電力調整装置
【課題】電源装置から供給可能な最大電力値の範囲内で、各負荷への供給電力の上限値を適切に調整する電力調整装置を提供することである。
【解決手段】電力調整装置３０は、電源装置２０からＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８への最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内で、電源装置２０からＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８へ伝送可能な電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する設定回路３２と、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2が、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８に設定された電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を超えないようにフィードバック制御を行うフィードバック回路３９と、を備える。
【解決手段】電力調整装置３０は、電源装置２０からＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８への最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内で、電源装置２０からＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８へ伝送可能な電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する設定回路３２と、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2が、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８に設定された電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を超えないようにフィードバック制御を行うフィードバック回路３９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力調整装置に係り、特に、二次電池を含む電源装置から複数の負荷へ電力を供給する際に用いられる電力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池を利用することで、エネルギの有効活用を行うことが考えられている。例えば、環境に優しいクリーンエネルギとして太陽電池モジュールの開発が盛んに行なわれているが、太陽光を電力に変換する太陽電池モジュールは蓄電機能を備えていないため、二次電池と組み合わせて使用されることがある。
【０００３】
本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、太陽電池と、この太陽電池で充電される複数の二次電池と、各々の二次電池と太陽電池との間に接続されて二次電池の充電を制御する充電スイッチと、各々の二次電池と負荷との間に接続してなる放電スイッチと、充電スイッチと放電スイッチとを制御する制御回路とを備える太陽電池の電源装置が開示されている。ここでは、制御回路が、複数の充電スイッチを制御して充電する二次電池の優先順位を特定し、優先順位の高い二次電池を優先順位の低い二次電池よりも先に充電し、優先順位の高い二次電池が所定容量充電されると、優先順位の低い二次電池を充電するようにしてなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１１３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的に、二次電池を含む電源装置から複数の負荷へ電力供給を行なう場合において、全負荷への供給可能な最大電力値は、電源装置の能力等により定まる。そこで、電源装置の能力等を超えないようにするために、電源装置から複数の負荷へ供給される電力の上限値をそれぞれ設定することが好ましい。例えば、電源装置から全負荷へ供給可能な最大電力値を負荷の数で除算した均等値をそれぞれの供給電力の上限値として設定する。この場合、複数の負荷の各使用電力値が不均等な状態でその差が非常に大きい場合には、上記のように設定された各負荷への供給電力の上限値に対して電力の余剰分と不足分とが生じる。このように最大電力値に対して均等に供給電力の上限値を設定すると電源装置から供給可能な最大電力値を十分に活用できない可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、電源装置の最大供給可能電力値の範囲内で、各負荷への供給電力の上限値を適切に調整可能とする電力調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力調整装置は、電源装置から複数の負荷への最大供給可能電力値の範囲内で、負荷ごとに電源装置から当該負荷へ伝送可能な電力上限値を設定する設定回路と、各負荷の使用電力値が、負荷ごとに設定された各電力上限値を超えないようにフィードバック制御を行うフィードバック回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電源装置の最大供給可能電力値の範囲内で、各負荷への供給電力の上限値を適切に調整することができる。これにより、電源装置の最大供給可能電力値を十分に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態において、電力調整装置を含む蓄電システムを示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、制限回路の各要素の接続関係を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、制限回路の各要素の接続関係を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態において、設定回路の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】従来技術の蓄電システムにおいて、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値に関係なく、電力上限値を設定する場合の様子を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値の変動に応じて、電力上限値を変更する場合の様子を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値の変動に応じて、電力上限値を変更する場合の様子を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値の変動に応じて、電力上限値を変更する場合の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において、同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１１】
図１は、電力調整装置３０を含む蓄電システム１０を示す図である。蓄電システム１０は、電源装置２０と、制御装置２５と、電力調整装置３０と、負荷装置４０とを備える。蓄電システム１０は、電源装置２０から負荷装置４０に供給される電力値を調整する機能を有する。なお、電力調整装置３０は、電力伝送経路１と電力伝送経路２をそれぞれ流れる使用電力値Ｐ1，Ｐ2の電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する機能を有するが、詳細な説明については後述する。
【００１２】
最初に、蓄電システム１０の各電力伝送経路について説明する。
【００１３】
電力伝送経路１は、電源装置２０から負荷装置４０のＤＣ負荷４４に電力を供給するための経路である。電力伝送経路１は、電源装置２０と電力調整装置３０の間に設けられる端子７と、電力調整装置３０と負荷装置４０のＤＣ／ＤＣ変換回路４２の間に設けられる端子８とを接続する。
【００１４】
電力伝送経路２は、電源装置２０から負荷装置４０のＡＣ負荷４８に電力を供給するための経路である。電力伝送経路２は、端子７と、電力調整装置３０と負荷装置４０のＤＣ／ＡＣ変換回路４６の間に設けられる端子９とを接続する。
【００１５】
電力伝送経路３は、電源装置２０の太陽電池モジュール１１から二次電池１９側へ電力を供給するための経路である。電力伝送経路３は、電源装置２０の経路切替回路１３と、接続点６とを接続する。
【００１６】
電力伝送経路４は、電源装置２０の系統電力源１４から二次電池１９側へ電力を供給するための経路である。電力伝送経路４は、電源装置２０のＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、接続点６とを接続する。
【００１７】
電力伝送経路５は、電源装置２０の太陽電池モジュール１１及び系統電力源１４から二次電池１９へ電力を供給するための経路であり、二次電池１９から負荷装置４０へ電力を供給するための経路でもある。電力伝送経路５は、二次電池１９と、接続点６とを接続する。
【００１８】
続いて、蓄電システム１０の各構成について説明する。電源装置２０は、太陽電池モジュール１１と、直並列切替回路１２と、経路切替回路１３と、系統電力源１４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路１５と、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、スイッチ回路１７と、スイッチ回路１８と、二次電池１９と、スイッチ回路２１とを備える。電源装置２０は、太陽電池モジュール１１、系統電力源１４、二次電池１９といった電力供給源からの電力を負荷装置４０に供給する機能を有する。
【００１９】
太陽電池モジュール１１は、入射された太陽光を電力に変換する電力機器である。太陽電池モジュール１１は、太陽光を直流電力に変換する２つの光電変換部１１１，１１２を含む。
【００２０】
直並列切替回路１２は、２つの光電変換部１１１，１１２についての接続関係を直列接続または並列接続に切り替える機能を有する回路である。
【００２１】
経路切替回路１３は、太陽電池モジュール１１の直流電力を二次電池１９または負荷装置４０側へ供給するか、系統電力源１４側へ供給するかを切り替える機能を有する回路である。
【００２２】
系統電力源１４は、電力会社等が保有する商用の配電線網を用いて電力を供給するための電力設備である。
【００２３】
ＤＣ／ＡＣ変換回路１５は、経路切替回路１３と系統電力源１４との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路１５によって、太陽電池モジュール１１の直流電力を交流電力に変換して系統電力源１４に逆潮流させることができる。
【００２４】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１６は、スイッチ回路１８と系統電力源１４との間に配置される電力変換回路である。ＡＣ／ＤＣ変換回路１６によって、系統電力源１４から供給された交流電力を直流電力に変換し、二次電池１９または負荷装置４０側に供給することができる。
【００２５】
スイッチ回路１７は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路３を遮断または接続する回路である。スイッチ回路１８は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路４を遮断または接続する回路である。
【００２６】
二次電池１９は、太陽電池モジュール１１または系統電力源１４からの充電電力によって充電される蓄電池である。そして、二次電池１９から放電された放電電力は、負荷装置４０のＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に供給される。
【００２７】
スイッチ回路２１は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路５を遮断または接続する回路である。
【００２８】
負荷装置４０は、ＤＣ／ＤＣ変換回路４２と、ＤＣ負荷４４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４６と、ＡＣ負荷４８とを備える。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣ変換回路４２は、電力調整装置３０に含まれるスイッチ回路３５と、ＤＣ負荷４４との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＤＣ変換回路４２によって、電力調整装置３０を経由して供給される直流電力の電力値がＤＣ負荷４４に適した電力値に変換されてＤＣ負荷４４に供給される。
【００３０】
ＤＣ負荷４４は、ＤＣ／ＤＣ変換回路４２と接続され、直流電力で動作する機器等である。ＤＣ負荷４４は、照明機器であるとして説明するが、もちろん、その他の機器であってもよい。
【００３１】
ＤＣ／ＡＣ変換回路４６は、電力調整装置３０に含まれるスイッチ回路３８と、ＡＣ負荷４８との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路４６によって、電力調整装置３０を経由して供給される直流電力の電力値が交流電力に変換されてＡＣ負荷４８へ供給される。
【００３２】
ＡＣ負荷４８は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４６と接続され、交流電力で動作する機器等である。ＡＣ負荷４８は、例えば、テレビジョン等の情報機器であるとして説明するが、もちろん、その他の機器であってもよい。
【００３３】
制御装置２５は、蓄電システム１０を構成する各要素の動作を制御する機能を有する。制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、光電変換部１１１，１１２について直列接続または並列接続のいずれかに切り替えるための切替信号を直並列切替回路１２に出力する機能を有する。また、制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、直並列切替回路１２の出力をＤＣ／ＡＣ変換回路１５またはスイッチ回路１７のいずれか一方に供給されるように切り替えるための切替信号を経路切替回路１３に出力する機能を有する。
【００３４】
また、制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、スイッチ回路１７，１８，２１のスイッチング制御を行う。例えば、制御装置２５は、太陽電池モジュール１１からの電力を二次電池１９に充電させつつ、太陽電池モジュール１１及び二次電池１９からの電力をＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に供給させる場合には、スイッチ回路１７、スイッチ回路２１をオンし、スイッチ回路１８をオフするように、制御信号を出力する機能を有する。また、制御装置２５は、例えば、系統電力源１４からの電力を二次電池１９に充電させつつ、系統電力源１４及び二次電池１９からの電力をＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に供給させる場合には、スイッチ回路１８、スイッチ回路２１をオンし、スイッチ回路１７をオフするように、制御信号を出力する機能を有する。また、制御装置２５は、電源装置２０の状態及び負荷装置４０の状態に応じて電力調整装置３０の機能を制御する。
【００３５】
電力調整装置３０は、設定回路３２と、フィードバック回路３９とを備える。ここでは、まずフィードバック回路３９について説明した後で、設定回路３２について説明する。
【００３６】
フィードバック回路３９は、ＤＣ負荷４４についての電力センサ３３と、制限回路３４と、スイッチ回路３５と、ＡＣ負荷４８についての電力センサ３６と、制限回路３７と、スイッチ回路３８とを備える。フィードバック回路３９は、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2がそれぞれ電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を超えないようにフィードバック制御を行う機能を有する。
【００３７】
図２は、制限回路３４の各要素の接続関係を示す図である。図３は、制限回路３７の各要素の接続関係を示す図である。なお、制限回路３４と制限回路３７、電力センサ３３と電力センサ３６及びスイッチ回路３５とスイッチ回路３８とはそれぞれ同じ構成を有するため、以下ではＤＣ負荷４４についての制限回路３４、電力センサ３３及びスイッチ回路３５について詳説し、ＡＣ負荷４８についての制限回路３７、電力センサ３６及びスイッチ回路３８の説明は省略する。
【００３８】
電力センサ３３は、スイッチ回路１７等と、スイッチ回路３５と、制限回路３４の増幅回路３４２との間に配置され、電力伝送経路１における使用電力値Ｐ1を常時検出する機能を有する検出部である。また、電力センサ３３によって検出された電力値は、制限回路３４の増幅回路３４２に供給される。
【００３９】
スイッチ回路３５は、電力伝送経路１を遮断または接続する回路である。すなわち、スイッチ回路３５がオンのときは電力伝送経路１を接続し、スイッチ回路３５がオフのときは電力伝送経路１を遮断する。
【００４０】
制限回路３４は、増幅回路３４２と、Ａ／Ｄ変換回路３４４と、制御部３４６と、レベルシフト回路３４８とを備える。
【００４１】
増幅回路３４２は、電力センサ３３とＡ／Ｄ変換回路３４４との間に配置される回路である。また、増幅回路３４２は、電力センサ３３によって検出された電力値を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３４４へと供給する機能を有する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換回路３４４は、増幅回路３４２と制御部３４６との間に配置される回路である。また、Ａ／Ｄ変換回路３４４は、増幅回路３４２によって増幅された電力値をアナログ値からデジタル値へと変換して制御部３４６へ供給する機能を有する。なお、Ａ／Ｄ変換回路３４４のビット数は、例えば、１２ビットである。
【００４３】
レベルシフト回路３４８は、制御部３４６とスイッチ回路３５との間に配置される回路である。また、レベルシフト回路３４８は、制御部３４６から供給された出力信号のレベル変換を行いスイッチ回路３５のオンまたはオフのための制御信号としてスイッチ回路３５へ供給する機能を有する。
【００４４】
制御部３４６は、Ａ／Ｄ変換回路３４４の出力と設定回路３２から入力されるＰlim1を入力信号とする。そして、制御部３４６は、レベルシフト回路３４８に対してスイッチ回路３５のための信号を出力しつつ、入力信号に関する情報を設定回路３２に伝送する。制御部３４６は、電力センサ３３、増幅回路３４２、Ａ／Ｄ変換回路３４４、制御部３４６、レベルシフト回路３４８及びスイッチ回路３５を接続するフィードバック経路を用い、ＤＣ負荷４４における使用電力値Ｐ1が設定回路３２によって設定された電力上限値Ｐlim1を超えないようにスイッチ回路３５のスイッチング制御を行う制御回路である。なお、制御部３４６は、例えば、ＣＰＵを用いて構成することができるが、もちろん、その他の回路を用いて構成してもよい。例えば、組み合わせ回路を用いて構成することもできる。
【００４５】
ここで、制御部３４６の動作について、図４を用いて説明する。図４は、制御部３４６の動作手順を示すフローチャートである。
【００４６】
制御部３４６は、電力センサ３３から供給される値に基づいて、電力伝送経路１を流れる電力値である使用電力値Ｐ1を常時監視し、電力上限値Ｐlim1＞使用電力値Ｐ1であるか否かを判断する（Ｓ２）。
【００４７】
そして、Ｓ２の工程において、電力上限値Ｐlim1＞使用電力値Ｐ1であると判断した場合には、スイッチ回路３５を常時オンさせるための信号を出力する（Ｓ４）。
【００４８】
また、Ｓ２の工程において、電力上限値Ｐlim1＞使用電力値Ｐ1でないと判断した場合には、Ｐlim1／Ｐ1のＤｕｔｙ比でスイッチ回路３５をオンまたはオフさせるための信号を出力する（Ｓ６）。
【００４９】
Ｓ４の工程とＳ６の工程の後は、それぞれリターン処理及びスタート処理を介してＳ２へ戻る。このように、制御部３４６によれば、使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1を超えた場合には電力上限値Ｐlim1となるまでＤｕｔｙ比を適宜変更するフィードバック制御を行うことで、使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1以下となるように制限する。ここで、設定回路３２によって電力上限値Ｐlim1が変更された場合には、変更後の電力上限値Ｐlim1によって上記各工程を実行する。なお、制御部３４６は、Ｓ２における判定結果を設定回路３２に伝送する。
【００５０】
続いて、設定回路３２について説明する。設定回路３２は、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の情報等に基づいて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2をそれぞれ設定する。このとき、設定回路３２は、二次電池１９の能力等に基づいて定まる電源装置２０の最大供給可能電力値Ｐmaxを超えないように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2をそれぞれ設定する。すなわち、設定回路３２は、Ｐlim1＋Ｐlim2≦Ｐmaxとなるように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する。そして、設定回路３２によって設定された電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2は、制限回路３４，３７の制御部３４６，３７６へ伝送される。
【００５１】
ここで、設定回路３２の動作について、図５を用いて説明する。図５は、設定回路３２の動作手順を示すフローチャートである。
【００５２】
最初に、設定回路３２は、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の初期設定を行なう（Ｓ１０）。
【００５３】
次に、制御部３４６，３７６から伝送される使用電力値Ｐ1と電力上限値Ｐlim1、及び、使用電力値Ｐ2と電力上限値Ｐlim2の比較結果に基づいて、使用電力値Ｐ1＞電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＜電力上限値Ｐlim2であるか否かを判断する（Ｓ１２）。Ｓ１２の工程において、使用電力値Ｐ1＞電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＜電力上限値Ｐlim2であると判断したときは、電力上限値Ｐlim1に対する不足分が生じ、電力上限値Ｐlim2に対する余剰分が生じていると判断してＳ１６の工程へと進む。
【００５４】
Ｓ１２の工程において、使用電力値Ｐ1＞電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＜電力上限値Ｐlim2でないと判断したときは、Ｓ１４の工程へと進む。Ｓ１４の工程では、使用電力値Ｐ1＜電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＞電力上限値Ｐlim2であるか否かを判断する（Ｓ１４）。Ｓ１４の工程において、使用電力値Ｐ1＜電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＞電力上限値Ｐlim2であると判断したときは、電力上限値Ｐlim1に対する余剰分が生じ、電力上限値Ｐlim2に対する不足分が生じていると判断してＳ１６の工程へと進む。
【００５５】
Ｓ１４の工程において、使用電力値Ｐ1＜電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＞電力上限値Ｐlim2でないと判断した場合には、リターン処理及びスタート処理を介してＳ１２へ戻る。
【００５６】
Ｓ１６の工程では、設定回路３２は、最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内で使用電力値Ｐ1、Ｐ2と電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2との差が適切な値となるように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を再設定する(Ｓ１６)。ここで、設定回路３２は、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2との差が適切な値となるようにするために、例えば、使用電力値Ｐ1と使用電力値Ｐ2の比と、電力上限値Ｐlim1と電力上限値Ｐlim2の比を一致させる。すなわち、設定回路３２は、Ｐ1：Ｐ2＝Ｐlim1：Ｐlim2の関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更する。
【００５７】
なお、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８における使用電力値Ｐ1、Ｐ2等の情報は、種々の手段を用いて取得することができる。例えば、予め所定の期間の時間帯毎に求められた過去の電力推移データが記録されたデータベースから取得してもよく、ユーザーによって外部から入力されたデータを取得するものとしてもよい。
【００５８】
続いて、上記構成の蓄電システム１０の作用について、図６，７を用いて説明する。図６は、従来技術の蓄電システムにおいて、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2に関係なく、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する場合の様子を示す図である。図７は、蓄電システム１０において、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の変動に応じて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更する場合の様子を示す図である。図６，７において、横軸は１日における各時刻を示す。縦軸は電源装置２０の最大供給可能電力値Ｐmaxについての電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の割合を示し、さらに、使用電力値Ｐ1、Ｐ2について示している。ここで、使用電力値Ｐ1及び電力上限値Ｐlim1は、Ｘ1を基準値（０Ｗ）として示しており、使用電力値Ｐ2及び電力上限値Ｐlim2はＸ2を基準値（０Ｗ）として示している。なお、図６，７において、点線は電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定の境界線を示しており、実線は使用電力値Ｐ1を示しており、一点鎖線は使用電力値Ｐ2を示している。
【００５９】
従来技術では、電源装置２０からＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８へ電力供給を行なう場合に、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2を考慮することなく、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が設定されている。例えば、電源装置２０から電力の供給を受ける負荷がＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の２つの場合には、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が均等になるように最大供給可能電力値Ｐmaxを負荷の数である２で除算した均等値が設定され、その後変更されることもない。
【００６０】
このように従来技術では、図６に示されるように、例えば、最大供給可能電力値Ｐmaxが６０Ｗである場合に、電力上限値Ｐlim1が３０Ｗに設定され、電力上限値Ｐlim2が３０Ｗに設定される。ここで、使用電力値Ｐ1と電力上限値Ｐlim1の関係について、１日を通して見ると、図６に示されるように、領域Ａでは電力の不足分が生じており、領域Ｂでは電力の余剰分が生じており、領域Ｃでは電力の不足分が生じている。一方、使用電力値Ｐ2と電力上限値Ｐlim2の関係について、１日を通して見ると、図６に示されるように、全ての時間帯において電力の余剰分が生じている。
【００６１】
そして、０時の時点に絞って、さらに具体的に検討すると、ＡＣ負荷４８における使用電力値Ｐ2が１０Ｗである場合は、電力上限値Ｐlim2（３０Ｗ）に対して２０Ｗの余剰分が生じている。また、ＤＣ負荷４４における使用電力値Ｐ1が４０Ｗである場合には、電力上限値Ｐlim1（３０Ｗ）に対して１０Ｗの不足分が生じているが、この際、ＤＣ負荷４４における使用電力値Ｐ1は、電力上限値Ｐlim1（３０Ｗ）に制限されるため、ＤＣ負荷４４への電力供給の融通がきかずに、電力供給が効率よく行われない可能性がある。すなわち、これが本発明によって解決しようとする課題である。
【００６２】
しかしながら、図１の構成の蓄電システム１０によれば、電源装置２０の最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内で、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2等の情報に基づいて、使用電力値Ｐ1，Ｐ2に対応する電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が適切な値となるように調整することができる。具体的には、図７に示されるように、例えば、最大供給可能電力値Ｐmaxが６０Ｗである場合に、電力上限値Ｐlim1には３０Ｗが初期値として設定され、電力上限値Ｐlim2には３０Ｗが初期値として設定される場合について検討する。その後、０時の時点において、ＡＣ負荷４８における使用電力値Ｐ2が１０Ｗである場合には電力上限値Ｐlim2（３０Ｗ）に対して２０Ｗの余剰分が生じており、ＤＣ負荷４４における使用電力値が４０Ｗである場合には電力上限値Ｐlim1（３０Ｗ）に対して１０Ｗの不足分が生じたとする。そのため、設定回路３２は、Ｐ1：Ｐ2＝Ｐlim1：Ｐlim2の関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更する。この例では、設定回路３２は、電力上限値Ｐlim2を３０Ｗから１２Ｗへと変更し、電力上限値Ｐlim1を３０Ｗから４８Ｗへと変更する。
【００６３】
このような変更を各時間帯で行うことで、蓄電システム１０によれば、図７に示されるように、使用電力値Ｐ1，Ｐ2の変動に応じて、最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内において電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が適切な値となるように調整することができる。これにより、電源装置２０からＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に対し、効率よく電力供給を行うことができる。
【００６４】
したがって、蓄電システム１０によれば、例えば、停電時においてＡＣ負荷４８として用いられるテレビジョン等の情報機器を使用したいという要望が高まるため、このような情報に基づいて停電時にはＡＣ負荷４８への電力上限値Ｐlim2を上げ、停電時における使用の要望が低いＤＣ負荷４４として用いられる照明器具への電力上限値Ｐlim1を下げることで電力供給が効率よく行える。また、蓄電システム１０によれば、例えば、夜間において使用頻度の高いＤＣ負荷４４への電力上限値Ｐlim1を上げ、使用頻度の低いＡＣ負荷４８への電力上限値Ｐlim2を下げることで電力供給が効率よく行える。
【００６５】
なお、上記Ｓ１６の工程において、設定回路３２は、上記Ｐ1：Ｐ2＝Ｐlim1：Ｐlim2の関係式を用いずに電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更することも可能である。例えば、使用電力値Ｐ1の変動が大きくなることが予想される場合に、電力上限値Ｐlim1が使用電力値Ｐ1＋任意の値αよりも大きくなるように、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更することも可能である。すなわち、設定回路３２は、Ｐlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更する。ここで、αは、使用電力値Ｐ1が急激に変動した場合にも使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1を超えることがないように上限値に余裕を持たせるように計算された値である。
【００６６】
ここで、使用電力値Ｐ1，Ｐ2が上記図６と同様に変化した場合の例について検討する。図８は、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の変動に応じて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更する場合の様子を示す図である。設定回路３２がＰlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更すると、図８に示されるように、０時の時点ではＰlim1−Ｐ1≦αであるため電力上限値Ｐlim1を一定の傾きで変化させているが、８時付近の時点ではＰlim1−Ｐ1＞αとなるため、上記傾きを０に変更して電力上限値Ｐlim1の値を保持させている。その後、１６時付近の時点で再びＰlim1−Ｐ1＜αとなるため、電力上限値Ｐlim1を一定の傾きで変化させている。なお、設定回路３２はＰlim1−Ｐ1＞αとなったことを検出してからＰlim1，Ｐlim2の値を変更しているため、図８に示されるように、使用電力値Ｐ1の変動に少し遅れた状態で変更されることとなる。
【００６７】
また、その他の例として、使用電力値Ｐ1，Ｐ2が図９に示されるように変化した場合について検討する。図９は、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の変動に応じて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更する場合の様子を示す図である。設定回路３２がＰlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更すると、図９に示されるように、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の値が変化する。なお、設定回路３２はＰlim1−Ｐ1＜αとなったことを検出してからＰlim1，Ｐlim2の値を変更しているため、図９に示されるように、使用電力値Ｐ1の変動に少し遅れた状態で変更されることとなる。
【００６８】
上記のように、Ｐlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定することで使用電力値Ｐ1が急激に変動した場合にも使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1を超えることがないようにすることができる。なお、ここでは、Ｐlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定するものとして説明したが、Ｐlim2≧Ｐ2＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定するものとしてもよい。
【００６９】
また、上記蓄電システム１０において、予め記録された時間帯毎の過去の電力推移データに基づいて、使用電力値Ｐ1，Ｐ2を予測して時間帯毎にＡＣ負荷４８、ＤＣ負荷４４への電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の割り振りを変化させて電力供給を効率よく行うようにすることもできる。これにより、制限回路３４，３７から使用電力値Ｐ1，Ｐ2を受け取って電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更するといった処理を行う必要はないため、設定回路３２をより簡単な回路で構成することができる。
【００７０】
また、上記蓄電システム１０において、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2の情報に加えて、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に対して割り当てられた優先度を考慮して電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定変更してもよい。例えば、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2がともに大きく最大供給可能電力値Ｐmaxを超えるような状況である場合に優先度の高い負荷側の電力上限値を高くすることができる。これにより、優先度の高い負荷側に優先して安定した電力供給を行うことができる。
【００７１】
さらに、上記蓄電システム１０において、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定は設定回路３２が行うものとして説明したが、制限回路３４，３７の制御部３４６，３７６において設定してもよく、制御装置２５において設定してもよい。
【００７２】
そして、上記蓄電システム１０において、電力調整装置３０による調整対象は電力であるものとして説明したが、電流であってもよく、電圧であってもよい。
【００７３】
また、上記蓄電システム１０では、電源装置２０から電力が供給される負荷は、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の２つであるとして説明したが、もちろん、それ以上の負荷が接続されてもよい。また、負荷の種類はＤＣ負荷、ＡＣ負荷のいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１，２，３，４，５ 電力伝送経路、６ 接続点、７，８，９ 端子、１０ 蓄電システム、１１ 太陽電池モジュール、１２ 直並列切替回路、１３ 経路切替回路、１４ 系統電力源、１５ ＤＣ／ＡＣ変換回路、１６ ＡＣ／ＤＣ変換回路、１７，１８，２１ スイッチ回路、１９ 二次電池、２０ 電源装置、２５ 制御装置、３０ 電力調整装置、３２ 設定回路、３３ 電力センサ、３４ 制限回路、３５ スイッチ回路、３６ 電力センサ、３７ 制限回路、３８ スイッチ回路、３９ フィードバック回路、４０ 負荷装置、４２ ＤＣ／ＤＣ変換回路、４４ ＤＣ負荷、４６ ＤＣ／ＡＣ変換回路、４８ ＡＣ負荷、１１１，１１２ 光電変換部、３４２，３７２ 増幅回路、３４４，３７４ Ａ／Ｄ変換回路、３４６，３７６ 制御部、３４８，３７８ レベルシフト回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力調整装置に係り、特に、二次電池を含む電源装置から複数の負荷へ電力を供給する際に用いられる電力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池を利用することで、エネルギの有効活用を行うことが考えられている。例えば、環境に優しいクリーンエネルギとして太陽電池モジュールの開発が盛んに行なわれているが、太陽光を電力に変換する太陽電池モジュールは蓄電機能を備えていないため、二次電池と組み合わせて使用されることがある。
【０００３】
本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、太陽電池と、この太陽電池で充電される複数の二次電池と、各々の二次電池と太陽電池との間に接続されて二次電池の充電を制御する充電スイッチと、各々の二次電池と負荷との間に接続してなる放電スイッチと、充電スイッチと放電スイッチとを制御する制御回路とを備える太陽電池の電源装置が開示されている。ここでは、制御回路が、複数の充電スイッチを制御して充電する二次電池の優先順位を特定し、優先順位の高い二次電池を優先順位の低い二次電池よりも先に充電し、優先順位の高い二次電池が所定容量充電されると、優先順位の低い二次電池を充電するようにしてなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１１３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的に、二次電池を含む電源装置から複数の負荷へ電力供給を行なう場合において、全負荷への供給可能な最大電力値は、電源装置の能力等により定まる。そこで、電源装置の能力等を超えないようにするために、電源装置から複数の負荷へ供給される電力の上限値をそれぞれ設定することが好ましい。例えば、電源装置から全負荷へ供給可能な最大電力値を負荷の数で除算した均等値をそれぞれの供給電力の上限値として設定する。この場合、複数の負荷の各使用電力値が不均等な状態でその差が非常に大きい場合には、上記のように設定された各負荷への供給電力の上限値に対して電力の余剰分と不足分とが生じる。このように最大電力値に対して均等に供給電力の上限値を設定すると電源装置から供給可能な最大電力値を十分に活用できない可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、電源装置の最大供給可能電力値の範囲内で、各負荷への供給電力の上限値を適切に調整可能とする電力調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力調整装置は、電源装置から複数の負荷への最大供給可能電力値の範囲内で、負荷ごとに電源装置から当該負荷へ伝送可能な電力上限値を設定する設定回路と、各負荷の使用電力値が、負荷ごとに設定された各電力上限値を超えないようにフィードバック制御を行うフィードバック回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電源装置の最大供給可能電力値の範囲内で、各負荷への供給電力の上限値を適切に調整することができる。これにより、電源装置の最大供給可能電力値を十分に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態において、電力調整装置を含む蓄電システムを示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、制限回路の各要素の接続関係を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、制限回路の各要素の接続関係を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態において、設定回路の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】従来技術の蓄電システムにおいて、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値に関係なく、電力上限値を設定する場合の様子を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値の変動に応じて、電力上限値を変更する場合の様子を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値の変動に応じて、電力上限値を変更する場合の様子を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、ＤＣ負荷、ＡＣ負荷の使用電力値の変動に応じて、電力上限値を変更する場合の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において、同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１１】
図１は、電力調整装置３０を含む蓄電システム１０を示す図である。蓄電システム１０は、電源装置２０と、制御装置２５と、電力調整装置３０と、負荷装置４０とを備える。蓄電システム１０は、電源装置２０から負荷装置４０に供給される電力値を調整する機能を有する。なお、電力調整装置３０は、電力伝送経路１と電力伝送経路２をそれぞれ流れる使用電力値Ｐ1，Ｐ2の電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する機能を有するが、詳細な説明については後述する。
【００１２】
最初に、蓄電システム１０の各電力伝送経路について説明する。
【００１３】
電力伝送経路１は、電源装置２０から負荷装置４０のＤＣ負荷４４に電力を供給するための経路である。電力伝送経路１は、電源装置２０と電力調整装置３０の間に設けられる端子７と、電力調整装置３０と負荷装置４０のＤＣ／ＤＣ変換回路４２の間に設けられる端子８とを接続する。
【００１４】
電力伝送経路２は、電源装置２０から負荷装置４０のＡＣ負荷４８に電力を供給するための経路である。電力伝送経路２は、端子７と、電力調整装置３０と負荷装置４０のＤＣ／ＡＣ変換回路４６の間に設けられる端子９とを接続する。
【００１５】
電力伝送経路３は、電源装置２０の太陽電池モジュール１１から二次電池１９側へ電力を供給するための経路である。電力伝送経路３は、電源装置２０の経路切替回路１３と、接続点６とを接続する。
【００１６】
電力伝送経路４は、電源装置２０の系統電力源１４から二次電池１９側へ電力を供給するための経路である。電力伝送経路４は、電源装置２０のＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、接続点６とを接続する。
【００１７】
電力伝送経路５は、電源装置２０の太陽電池モジュール１１及び系統電力源１４から二次電池１９へ電力を供給するための経路であり、二次電池１９から負荷装置４０へ電力を供給するための経路でもある。電力伝送経路５は、二次電池１９と、接続点６とを接続する。
【００１８】
続いて、蓄電システム１０の各構成について説明する。電源装置２０は、太陽電池モジュール１１と、直並列切替回路１２と、経路切替回路１３と、系統電力源１４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路１５と、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、スイッチ回路１７と、スイッチ回路１８と、二次電池１９と、スイッチ回路２１とを備える。電源装置２０は、太陽電池モジュール１１、系統電力源１４、二次電池１９といった電力供給源からの電力を負荷装置４０に供給する機能を有する。
【００１９】
太陽電池モジュール１１は、入射された太陽光を電力に変換する電力機器である。太陽電池モジュール１１は、太陽光を直流電力に変換する２つの光電変換部１１１，１１２を含む。
【００２０】
直並列切替回路１２は、２つの光電変換部１１１，１１２についての接続関係を直列接続または並列接続に切り替える機能を有する回路である。
【００２１】
経路切替回路１３は、太陽電池モジュール１１の直流電力を二次電池１９または負荷装置４０側へ供給するか、系統電力源１４側へ供給するかを切り替える機能を有する回路である。
【００２２】
系統電力源１４は、電力会社等が保有する商用の配電線網を用いて電力を供給するための電力設備である。
【００２３】
ＤＣ／ＡＣ変換回路１５は、経路切替回路１３と系統電力源１４との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路１５によって、太陽電池モジュール１１の直流電力を交流電力に変換して系統電力源１４に逆潮流させることができる。
【００２４】
ＡＣ／ＤＣ変換回路１６は、スイッチ回路１８と系統電力源１４との間に配置される電力変換回路である。ＡＣ／ＤＣ変換回路１６によって、系統電力源１４から供給された交流電力を直流電力に変換し、二次電池１９または負荷装置４０側に供給することができる。
【００２５】
スイッチ回路１７は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路３を遮断または接続する回路である。スイッチ回路１８は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路４を遮断または接続する回路である。
【００２６】
二次電池１９は、太陽電池モジュール１１または系統電力源１４からの充電電力によって充電される蓄電池である。そして、二次電池１９から放電された放電電力は、負荷装置４０のＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に供給される。
【００２７】
スイッチ回路２１は、制御装置２５の制御によって電力伝送経路５を遮断または接続する回路である。
【００２８】
負荷装置４０は、ＤＣ／ＤＣ変換回路４２と、ＤＣ負荷４４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４６と、ＡＣ負荷４８とを備える。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣ変換回路４２は、電力調整装置３０に含まれるスイッチ回路３５と、ＤＣ負荷４４との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＤＣ変換回路４２によって、電力調整装置３０を経由して供給される直流電力の電力値がＤＣ負荷４４に適した電力値に変換されてＤＣ負荷４４に供給される。
【００３０】
ＤＣ負荷４４は、ＤＣ／ＤＣ変換回路４２と接続され、直流電力で動作する機器等である。ＤＣ負荷４４は、照明機器であるとして説明するが、もちろん、その他の機器であってもよい。
【００３１】
ＤＣ／ＡＣ変換回路４６は、電力調整装置３０に含まれるスイッチ回路３８と、ＡＣ負荷４８との間に配置される電力変換回路である。ＤＣ／ＡＣ変換回路４６によって、電力調整装置３０を経由して供給される直流電力の電力値が交流電力に変換されてＡＣ負荷４８へ供給される。
【００３２】
ＡＣ負荷４８は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４６と接続され、交流電力で動作する機器等である。ＡＣ負荷４８は、例えば、テレビジョン等の情報機器であるとして説明するが、もちろん、その他の機器であってもよい。
【００３３】
制御装置２５は、蓄電システム１０を構成する各要素の動作を制御する機能を有する。制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、光電変換部１１１，１１２について直列接続または並列接続のいずれかに切り替えるための切替信号を直並列切替回路１２に出力する機能を有する。また、制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、直並列切替回路１２の出力をＤＣ／ＡＣ変換回路１５またはスイッチ回路１７のいずれか一方に供給されるように切り替えるための切替信号を経路切替回路１３に出力する機能を有する。
【００３４】
また、制御装置２５は、外部からの設定情報等に基づいて、スイッチ回路１７，１８，２１のスイッチング制御を行う。例えば、制御装置２５は、太陽電池モジュール１１からの電力を二次電池１９に充電させつつ、太陽電池モジュール１１及び二次電池１９からの電力をＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に供給させる場合には、スイッチ回路１７、スイッチ回路２１をオンし、スイッチ回路１８をオフするように、制御信号を出力する機能を有する。また、制御装置２５は、例えば、系統電力源１４からの電力を二次電池１９に充電させつつ、系統電力源１４及び二次電池１９からの電力をＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に供給させる場合には、スイッチ回路１８、スイッチ回路２１をオンし、スイッチ回路１７をオフするように、制御信号を出力する機能を有する。また、制御装置２５は、電源装置２０の状態及び負荷装置４０の状態に応じて電力調整装置３０の機能を制御する。
【００３５】
電力調整装置３０は、設定回路３２と、フィードバック回路３９とを備える。ここでは、まずフィードバック回路３９について説明した後で、設定回路３２について説明する。
【００３６】
フィードバック回路３９は、ＤＣ負荷４４についての電力センサ３３と、制限回路３４と、スイッチ回路３５と、ＡＣ負荷４８についての電力センサ３６と、制限回路３７と、スイッチ回路３８とを備える。フィードバック回路３９は、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2がそれぞれ電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を超えないようにフィードバック制御を行う機能を有する。
【００３７】
図２は、制限回路３４の各要素の接続関係を示す図である。図３は、制限回路３７の各要素の接続関係を示す図である。なお、制限回路３４と制限回路３７、電力センサ３３と電力センサ３６及びスイッチ回路３５とスイッチ回路３８とはそれぞれ同じ構成を有するため、以下ではＤＣ負荷４４についての制限回路３４、電力センサ３３及びスイッチ回路３５について詳説し、ＡＣ負荷４８についての制限回路３７、電力センサ３６及びスイッチ回路３８の説明は省略する。
【００３８】
電力センサ３３は、スイッチ回路１７等と、スイッチ回路３５と、制限回路３４の増幅回路３４２との間に配置され、電力伝送経路１における使用電力値Ｐ1を常時検出する機能を有する検出部である。また、電力センサ３３によって検出された電力値は、制限回路３４の増幅回路３４２に供給される。
【００３９】
スイッチ回路３５は、電力伝送経路１を遮断または接続する回路である。すなわち、スイッチ回路３５がオンのときは電力伝送経路１を接続し、スイッチ回路３５がオフのときは電力伝送経路１を遮断する。
【００４０】
制限回路３４は、増幅回路３４２と、Ａ／Ｄ変換回路３４４と、制御部３４６と、レベルシフト回路３４８とを備える。
【００４１】
増幅回路３４２は、電力センサ３３とＡ／Ｄ変換回路３４４との間に配置される回路である。また、増幅回路３４２は、電力センサ３３によって検出された電力値を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３４４へと供給する機能を有する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換回路３４４は、増幅回路３４２と制御部３４６との間に配置される回路である。また、Ａ／Ｄ変換回路３４４は、増幅回路３４２によって増幅された電力値をアナログ値からデジタル値へと変換して制御部３４６へ供給する機能を有する。なお、Ａ／Ｄ変換回路３４４のビット数は、例えば、１２ビットである。
【００４３】
レベルシフト回路３４８は、制御部３４６とスイッチ回路３５との間に配置される回路である。また、レベルシフト回路３４８は、制御部３４６から供給された出力信号のレベル変換を行いスイッチ回路３５のオンまたはオフのための制御信号としてスイッチ回路３５へ供給する機能を有する。
【００４４】
制御部３４６は、Ａ／Ｄ変換回路３４４の出力と設定回路３２から入力されるＰlim1を入力信号とする。そして、制御部３４６は、レベルシフト回路３４８に対してスイッチ回路３５のための信号を出力しつつ、入力信号に関する情報を設定回路３２に伝送する。制御部３４６は、電力センサ３３、増幅回路３４２、Ａ／Ｄ変換回路３４４、制御部３４６、レベルシフト回路３４８及びスイッチ回路３５を接続するフィードバック経路を用い、ＤＣ負荷４４における使用電力値Ｐ1が設定回路３２によって設定された電力上限値Ｐlim1を超えないようにスイッチ回路３５のスイッチング制御を行う制御回路である。なお、制御部３４６は、例えば、ＣＰＵを用いて構成することができるが、もちろん、その他の回路を用いて構成してもよい。例えば、組み合わせ回路を用いて構成することもできる。
【００４５】
ここで、制御部３４６の動作について、図４を用いて説明する。図４は、制御部３４６の動作手順を示すフローチャートである。
【００４６】
制御部３４６は、電力センサ３３から供給される値に基づいて、電力伝送経路１を流れる電力値である使用電力値Ｐ1を常時監視し、電力上限値Ｐlim1＞使用電力値Ｐ1であるか否かを判断する（Ｓ２）。
【００４７】
そして、Ｓ２の工程において、電力上限値Ｐlim1＞使用電力値Ｐ1であると判断した場合には、スイッチ回路３５を常時オンさせるための信号を出力する（Ｓ４）。
【００４８】
また、Ｓ２の工程において、電力上限値Ｐlim1＞使用電力値Ｐ1でないと判断した場合には、Ｐlim1／Ｐ1のＤｕｔｙ比でスイッチ回路３５をオンまたはオフさせるための信号を出力する（Ｓ６）。
【００４９】
Ｓ４の工程とＳ６の工程の後は、それぞれリターン処理及びスタート処理を介してＳ２へ戻る。このように、制御部３４６によれば、使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1を超えた場合には電力上限値Ｐlim1となるまでＤｕｔｙ比を適宜変更するフィードバック制御を行うことで、使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1以下となるように制限する。ここで、設定回路３２によって電力上限値Ｐlim1が変更された場合には、変更後の電力上限値Ｐlim1によって上記各工程を実行する。なお、制御部３４６は、Ｓ２における判定結果を設定回路３２に伝送する。
【００５０】
続いて、設定回路３２について説明する。設定回路３２は、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の情報等に基づいて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2をそれぞれ設定する。このとき、設定回路３２は、二次電池１９の能力等に基づいて定まる電源装置２０の最大供給可能電力値Ｐmaxを超えないように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2をそれぞれ設定する。すなわち、設定回路３２は、Ｐlim1＋Ｐlim2≦Ｐmaxとなるように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する。そして、設定回路３２によって設定された電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2は、制限回路３４，３７の制御部３４６，３７６へ伝送される。
【００５１】
ここで、設定回路３２の動作について、図５を用いて説明する。図５は、設定回路３２の動作手順を示すフローチャートである。
【００５２】
最初に、設定回路３２は、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の初期設定を行なう（Ｓ１０）。
【００５３】
次に、制御部３４６，３７６から伝送される使用電力値Ｐ1と電力上限値Ｐlim1、及び、使用電力値Ｐ2と電力上限値Ｐlim2の比較結果に基づいて、使用電力値Ｐ1＞電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＜電力上限値Ｐlim2であるか否かを判断する（Ｓ１２）。Ｓ１２の工程において、使用電力値Ｐ1＞電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＜電力上限値Ｐlim2であると判断したときは、電力上限値Ｐlim1に対する不足分が生じ、電力上限値Ｐlim2に対する余剰分が生じていると判断してＳ１６の工程へと進む。
【００５４】
Ｓ１２の工程において、使用電力値Ｐ1＞電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＜電力上限値Ｐlim2でないと判断したときは、Ｓ１４の工程へと進む。Ｓ１４の工程では、使用電力値Ｐ1＜電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＞電力上限値Ｐlim2であるか否かを判断する（Ｓ１４）。Ｓ１４の工程において、使用電力値Ｐ1＜電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＞電力上限値Ｐlim2であると判断したときは、電力上限値Ｐlim1に対する余剰分が生じ、電力上限値Ｐlim2に対する不足分が生じていると判断してＳ１６の工程へと進む。
【００５５】
Ｓ１４の工程において、使用電力値Ｐ1＜電力上限値Ｐlim1、かつ、使用電力値Ｐ2＞電力上限値Ｐlim2でないと判断した場合には、リターン処理及びスタート処理を介してＳ１２へ戻る。
【００５６】
Ｓ１６の工程では、設定回路３２は、最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内で使用電力値Ｐ1、Ｐ2と電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2との差が適切な値となるように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を再設定する(Ｓ１６)。ここで、設定回路３２は、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2との差が適切な値となるようにするために、例えば、使用電力値Ｐ1と使用電力値Ｐ2の比と、電力上限値Ｐlim1と電力上限値Ｐlim2の比を一致させる。すなわち、設定回路３２は、Ｐ1：Ｐ2＝Ｐlim1：Ｐlim2の関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更する。
【００５７】
なお、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８における使用電力値Ｐ1、Ｐ2等の情報は、種々の手段を用いて取得することができる。例えば、予め所定の期間の時間帯毎に求められた過去の電力推移データが記録されたデータベースから取得してもよく、ユーザーによって外部から入力されたデータを取得するものとしてもよい。
【００５８】
続いて、上記構成の蓄電システム１０の作用について、図６，７を用いて説明する。図６は、従来技術の蓄電システムにおいて、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2に関係なく、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定する場合の様子を示す図である。図７は、蓄電システム１０において、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の変動に応じて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更する場合の様子を示す図である。図６，７において、横軸は１日における各時刻を示す。縦軸は電源装置２０の最大供給可能電力値Ｐmaxについての電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の割合を示し、さらに、使用電力値Ｐ1、Ｐ2について示している。ここで、使用電力値Ｐ1及び電力上限値Ｐlim1は、Ｘ1を基準値（０Ｗ）として示しており、使用電力値Ｐ2及び電力上限値Ｐlim2はＸ2を基準値（０Ｗ）として示している。なお、図６，７において、点線は電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定の境界線を示しており、実線は使用電力値Ｐ1を示しており、一点鎖線は使用電力値Ｐ2を示している。
【００５９】
従来技術では、電源装置２０からＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８へ電力供給を行なう場合に、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2を考慮することなく、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が設定されている。例えば、電源装置２０から電力の供給を受ける負荷がＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の２つの場合には、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が均等になるように最大供給可能電力値Ｐmaxを負荷の数である２で除算した均等値が設定され、その後変更されることもない。
【００６０】
このように従来技術では、図６に示されるように、例えば、最大供給可能電力値Ｐmaxが６０Ｗである場合に、電力上限値Ｐlim1が３０Ｗに設定され、電力上限値Ｐlim2が３０Ｗに設定される。ここで、使用電力値Ｐ1と電力上限値Ｐlim1の関係について、１日を通して見ると、図６に示されるように、領域Ａでは電力の不足分が生じており、領域Ｂでは電力の余剰分が生じており、領域Ｃでは電力の不足分が生じている。一方、使用電力値Ｐ2と電力上限値Ｐlim2の関係について、１日を通して見ると、図６に示されるように、全ての時間帯において電力の余剰分が生じている。
【００６１】
そして、０時の時点に絞って、さらに具体的に検討すると、ＡＣ負荷４８における使用電力値Ｐ2が１０Ｗである場合は、電力上限値Ｐlim2（３０Ｗ）に対して２０Ｗの余剰分が生じている。また、ＤＣ負荷４４における使用電力値Ｐ1が４０Ｗである場合には、電力上限値Ｐlim1（３０Ｗ）に対して１０Ｗの不足分が生じているが、この際、ＤＣ負荷４４における使用電力値Ｐ1は、電力上限値Ｐlim1（３０Ｗ）に制限されるため、ＤＣ負荷４４への電力供給の融通がきかずに、電力供給が効率よく行われない可能性がある。すなわち、これが本発明によって解決しようとする課題である。
【００６２】
しかしながら、図１の構成の蓄電システム１０によれば、電源装置２０の最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内で、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2等の情報に基づいて、使用電力値Ｐ1，Ｐ2に対応する電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が適切な値となるように調整することができる。具体的には、図７に示されるように、例えば、最大供給可能電力値Ｐmaxが６０Ｗである場合に、電力上限値Ｐlim1には３０Ｗが初期値として設定され、電力上限値Ｐlim2には３０Ｗが初期値として設定される場合について検討する。その後、０時の時点において、ＡＣ負荷４８における使用電力値Ｐ2が１０Ｗである場合には電力上限値Ｐlim2（３０Ｗ）に対して２０Ｗの余剰分が生じており、ＤＣ負荷４４における使用電力値が４０Ｗである場合には電力上限値Ｐlim1（３０Ｗ）に対して１０Ｗの不足分が生じたとする。そのため、設定回路３２は、Ｐ1：Ｐ2＝Ｐlim1：Ｐlim2の関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更する。この例では、設定回路３２は、電力上限値Ｐlim2を３０Ｗから１２Ｗへと変更し、電力上限値Ｐlim1を３０Ｗから４８Ｗへと変更する。
【００６３】
このような変更を各時間帯で行うことで、蓄電システム１０によれば、図７に示されるように、使用電力値Ｐ1，Ｐ2の変動に応じて、最大供給可能電力値Ｐmaxの範囲内において電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2が適切な値となるように調整することができる。これにより、電源装置２０からＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に対し、効率よく電力供給を行うことができる。
【００６４】
したがって、蓄電システム１０によれば、例えば、停電時においてＡＣ負荷４８として用いられるテレビジョン等の情報機器を使用したいという要望が高まるため、このような情報に基づいて停電時にはＡＣ負荷４８への電力上限値Ｐlim2を上げ、停電時における使用の要望が低いＤＣ負荷４４として用いられる照明器具への電力上限値Ｐlim1を下げることで電力供給が効率よく行える。また、蓄電システム１０によれば、例えば、夜間において使用頻度の高いＤＣ負荷４４への電力上限値Ｐlim1を上げ、使用頻度の低いＡＣ負荷４８への電力上限値Ｐlim2を下げることで電力供給が効率よく行える。
【００６５】
なお、上記Ｓ１６の工程において、設定回路３２は、上記Ｐ1：Ｐ2＝Ｐlim1：Ｐlim2の関係式を用いずに電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更することも可能である。例えば、使用電力値Ｐ1の変動が大きくなることが予想される場合に、電力上限値Ｐlim1が使用電力値Ｐ1＋任意の値αよりも大きくなるように、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更することも可能である。すなわち、設定回路３２は、Ｐlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更する。ここで、αは、使用電力値Ｐ1が急激に変動した場合にも使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1を超えることがないように上限値に余裕を持たせるように計算された値である。
【００６６】
ここで、使用電力値Ｐ1，Ｐ2が上記図６と同様に変化した場合の例について検討する。図８は、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の変動に応じて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更する場合の様子を示す図である。設定回路３２がＰlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更すると、図８に示されるように、０時の時点ではＰlim1−Ｐ1≦αであるため電力上限値Ｐlim1を一定の傾きで変化させているが、８時付近の時点ではＰlim1−Ｐ1＞αとなるため、上記傾きを０に変更して電力上限値Ｐlim1の値を保持させている。その後、１６時付近の時点で再びＰlim1−Ｐ1＜αとなるため、電力上限値Ｐlim1を一定の傾きで変化させている。なお、設定回路３２はＰlim1−Ｐ1＞αとなったことを検出してからＰlim1，Ｐlim2の値を変更しているため、図８に示されるように、使用電力値Ｐ1の変動に少し遅れた状態で変更されることとなる。
【００６７】
また、その他の例として、使用電力値Ｐ1，Ｐ2が図９に示されるように変化した場合について検討する。図９は、ＤＣ負荷４４、ＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2の変動に応じて、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更する場合の様子を示す図である。設定回路３２がＰlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定を変更すると、図９に示されるように、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の値が変化する。なお、設定回路３２はＰlim1−Ｐ1＜αとなったことを検出してからＰlim1，Ｐlim2の値を変更しているため、図９に示されるように、使用電力値Ｐ1の変動に少し遅れた状態で変更されることとなる。
【００６８】
上記のように、Ｐlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定することで使用電力値Ｐ1が急激に変動した場合にも使用電力値Ｐ1が電力上限値Ｐlim1を超えることがないようにすることができる。なお、ここでは、Ｐlim1≧Ｐ1＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定するものとして説明したが、Ｐlim2≧Ｐ2＋αの関係式を満たすように電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定するものとしてもよい。
【００６９】
また、上記蓄電システム１０において、予め記録された時間帯毎の過去の電力推移データに基づいて、使用電力値Ｐ1，Ｐ2を予測して時間帯毎にＡＣ負荷４８、ＤＣ負荷４４への電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の割り振りを変化させて電力供給を効率よく行うようにすることもできる。これにより、制限回路３４，３７から使用電力値Ｐ1，Ｐ2を受け取って電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を変更するといった処理を行う必要はないため、設定回路３２をより簡単な回路で構成することができる。
【００７０】
また、上記蓄電システム１０において、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1，Ｐ2の情報に加えて、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８に対して割り当てられた優先度を考慮して電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2を設定変更してもよい。例えば、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の使用電力値Ｐ1、Ｐ2がともに大きく最大供給可能電力値Ｐmaxを超えるような状況である場合に優先度の高い負荷側の電力上限値を高くすることができる。これにより、優先度の高い負荷側に優先して安定した電力供給を行うことができる。
【００７１】
さらに、上記蓄電システム１０において、電力上限値Ｐlim1，Ｐlim2の設定は設定回路３２が行うものとして説明したが、制限回路３４，３７の制御部３４６，３７６において設定してもよく、制御装置２５において設定してもよい。
【００７２】
そして、上記蓄電システム１０において、電力調整装置３０による調整対象は電力であるものとして説明したが、電流であってもよく、電圧であってもよい。
【００７３】
また、上記蓄電システム１０では、電源装置２０から電力が供給される負荷は、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４８の２つであるとして説明したが、もちろん、それ以上の負荷が接続されてもよい。また、負荷の種類はＤＣ負荷、ＡＣ負荷のいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１，２，３，４，５ 電力伝送経路、６ 接続点、７，８，９ 端子、１０ 蓄電システム、１１ 太陽電池モジュール、１２ 直並列切替回路、１３ 経路切替回路、１４ 系統電力源、１５ ＤＣ／ＡＣ変換回路、１６ ＡＣ／ＤＣ変換回路、１７，１８，２１ スイッチ回路、１９ 二次電池、２０ 電源装置、２５ 制御装置、３０ 電力調整装置、３２ 設定回路、３３ 電力センサ、３４ 制限回路、３５ スイッチ回路、３６ 電力センサ、３７ 制限回路、３８ スイッチ回路、３９ フィードバック回路、４０ 負荷装置、４２ ＤＣ／ＤＣ変換回路、４４ ＤＣ負荷、４６ ＤＣ／ＡＣ変換回路、４８ ＡＣ負荷、１１１，１１２ 光電変換部、３４２，３７２ 増幅回路、３４４，３７４ Ａ／Ｄ変換回路、３４６，３７６ 制御部、３４８，３７８ レベルシフト回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置から複数の負荷への最大供給可能電力値の範囲内で、前記負荷ごとに前記電源装置から当該負荷へ伝送可能な電力上限値を設定する設定回路と、
前記各負荷の使用電力値が、前記負荷ごとに設定された前記各電力上限値を超えないようにフィードバック制御を行うフィードバック回路と、
を備えることを特徴とする電力調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力調整装置において、
前記フィードバック回路は、
前記電源装置と前記各負荷とをそれぞれ接続する電力伝送経路を遮断または接続する複数のスイッチ回路と、
前記各電力伝送経路を伝送する電力値を検出する複数の検出部と、
前記各検出部によって検出された電力値に基づいて前記各使用電力値を求め、前記各使用電力値が前記各電力上限値を超えないように前記各スイッチ回路のスイッチング制御を行う複数の制御回路と、
を有することを特徴とする電力調整装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力調整装置において、
前記設定回路は、
前記各使用電力値の変動に応じて前記各電力上限値の設定を変更することを特徴とする電力調整装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の電力調整装置において、
前記設定回路は、
前記各負荷に対して割り当てられた優先度に応じて前記各電力上限値の設定を変更することを特徴とする電力調整装置。
【請求項１】
電源装置から複数の負荷への最大供給可能電力値の範囲内で、前記負荷ごとに前記電源装置から当該負荷へ伝送可能な電力上限値を設定する設定回路と、
前記各負荷の使用電力値が、前記負荷ごとに設定された前記各電力上限値を超えないようにフィードバック制御を行うフィードバック回路と、
を備えることを特徴とする電力調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力調整装置において、
前記フィードバック回路は、
前記電源装置と前記各負荷とをそれぞれ接続する電力伝送経路を遮断または接続する複数のスイッチ回路と、
前記各電力伝送経路を伝送する電力値を検出する複数の検出部と、
前記各検出部によって検出された電力値に基づいて前記各使用電力値を求め、前記各使用電力値が前記各電力上限値を超えないように前記各スイッチ回路のスイッチング制御を行う複数の制御回路と、
を有することを特徴とする電力調整装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力調整装置において、
前記設定回路は、
前記各使用電力値の変動に応じて前記各電力上限値の設定を変更することを特徴とする電力調整装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の電力調整装置において、
前記設定回路は、
前記各負荷に対して割り当てられた優先度に応じて前記各電力上限値の設定を変更することを特徴とする電力調整装置。
【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２０１３−１３２７７（Ｐ２０１３−１３２７７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５３５７（Ｐ２０１１−１４５３５７）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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