
【図３】本発明の蓄電システムにおいて充電とＭＰＰＴ制御との関係を示した動作フロー図である。
【図４】本発明の蓄電システムにおいて蓄電池の充電および太陽電池から屋内交流配線への放電を示した動作フロー図である。
【図５】本発明の蓄電システムの実施例２を示す説明図である。
【図６】本発明の効果を明らかにするための図で、図５の構成を適用しない場合の一例を示す想定図である。
【図７】本発明の効果を明らかにするための図で、図５の構成を適用しない場合の他の例を示す想定図である。
【図８】図５に示した構成においてさらに改良された構成を示す図である。
【図９】図８に示す制御部の動作フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の蓄電システムの好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一の構成要素に対しては、それぞれ同一の符号を付して示している。
（実施形態１）
まず、図１は本発明の蓄電システムの全体を示す概略図である。この図において、１０は太陽電池であり、太陽電池セルを複数直列接続して構成されている。
【００１３】
太陽電池１０で発電された電力（直流電力）は分配器５０へ供給され太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器（パワーコンデショナと称される）２０もしくは充電器６０のいずれかへ選択的に供給される。太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０は直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後、屋内交流配線３１へ重畳するものである。この屋内交流配線３１は電流ブレーカーなどを有する分電盤３０を介して電力系統へつながっており、上記所定の周波数はこの電力系統の周波数である。（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。）
屋内交流配線３１には、たとえばテレビ、エアコン、冷蔵庫等の負荷３２が接続されている。なお、図中、制御器４０は、図示しない前記制御部の一部を構成し、負荷３２に供給される交流電流を検出器（カンレント・トランスなど）４２によって検出し、電圧と共に消費電力を算出する機能を有している。
【００１４】
太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のより詳細な説明は、後に詳述するが、太陽電池１０での発電電力（電圧と電流の積）が最大となるようにＤＣ/ＤＣコンバータで昇圧する電圧を調節する最大電力追尾制御（ＭＰＰT制御）を行う機能を有している。
【００１５】
また、分配器５０を介して充電器６０へ供給される太陽電池１０の発電電力は蓄電池７０に蓄電される構成を有している。充電器７０は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ等から構成され、太陽電池１０から出力される電圧を昇圧あるいは降圧するようになっている。蓄電池７０は、たとえば鉛蓄電池、リチウム電池、あるいはその他の電池によって構成されている。
例えば、リチウム電池の場合は、この電池の端子電圧が所定の電圧以下では定電流制御による充電を行い、所定電圧より大きいとは定電圧制御による充電を行い、充電の終了は端子電圧が目標とする充電量に相当する電圧に至った際に判断されるものである。
【００１６】
なお、屋内交流配線３１からの交流電力は、整流器８０を介して整流されて直流電力となった後、充電器６０に供給され前記と同様に蓄電池７０に充電される。これにより、蓄電池７０への充電は、必要に応じて屋内交流配線３１からも行えるようになる。すなわち、充電器６０は、太陽電池１０からの直流電力および屋内交流配線３１からの交流電流を整流した直流電力のうちいずれか一方の直流電力を前記蓄電池７０に充電できるようになっている。
【００１７】
さらに、蓄電器７０からの直流電電力は、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０を介して交流電力に変換された後に、スイッチ９１を介して屋内交流配線３１に供給されるようになっている。この交流電力は太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と同様に直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後、屋内交流配線３１へ重畳するものであり、この所定の周波数も電力系統の周波数である。
蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、制御器４０によって、検出器４２からの出力が入力されるようになっており、この検出器４２が検出する電流に基づいて得られる負荷３２の消費電力が蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の出力電力を上回らないように蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の動作を制御する信号を出力するものである。これにより蓄電池７０からの出力による逆潮流を防止するようになっている。
蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と同様と同様の構成であっても、また異なっていてもよい。なお、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と独立したものとして構成されている。すなわち、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の制御と、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の制御は、それぞれ、図示しない制御部によって互いに独立して行うようになっている。これにより、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０における電力変換を太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０に応じて効率よく行うことができ、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０における電力変換を蓄電池７０の電圧に応じて効率よく行うことができる効果を奏する。
【００１８】
図２は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の内部構成の詳細を示した回路図である。また、図２は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、太陽電池１０、充電器６０、蓄電池７０、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０、および負荷３２との結線関係とともに示している。分配器５０及びその結線、制御部４０等は省略して示している。
図２に示すように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、太陽電池１０の側に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）２１と、屋内交流配線３１の側に接続されるインバータ回路２２とから構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、リアクタンス、ダイオード、コンデンサ、スイッチ素子等から構成されこのスイッチ素子のＯＮデューティを変えて接続点Ｊの電圧を目標値に制御する一般に知られているＰＷＭ方式の昇圧回路であり詳細な説明は省略す。
太陽電池１０の電圧、及び電流はコントローラ２３へ入力され、監視されている。コントローラ２３は、この電圧および電流から太陽電池１０の発電電力を算出し、この発電電力が最大になるようにスイッチ素子のＯＮデューティを変えるいわゆるＭＰＰＴ制御がなされるようになっている。ここで、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御は、最大電力追尾制御とも称され、太陽電池１０からの発電電力に応じた最大電力を効率的に取り出すための制御となっている。このような制御は、太陽電池１０の出力電圧−出力電流特性において、出力電圧が所定値に達するまで出力電流は一定であり、出力電圧がこの所定値より高くなると、急激に変化してしまい、また、太陽電池１０の発電電力は日射量の影響を受けて変化してしまう不都合を解消する制御となっている。
【００１９】
また、インバータ回路２２は、いわゆる単相のフルブリッジ回路とこのフルブリッジ回路と接続されるリアクトル（フィルタ）によって構成されているフルブリッジを構成する各片（アーム）はスイッチ素子とダイオードとが並列接続されている。インバータ回路２２は、ＤＣ／ＤＣ回路２１で電圧がからの直流電力を交流電力に変換し、この際に、フルブリッジ回路を構成する４個のトランジスタに疑似正弦波を出力させるためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給することにより、出力電力及び周波数が調整されるようになっている。この場合の制御も図示しない制御部で行うようになっている。
【００２０】
また、この実施例の場合、図２から明らかとなるように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からの直流電力は、充電器６０を介して蓄電池７０に充電がなされるように構成されている。図３は、この場合の充電とＭＰＰＴ制御との関係を示した動作フロー図である。
【００２１】
図３において、まず、ステップＳ１に示すように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からの直流電力によって蓄電池７０に充電がなされているか否かを判定する。充電がなされている場合、ステップＳ２に示すように、コントローラ２３によって太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部からの電圧および電流を検出し直流電力（電圧×電流）を計算する。蓄電池７０に充電がなされていない場合、ステップＳ５に移行し、太陽電池１０からの電力は屋内交流配線３１に放電されるようになる。
次に、ステップＳ３に示すように、今回の直流電力が前回の直流電力より大きいか否かを比較する。今回の直流電力が前回の直流電力より大きい場合、ステップＳ４に示すように、コントローラ２３によって、ＤＣ／ＤＣ回路２１の昇圧電圧を上昇させる方向に駆動する。今回の直流電力が前回の直流電力より大きくない場合はステップＳ６で、ＤＣ／ＤＣ回路２１の昇圧電圧を低下させる方向に駆動した後、ステップＳ１に戻り、以下、動作が繰り返される。
【００２２】
図１に戻り、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、たとえば太陽電池用ＤＣ／ＡＣ２０と同様の構成となっている。しかし、これに限定されることなく、他の構成からなる蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器であってもよい。しかし、上述したように、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０の制御と、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の制御は、それぞれ、図示しない制御部によって互いに独立して行うようになっている。この場合、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、屋内交流配線３１から負荷３２へ流れる電流が予め設定された値を超えることなく、作動あるいは変換量が制御されるように構成されている。蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０は、制御器４０を介した検出器４２からの出力によって上述した制御を行うようになっている。
このような制御をすることによって、蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０から屋内交流配線３１へ重畳される交流電力が負荷３２の消費電力を超えた際あの余剰電力が電力系統へ逆潮流することを抑制できるものである。
【００２３】
図４は、上述した構成の蓄電システムにおいて、蓄電池７０への充電、および蓄電池７０から屋内交流配線３１への放電を示した動作フロー図である。
【００２４】
図４において、まず、ステップＳ１１に示すように、蓄電池７０からの電力と負荷３２に供給される交流電力とが比較される。ここで、蓄電池７０からの電力は、たとえば蓄電池ＤＣ／ＡＣ変換器９０から前記屋内交流配線３１へ供給される電力が用いられ、負荷３２に供給される交流電力は、たとえば前記検出器４２によって検出された電力が用いられる。そして、負荷３２に供給される交流電力が、蓄電池７０からの電力を下回る場合、ステップＳ１２に示すように、蓄電池７０からの放電量を減らす。例えば、この放電量はインバータ回路におけるＰＷＭ信号を変えて疑似正弦波の電圧を下げることによって行える。
負荷３２に供給される交流電力が、蓄電池７０からの電力を下回ることのない場合、後述のステップＳ１３に移行するようになっている。
ステップＳ１３では、負荷３２に供給される交流電力と一定値Ｗ１とが比較される。ここで、Ｗ１は蓄電池７０から放電効率等を考慮して実質的な最少放電量である。負荷３２に供給される交流電力が、一定値Ｗ１を下回る場合、ステップＳ１４に示すように、蓄電池７０からの放電は停止されるようになる。
負荷３２に供給される交流電力が、Ｗ１を下回ることのない場合はそのまま放電を維持するものである。その後は、ステップＳ１１に戻り、上記の動作が繰り返される。
【００２５】
このように構成された蓄電システムは、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０と蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器９０が別個のものとして構成され、また、それぞれの制御は互いに独立して行うようになっている。このため、太陽電池あるいは蓄電池からの直流電流をいずれも効率よく交流電流に変換できるようになる。
（実施形態２）
上述した実施例では、太陽電池１０からの直流電力を蓄電池７０に充電する場合、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部から直流電力を取り出すことができるようになっており、この直流電力は、図１、図２に示したように、充電器６０を介して蓄電池７０に充電する構成としたものである。
【００２６】
しかし、図５に示すように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からの直流電力は、一定の条件の下で、充電器６０を介することなく（充電器６０をバイパスさせて）蓄電池７０に充電する構成となるようにしてもよい。この場合、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部から蓄電池７０に直接に充電する回路を、この明細書ではバイパス回路７１と称する。なお、図５は、図１から、太陽電池１０、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、充電器６０、蓄電池７０、および負荷３２のみを抜き出して示した図となっている。また、図５には、図１において描画していない直並列切換ＢＯＸ１００を配置させた構成としている。しかし、この直並列切換ＢＯＸ１００はなくてもよいものである。
【００２７】
また、図５では、明確に示されていないが、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０からの直流電圧の取り出しは、図２に示したように、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０のＤＣ部からなされるようになっている。
【００２８】
このように構成した蓄電システムは、太陽電池１０から蓄電池７０へ充電がなされる系統において、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０によるロス、および充電器６０による変換ロスを少なくでき、電力消費の節減を図ることができる効果を有する。
【００２９】
ちなみに、図６は、太陽電池１０からの電力を、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、および充電器６０を介して蓄電池７０に充電を行う場合を想定して示した図で、図５と対応づけて描画している。この場合、蓄電池７０に充電がなされる太陽電池からの電力は、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、および充電器６０によって大幅な変換ロスを免れない構成となってしまう。また、図７は、太陽電池１０からの電力を直並列切換ＢＯＸ１００の出力側から取り出し、蓄電池１０に入力させた構成とし、これにより、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０、および充電器６０を介することなく充電を行うようにし変換ロスを回避させることを想定して描画した図である。しかし、このような構成は、蓄電池７０に充電される電力は、太陽電池１０から最大電力点で得られた電力でなく、不都合を生じるものとなる。
【００３０】
このように図６、図７の構成の比較からも明らかなように、図５に示した構成は、蓄電池１０に充電される電力において、変換ロスを少なくでき、また、最大電力点で動作できるようになる。
【００３１】
また、図５においては、蓄電池７０の充電の効率化を図るため、図示しない制御部によって、次の制御がなされるようになっている。すなわち、太陽電池１０の出力電圧が、電池モジュールの端子電圧より所定の値以上、かつ電池モジュールの満充電電圧以下の際に、バイパス回路７１によって太陽電池１０と蓄電池７０を直結して蓄電池７０を充電するようにしている。
また、太陽電池１０の出力電圧が、電池モジュールの電圧より所定の値以下、および電池モジュールの満充電圧より高いかのいずれか一方の際に、バイパス回路７１を通さずに充電器７０を通して蓄電池７０を充電するようにしている。ここで、太陽電池１０は、複数の電池セルを直列に接続して構成される電池モジュールからなり、各電池セルの間の電圧を検出でき、少なくとも電池セルの過電圧、過充電、電池モジュールの温度、電池モジュールへの充放電電流を検出できる構成となっている。この場合、前記満充電圧は、電池モジュールへ外部から印加された直流電力の充電電圧で判断することができる。
【００３２】
図８は、図５に示した構成において、太陽電池１０と蓄電池７０を直結して蓄電池７０を直接に充電する場合に、太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０における最大電力点と蓄電池７０の電圧とから、効率的な充電を行い得る構成を示した図である。
【００３３】
図８において、太陽電池１０は、複数の電池セル１２から構成され、そのうちの幾つか（図中上側に示す電池セル）は直列されて接続箱１０１に電力が供給されている。また、残りの電池セル（図中下側に示す電池セル）はスイッチ群１４を介して接続箱１０１に電力が供給されるようになっている。スイッチ群１４の各スイッチは後述する制御部１０４からの信号によってオン・オフされ、これによって任意の個数（ｎ個）の電池セル１２の直列接続体を構成することができるようになっている。そして、このように任意の個数の電池セル１２の直列接続体からの電力は、蓄電池７０にダイレクトに充電がなされる構成となっている。
【００３４】
接続箱１０１は、ＰＣＳコントローラ１０５を介して屋内交流配線３１に接続されている。ここで、ＰＣＳコントローラ１０５は、屋内交流配線３１における電力に太陽電池１０の電力を所定の割合で連携させて屋内交流配線３１に出力するもので、前述の太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０を内蔵して構成されたものとなっている。なお、屋内交流配線３１からの交流電力は、充電器６０を介して蓄電池７０に充電がなされるようにもなっている。
【００３５】
また、制御部１０４は、図１において図示していない制御部の一部を構成するもので、ＰＣＳコントローラ１０５内の太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０における最大電力点と蓄電池７０の電圧を検知できるようになっている。そして、これら太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器２０の最大電力点と蓄電池７０の電圧に基づいて演算を行い、この演算結果によってスイッチ群１４の各スイッチのオン・オフを制御するようになっている。これによって、
蓄電池７０に充電する電圧を電池セル１２の個数によって設定しようとするようになって
いる。
【００３６】
図９は、制御部１０４における動作フロー図である。図９において、制御部１０４は、まず、ステップＳ２１に示すように、ＰＣＳコントローラ１０５から太陽電池１０の電圧のうち最大電力点の電圧Ｖｓを検出する。次に、ステップＳ２２に示すように、蓄電池７０からその電圧Ｖｂを検出する。次に、制御部１０４は、ステップＳ２３に示すように、検出された電圧Ｖｓと電圧Ｖｂによって、Ｖｓ／ｎ＝Ｖｂをほぼ満足するｎを演算する。
さらに、制御部１０４は、ステップＳ２４に示すように、Ｖｓ／ｎとＶｂの誤差がＸ％以内にあるか否かを判定する。Ｘは予め定めた値で、充電が効率よく行われるか否かによって設定される値となっている。そして、Ｖｓ／ｎとＶｂの誤差がＸ％以内にある場合、ステップＳ２５に示すように、太陽電池１０の電池セル１２のｎ個分を直列接続（ｎ直列）させ、このｎ直列された電池セル１２によって蓄電池７０をダイレクトに充電させるようにする。その後は、ステップＳ２１に戻り、以下、動作が繰り返される。ステップＳ２４において、Ｖｓ／ｎとＶｂの誤差がＸ％以内になかった場合、ステップＳ２６に示すように、太陽電池１０からの蓄電池７０へのダイレクトな充電は中止される。その後は、ステップＳ２１に戻り、以下、動作が繰り返される。
【００３７】
このように構成することによって、充電器６０を設ける必要のない構成とすることもできる。
【００３８】
以上のように構成した蓄電システムは、太陽電池１０からの電力を蓄電池７０に充電する際に、一定の条件の下に、充電器６０を介することなく、直接に蓄電池７０に充電しているために、充電器６０による変換ロスを低減でき、電力消費の節減を図ることができる。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０……太陽電池、１２……電池セル、１４……スイッチ群、２０……太陽電池用ＤＣ
／ＡＣ変換器、２１……ＤＣ／ＤＣ回路、２２……インバータ回路、２３……コントロー
ラ、３０……分電盤、３１……屋内交流配線、３２……負荷、４０……制御器、４２……
検出器、５０……分配器、６０……充電器、７０……蓄電池、７１……バイパス回路、８
０……整流器、９０……蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器、９１……スイッチ、１００……直並
列切替ＢＯＸ、１０１……接続箱、
１０４……制御部、１０５……ＰＣＳコントローラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、この太陽電池で発電される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後負荷が接続されている屋内交流配線に供給する太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換部と、蓄電池と、この蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した後の直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換して前記屋内交流配線に供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部とを備え、
前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記太陽電池の発電力が最大近くになるようにＭＰＰＴ制御され、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て前記負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されることを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記充電器は、前記太陽電池で発電される直流電力を用いて前記蓄電池に充電をする構成を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記充電器を作動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器および前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部から供給される直流電力を前記充電器に供給して前記蓄電池を充電することを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部は、所定の電圧に制御された直流電力を出力するように構成され、この直流電力によって前記蓄電池が充電されることを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
太陽電池で発電される直流電力が所定の周波数の交流電力に変換されて供給される屋内交流配線に蓄電池の充電電力を交流電力に変換して供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部を備えた蓄電システムにおいて、
前記蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器を備えると共に、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１】
太陽電池と、この太陽電池で発電される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換した後負荷が接続されている屋内交流配線に供給する太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換部と、蓄電池と、この蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した後の直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換して前記屋内交流配線に供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部とを備え、
前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記太陽電池の発電力が最大近くになるようにＭＰＰＴ制御され、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て前記負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されることを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記充電器は、前記太陽電池で発電される直流電力を用いて前記蓄電池に充電をする構成を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記充電器を作動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記屋内交流配線から負荷に供給される電力を検出する検出器が備えられ、前記検出器によって検出された前記電力が、所定の値または前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器から前記屋内交流配線へ供給される電力を下回る場合、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器および前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器の作動を停止し、前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部から供給される直流電力を前記充電器に供給して前記蓄電池を充電することを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記太陽電池用ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ部は、所定の電圧に制御された直流電力を出力するように構成され、この直流電力によって前記蓄電池が充電されることを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
太陽電池で発電される直流電力が所定の周波数の交流電力に変換されて供給される屋内交流配線に蓄電池の充電電力を交流電力に変換して供給する蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換部を備えた蓄電システムにおいて、
前記蓄電池に直流電力又は前記屋内交流配線を介して得られる交流電力を整流した直流電力のいずれか一方の直流電力を用いて前記蓄電池を充電する充電器を備えると共に、前記蓄電池用ＤＣ／ＡＣ変換器は、前記屋内交流配線を経て負荷に供給される電力が予め設定された値を下回らないように作動あるいは交流電力に変換する変換量が制御されることを特徴とする蓄電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２０００９６（Ｐ２０１１−２０００９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１６５２（Ｐ２０１０−１４１６５２）
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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