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技術 電力充電供給装置

出願人 米沢電気工事株式会社
発明者 上田喜久中尾三人林猛木田和秀井上大輔
出願日 2015年5月18日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2015-100813
公開日 2015年12月24日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2015-233403
状態 特許登録済
技術分野 直流の給配電 交流の給配電 電池等の充放電回路 二次電池の保守(充放電、状態検知)
主要キーワード 入力定格電圧 系統線 電流制限特性 PT装置 最小入力電圧 蓄電地 指定電圧 使用優先順位
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図面 (15)

課題

電気自動車等の短時間に大容量の電力を必要とする負荷装置と接続した場合でも大型の放電装置が不要となり小型化、低コスト化が可能で、かつ充電装置の簡単な制御で蓄電池充電放電切り替えを行うことが可能な電力充電供給装置を提供する。

解決手段

電力充電供給装置が、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、前記第1の直流系統とは別系統負荷供給専用の第2の直流系統と、蓄電池と、充電装置とを備え、前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧監視し、前記第1の直流系統の電圧と基準電圧を比較することで前記充電装置から出力される電流を制御し、前記充電装置から出力される電流の値によって前記蓄電池の充電・放電の切り替え処理が行う。

概要

背景

近年、太陽光発電などの自然再生エネルギー活用により太陽光発電装置風力発電が着目されてきているが、太陽光発電装置などが発電した直流電力交流に変換されて利用されているものが多いのが実状である。しかし、蓄電する場合は交流に変換された電力を直流に変換し直す必要が生じ、商用電源との連系がとれず、停電などの品質低下が生じるおそれがある。このため、変換ロスの低減や、装置の簡素化を図るために、電力を交流に変換せずに直流のまま供給する直流給電システムも注目されている。このため、特許文献1と2のような技術が提案されている。

特許文献1には、「商用電源側及び負荷側と連系し、太陽光発電装置又は風力発電装置で発生した不安定な直流電力蓄電池に一度蓄電し安定した直流電力として、交流電力に変換して負荷側に供給する電力供給装置であって、太陽光発電装置又は風力発電装置と、前記太陽光発電装置又は風力発電装置から供給された直流電力を、充電する蓄電池の特性に合わせて指定電圧に調整した直流電力に変換するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータから出力された直流電力を充電する蓄電池と、前記蓄電池から放電された直流電力を交流電力に変換するDC/ACインバータと、を備えており、前記DC/ACインバータで変換した交流電力を負荷側へ供給するようにした、電力供給装置(請求項1)」と、「前記電力供給装置は、制御手段を有しており、太陽光発電装置又は風力発電装置が発電しているときに、商用電源側が停電している場合は、前記制御手段によって、太陽光発電装置又は風力発電装置からの電力を複数系統で構成される蓄電池のうち一系統の蓄電池に充電し、同時に他系統の蓄電池から放電させて負荷側に供給し、負荷側の停電又は電力不足を回避する制御を含む、請求項1記載の電力供給装置(請求項2)」が開示されている。

特許文献2には、太陽電池と、前記太陽電池と充放電手段を介して並列に接続された蓄電池と、前記太陽電池の出力電力を交流電力に変換し、他の交流電源と連系する電力変換器と、前記太陽電池の出力が増加する方向へ動作指令値を変化させる最大電力追従制御手段と、前記最大電力追従制御手段による動作指令値が一定値以下となった場合に前記太陽電池の電圧を一定値とするように制御する直流定電圧制御手段と、外部からの電力指令により前記電力変換器の制御を最大電力追従制御から外部電力指令制御切替える外部電力指令制御手段を備えた太陽光発電装置であって、前記直流定電圧制御手段により制御される一定電圧を前記蓄電池電圧より高く設定し、前記太陽電池の最大電力追従制御あるいは直流定電圧制御時には前記蓄電池の放電を阻止し、外部からの電力指令により前記外部電力指令制御手段を動作させて外部電力指令制御とした時には、前記蓄電池からの電力供給を行うことを特徴とする太陽光発電装置(請求項2)と、請求項1において、前記蓄電池から電力供給を行わない場合には、前記太陽電池の最大電力追従制御または直流定電圧制御を行い、前記蓄電池から電力供給を行う場合には、前記外部からの電力指令にしたがって制御を行うことを特徴とする太陽光発電装置(請求項2)が記載されている。

概要

電気自動車等の短時間に大容量の電力を必要とする負荷装置と接続した場合でも大型の放電装置が不要となり小型化、低コスト化が可能で、かつ充電装置の簡単な制御で蓄電池の充電・放電の切り替えを行うことが可能な電力充電供給装置を提供する。 電力充電供給装置が、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、前記第1の直流系統とは別系統の負荷供給専用の第2の直流系統と、蓄電池と、充電装置とを備え、前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧を監視し、前記第1の直流系統の電圧と基準電圧を比較することで前記充電装置から出力される電流を制御し、前記充電装置から出力される電流の値によって前記蓄電池の充電・放電の切り替え処理が行う。

目的

本発明の目的は、電気自動車等の短時間に大容量の電力を必要とする負荷装置と接続した場合でも大型の放電装置が不要となり小型化、低コスト化が可能で、かつ充電装置の簡単な制御で蓄電池の充電・放電の切り替えを行うことが可能な電力充電供給装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

太陽光発電装置風力発電装置などの再生可能エネルギー発電装置および商用系統電源からの電力により蓄電池充電するとともに前記蓄電池を放電することにより前記蓄電池の電力を負荷装置に供給する電力充電供給装置であって、前記電力充電供給装置は、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、前記第1の直流系統とは別系統負荷供給専用のバスラインである第2の直流系統と、蓄電池と、充電装置とを備え、前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧監視し、前記第1の直流系統の電圧と基準電圧を比較することで前記充電装置から出力される電流を制御し、前記充電装置から出力される電流の値によって前記蓄電池の充電・放電の切り替え処理が行われることを特徴とする電力充電供給装置。

請求項2

前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧が前記基準電圧よりも大きい場合は前記充電装置から出力される電流を制御し、前記第1の直流系統の電圧が前記基準電圧よりも小さい場合は前記充電装置から出力される電流を出力しないことを特徴とする請求項1記載の電力充電供給装置。

請求項3

前記蓄電池の充電・放電の切り替え処理は、前記充電装置から前記電流が出力される場合には前記電流は前記蓄電地に充電されるとともに前記第2の直流系統から前記負荷装置に供給され、前記充電装置から前記電流が出力されない場合には前記蓄電池を放電することにより前記蓄電地の電力が前記第2の直流系統から前記負荷装置に供給されることを特徴とする請求項1または2記載の電力充電供給装置。

請求項4

前記電力充電供給装置は、さらに前記再生可能エネルギー発電装置や前記商用系統電源の電力を変換する第1の変換器を設け、前記第1の直流系統は前記第1の変換器の出力端子と前記充電装置の入力端子と接続されていることを特徴とする請求項1から3いずれか一項記載の電力充電供給装置。

請求項5

前記電力充電供給装置は、さらに前記負荷装置に接続される第2の変換器と、前記蓄電池と前記第2の変換器の間に設けられた横電流や逆流を防止するための整流器を備え、前記第2の直流系統は前記整流器の出力端子と前記第2の変換器の入力端子と接続されていることを特徴とする請求項1から4いずれか一項記載の電力充電供給装置。

請求項6

前記再生可能エネルギー発電装置や前記商用系統電源と接続される第1の変換器の出力開放電圧電圧差を設けることで、前記再生可能エネルギー発電装置の使用優先順位を決定することを特徴とする請求項1から5いずれか一項記載の電力充電供給装置。

技術分野

0001

本発明は、太陽光風力などの再生可能エネルギーによる発電装置蓄電池商用電源を組み合わせた電力充電供給装置に関する。

背景技術

0002

近年、太陽光発電などの自然再生エネルギー活用により太陽光発電装置風力発電が着目されてきているが、太陽光発電装置などが発電した直流電力交流に変換されて利用されているものが多いのが実状である。しかし、蓄電する場合は交流に変換された電力を直流に変換し直す必要が生じ、商用電源との連系がとれず、停電などの品質低下が生じるおそれがある。このため、変換ロスの低減や、装置の簡素化を図るために、電力を交流に変換せずに直流のまま供給する直流給電システムも注目されている。このため、特許文献1と2のような技術が提案されている。

0003

特許文献1には、「商用電源側及び負荷側と連系し、太陽光発電装置又は風力発電装置で発生した不安定な直流電力を蓄電池に一度蓄電し安定した直流電力として、交流電力に変換して負荷側に供給する電力供給装置であって、太陽光発電装置又は風力発電装置と、前記太陽光発電装置又は風力発電装置から供給された直流電力を、充電する蓄電池の特性に合わせて指定電圧に調整した直流電力に変換するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータから出力された直流電力を充電する蓄電池と、前記蓄電池から放電された直流電力を交流電力に変換するDC/ACインバータと、を備えており、前記DC/ACインバータで変換した交流電力を負荷側へ供給するようにした、電力供給装置(請求項1)」と、「前記電力供給装置は、制御手段を有しており、太陽光発電装置又は風力発電装置が発電しているときに、商用電源側が停電している場合は、前記制御手段によって、太陽光発電装置又は風力発電装置からの電力を複数系統で構成される蓄電池のうち一系統の蓄電池に充電し、同時に他系統の蓄電池から放電させて負荷側に供給し、負荷側の停電又は電力不足を回避する制御を含む、請求項1記載の電力供給装置(請求項2)」が開示されている。

0004

特許文献2には、太陽電池と、前記太陽電池と充放電手段を介して並列に接続された蓄電池と、前記太陽電池の出力電力を交流電力に変換し、他の交流電源と連系する電力変換器と、前記太陽電池の出力が増加する方向へ動作指令値を変化させる最大電力追従制御手段と、前記最大電力追従制御手段による動作指令値が一定値以下となった場合に前記太陽電池の電圧を一定値とするように制御する直流定電圧制御手段と、外部からの電力指令により前記電力変換器の制御を最大電力追従制御から外部電力指令制御切替える外部電力指令制御手段を備えた太陽光発電装置であって、前記直流定電圧制御手段により制御される一定電圧を前記蓄電池電圧より高く設定し、前記太陽電池の最大電力追従制御あるいは直流定電圧制御時には前記蓄電池の放電を阻止し、外部からの電力指令により前記外部電力指令制御手段を動作させて外部電力指令制御とした時には、前記蓄電池からの電力供給を行うことを特徴とする太陽光発電装置(請求項2)と、請求項1において、前記蓄電池から電力供給を行わない場合には、前記太陽電池の最大電力追従制御または直流定電圧制御を行い、前記蓄電池から電力供給を行う場合には、前記外部からの電力指令にしたがって制御を行うことを特徴とする太陽光発電装置(請求項2)が記載されている。

先行技術

0005

特開2013−070585号公報
特許第3656113号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、上記のように、交流電力を充電保存する場合に比べて、再生可能エネルギーによる発電装置からの直流電力を直流のまま蓄電池バンクに充電してこれを取り出すようにすれば、回路構成が簡素になり、直流から交流に変換し再度交流を直流に変換する変換ロスを低減するとともに、大型の設備が必要なくなる利点を有する。
しかしながら、従来の装置では、図6に示すように、再生可能エネルギー発電装置T1,T2、商用系統電源、蓄電池(1)、負荷装置(1),(2)を接続する直流系統(直流系統A3)がひとつの場合が多く、再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電量によって前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2からの発電電力を蓄電池(1)に充電する充電制御や、前記蓄電地(1)からの電力を前記負荷装置(1),(2)へ供給する放電制御切り替え充放電装置(1)が一括して行うために充放電装置(1)の充電・放電処理の切り替えが煩雑となってしまう。
そのうえ前記負荷装置(1),(2)が電気自動車等の大容量電池を搭載する負荷装置であった場合には、前記蓄電池(1)からの電力を前記負荷装置(1),(2)へ供給する際に放電装置もしくは充放電装置(図6では充放電装置(1))から短時間に大量の電力を前記負荷装置(1),(2)に供給する必要があるため、前記負荷装置(1),(2)の大容量電池に対応した放電装置もしくは充放電装置(図6では充放電装置(1))が必要となり、放電装置もしくは充放電装置が大型化する。

0007

本発明者は上記問題に関して様々な考察を行った結果、(A)再生可能エネルギー発電装置、商用系統電源がMPPT制御装置、AC/DCコンバータ、充電装置が接続された第1の直流系統と、蓄電池と負荷装置が接続された第1の直流系統とは別系統の第2の直流系統を設けること、(B)前記第1の直流系統の電圧Va1を監視し、基準電圧Vhとの比較によって充電装置から出力される電流値Id1を制御すること、上述(A)、(B)を達成することにより、充電装置から出力される電流制御により簡単に蓄電池の充放電の切り替えをすることが可能となり大型の放電装置が不要となることを発見した。
そこで本発明の目的は、電気自動車等の短時間に大容量の電力を必要とする負荷装置と接続した場合でも大型の放電装置が不要となり小型化、低コスト化が可能で、かつ充電装置の簡単な制御で蓄電池の充電・放電の切り替えを行うことが可能な電力充電供給装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

ここで、「第1の直流系統」とは、再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力や商用系統電源10からの電力を前記充電装置D1に供給するための発電専用のバスラインであり、MPPT制御装置MC1,MC2、AC/DCコンバータZ1、充電装置D1間を接続する系統線として定義する。前記第1の直流系統は前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力端子と充電装置D1の入力端子と接続されている。
ここで、「第2の直流系統」とは、蓄電池S1から放電された電力を負荷装置F1に供給する、もしくは充電装置D1を介して再生可能エネルギー発電装置T1,T2や商用系統電源10からの電力を負荷装置F1に供給するための負荷供給専用のバスラインであり、整流器RC2と第2の変換器Pc1間を接続する系統線として定義する。前記第2の直流系統は前記整流器RC2の出力端子と前記第2の変換器Pc1の入力端子と接続されている。ここで前記第2の変換器Pc1が不要である場合は、前記第2の直流系統が直接前記負荷装置F1に接続されていてもよい。前記第2の変換器Pc1の出力端子は負荷装置F1に接続され、前記負荷装置F1が交流電力によって稼働される場合には前記第2の変換器Pc1はDC/ACインバータとして機能し、前記負荷装置F1が直流電力によって稼働される場合には前記第2の変換器Pc1はDC/DCコンバータとして機能する。前記第1の直流系統とは別系統として構成される。
ここで、「第1の変換器」とは、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2に接続されるMPPT制御装置MC1,MC2と、前記商用電源10と接続されるAC/DCコンバータZ1を総称した名称として定義する。

0009

本発明の電力充電供給装置は、太陽光発電装置や風力発電装置などの再生可能エネルギー発電装置および商用系統電源からの電力により蓄電池を充電するとともに前記蓄電池を放電することにより前記蓄電池の電力を負荷装置に供給する電力充電供給装置であって、前記電力充電供給装置は、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、前記第1の直流系統とは別系統の負荷供給専用のバスラインである第2の直流系統と、蓄電池と、充電装置とを備え、
前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧を監視し、前記第1の直流系統の電圧と基準電圧を比較することで前記充電装置から出力される電流を制御し、前記充電装置から出力される電流の値によって前記蓄電池の充電・放電の切り替え処理が行われることを特徴とする。
また本発明の前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧が前記基準電圧よりも大きい場合は前記充電装置から出力される電流を制御し、前記第1の直流系統の電圧が前記基準電圧よりも小さい場合は前記充電装置から出力される電流を出力しないことを特徴とする。
さらに本発明の前記蓄電池の充電・放電の切り替え処理は、前記充電装置から前記電流が出力される場合には前記電流は前記蓄電地に充電されるとともに前記第2の直流系統から前記負荷装置に供給され、前記充電装置から前記電流が出力されない場合には前記蓄電池を放電することにより前記蓄電地の電力が前記第2の直流系統から前記負荷装置に供給されることを特徴とする。
本発明によれば、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、第1の直流系統とは別系統の負荷供給専用の第2の直流系統を設けること、そして前記第1の直流系統の電圧を監視し、基準電圧との比較によって充電装置から出力される電流値Id1を制御することにより、充電装置から出力される電流制御により簡単に蓄電池の充放電の切り替えをすることが可能となる。

0010

本発明の前記電力充電供給装置は、さらに前記再生可能エネルギー発電装置や前記商用系統電源の電力を変換する第1の変換器を設け、前記第1の直流系統は前記第1の変換器の出力端子と前記充電装置の入力端子と接続されていることを特徴とする。
また本発明の前記電力充電供給装置は、さらに前記負荷装置に接続される第2の変換器と、前記蓄電池と前記第2の変換器の間に設けられた横電流や逆流を防止するための整流器を備え、前記第2の直流系統は前記整流器の出力端子と前記第2の変換器の入力端子と接続されていることを特徴とする。
従来の一般的な直流系統の電力充電供給装置においては、図6のようにひとつの直流系統A3にMPPT制御装置MC1,MC2、AC/DCコンバータZ1、充放電装置(1)、DC/DCコンバータ、DC/ACインバータが接続されているため、前記直流系統A3の電圧Va3は、再生可能エネルギー発電装置T1,T2の影響を受け、前記蓄電池(1)の出力電圧Vs1よりも大きくなってしまう(Va3>Vs1)。よって、前記蓄電池(1)を負荷装置(1)、(2)に対して放電する場合には、双方向のDC/DCコンバータである充放電装置(1)もしくはDC/DCコンバータである放電装置を使用して昇圧することにより、前記蓄電池(1)の電圧Vs1を前記直流系統A3の電圧Va3よりも大きく設定して、前記蓄電池(1)からの電力を前記負荷装置(1),(2)に供給する必要がある。しかし、本発明によれば、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、第1の直流系統とは別系統の負荷供給専用のバスラインである第2の直流系統を設けることで、前記第2の直流系統の電圧が第1の直流系統に接続されている再生可能エネルギー発電装置T1,T2の影響を受けることがない。よって前記第2の直流系統の電圧は、前記蓄電池の出力電圧とほぼ同様となるため、自然に前記蓄電池の電流が前記負荷装置に流れ、放電装置、放電処理が不要となる。よって電力充電供給装置の小型化・低コスト化が実現できる。

0011

本発明の電力充電供給装置は、前記再生可能エネルギー発電装置や前記商用系統電源と接続される第1の変換器の出力開放電圧電圧差を設けることで、前記再生可能エネルギー発電装置の使用優先順位を決定することを特徴とする。
本発明によれば、前記第1の変換器(MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1)のうちMPPT制御装置MC1,MC2の出力開放電圧をAC/DCコンバータZ1の出力開放電圧よりも高くすることで出力開放電圧が大きい再生可能エネルギー発電装置の電力から自動的に使用され、またMPPT制御装置MC1,MC2の出力開放電圧をAC/DCコンバータZ1の出力開放電圧よりも低くすることで出力開放電圧が大きい商用系統電源の電力から自動的に使用される。このように出力開放電圧に電圧差を設けることで、出力開放電圧が大きい装置の電力から自動的に使用され、再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源の運転切り替え等の複雑な制御を行うことなく再生可能エネルギー発電装置や商用系統電源の使用優先順位を決定することができる。

発明の効果

0012

本発明によれば、電力充電供給装置が発電専用のバスラインである第1の直流系統と、前記第1の直流系統とは別系統の負荷供給専用のバスラインである第2の直流系統と、蓄電池と、充電装置とを備え、前記充電装置は前記第1の直流系統の電圧を監視し、前記第1の直流系統の電圧と基準電圧を比較することで前記充電装置から出力される電流を制御することで、簡単に蓄電池の充放電の切り替えをすることが可能となる。
また本発明によれば、発電専用のバスラインである第1の直流系統と、第1の直流系統とは別系統の負荷供給専用のバスラインである第2の直流系統を設けることで、前記第2の直流系統の電圧が第1の直流系統に接続されている再生可能エネルギー発電装置の影響を受けることがないため、自然に前記蓄電池の電流が前記負荷装置に流れ、放電装置、放電処理が不要となる。よって電力充電供給装置の小型化・低コスト化が実現できる。
そして本発明によれば、前記第1の変換器(MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1)の出力開放電圧に電圧差を設けることで、出力開放電圧が大きい再生可能エネルギー発電装置の電力から自動的に使用され、再生可能エネルギー発電装置の運転切り替え等の複雑な制御を行うことなく再生可能エネルギー発電装置の使用優先順位を決定することが可能となる。

図面の簡単な説明

0013

本発明を適用した第1の実施形態の電力充電供給装置1を示す回路構成図である。
本発明を適用した第2の実施形態の電力充電供給装置を示す回路構成図である。
本発明を適用した実施形態の再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力と第1の直流系統の発電電力を比較したグラフである。
本発明を適用した実施形態の再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電量と第1の直流系統の発電量、第2の直流系統の発電量を比較したグラフである。
本発明を適用した実施形態の実験例を示す図(写真)である。
従来の電力充電供給装置を示す回路構成図である。
本発明の第1の実施形態の充電装置から出力される電流値の制御処理を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施形態の充電装置の充電処理を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施形態の充電装置の充電処理の電流の流れを示す模式図である。
本発明の第1の実施形態の充電装置の放電処理を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施形態の充電装置の放電処理の電流の流れを示す模式図である。
本発明の第1の実施形態の再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源との使用優先順位決定処理に関する模式図(前記再生可能エネルギー発電装置T1のみを使用した場合)である。
本発明の第1の実施形態の再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源との使用優先順位決定処理に関する模式図(前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2を使用した場合)である。
本発明の第1の実施形態の再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源との使用優先順位決定処理に関する模式図(前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、商用系統電源を使用した場合)である。

実施例

0014

本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

0015

(第1の実施の形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態の電力充電供給装置1を示す回路構成図であり、図3は本発明を適用した実施形態の再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力と第1の直流系統の発電電力を比較したグラフである。図4は本発明を適用した実施形態の再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電量と第1の直流系統の発電量、第2の直流系統の発電量を比較したグラフである。
本実施形態の電力充電供給装置1は、再生可能エネルギー発電装置T1,T2、MPPT制御装置MC1,MC2、AC/DCコンバータZ1、充電装置D1、蓄電池S1、電力・蓄電池監視装置11、整流器RC1,RC2、第2の変換器Pc1が第1の直流系統A1と第2の直流系統A2、電力線で接続されて構成されたものである。
第1の直流系統A1はMPPT制御装置MC1,MC2、AC/DCコンバータZ1、充電装置D1間を接続する発電専用のバスラインであり、前記第1の直流系統A1は前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力端子と充電装置D1の入力端子と接続されている。
第2の直流系統A2は、整流器RC2と第2の変換器Pc1間を接続する負荷供給用のバスラインであり、第1の直流系統とは別系統として構成される。前記第2の直流系統は前記整流器RC2の出力端子と前記第2の変換器Pc1の入力端子と接続されている。前記第2の変換器Pc1の出力端子は負荷装置F1に接続される。
前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2は、太陽光、風力、水力地熱太陽熱大気中の熱その他の自然界に存する熱、バイオマス等を利用して発電する発電装置であり、例えば太陽光発電装置、風力発電装置もしくは水力発電装置等で、前記再生可能エネルギー発電装置T1が前記MPPT制御装置MC1に、前記再生可能エネルギー発電装置T2が前記MPPT制御装置MC2に接続される。
前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2は、並列に配置され前記MPPT装置MC1,MC2を介して発電専用の第1の直流系統A1に接続する。前記再生可能エネルギー発電装置T1が太陽光発電装置、前記再生可能エネルギー発電装置T2が風力発電装置である場合は、太陽光発電装置、風力発電装置それぞれからの発電電力を前記第1の直流系統A1により合算する(図3図4)。
前記MPPT制御装置MC1,MC2は前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2が日射量、気温、風力、水力等の様々な気象条件により発電量が異なるため、異なる発電量でも最大の電力を出力できるように最大電力となる電圧、電流を追従し制御を行う電力変換装置であり、スイッチング電源として機能する。前記MPPT制御装置MC1,MC2の出力開放電圧は、前記充電装置D1の最小入力電圧よりも大きい値を設定する。
前記AC/DCコンバータZ1は商用系統電源10と接続され、前記商用系統電源10からの交流電力を直流電力に変換して前記第1の直流系統A1に供給する電力変換装置であり、スイッチング電源として機能する。前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧は、前記充電装置D1の最小入力電圧よりも大きい値を設定する。また前記AC/DCコンバータZ1は、最大出力電力を任意の値で制限することが可能であり、具体的には抵抗による電流制限効果を有する整流回路出力電流に対する定電流垂特性をもったスイッチング電源装置もしくはアナログ電源装置、入力電流に対する電流制限特性をもったスイッチング電源装置やアナログ電源装置等を使用することによって実現する。前記AC/DCコンバータZ1の最大出力電力を任意の値で制限する目的であるが、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2と前記商用系統電源10は前記第1の直流系統A1の供給電源として機能とするため、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電量が少ない場合(例えば前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2が太陽光発電装置や風力発電装置であった場合、天候によって日射量が少ないもしくは風力が少ない等で発電量が少なくなる)前記蓄電池S1が充電するための電力や前記負荷装置F1が消費する電力は全て前記商用系統電源10から補われるようになる。しかし、日射量や風力の増減によって前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電量がリアルタイムに変化し増加することもあるため、前記商用系統電源10からの電力によって、前記蓄電池S1が充電するための電力や前記負荷装置F1が消費する電力が全て補われないように、前記商用系統電源10から出力される最大出力電力を制限する。
前記蓄電池S1は、再充電可能な電力貯蔵装置であり、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2から出力される電力を蓄電し、前記負荷装置F1に対して放電する。例えばリチウムイオン電池ニッケル水素電池などの電池等で構成される。
前記蓄電池S1の出力電圧Vs1は任意に選択可能であるが、前記蓄電池S1の出力電圧Vs1は前記充電装置D1の最小入力電圧と同電圧か低い電圧となるように設定する。前記蓄電池S1の出力電圧Vs1は、前記出力電圧Vs1を前記負荷装置F1の入力定格電圧に合わせることが可能である。前記出力電圧Vs1を前記負荷装置F1の入力定格電圧に一致させた場合は前記第2の変換器Pc1は不要となる。前記蓄電池S1を短時間大容量負荷に対応したものを使用した場合は、前記負荷装置F1を電気自動車等の大容量電池を搭載する装置であっても接続することが可能となる。前記出力電圧Vs1と前記負荷装置F1の入力定格電圧を一致させない場合は、前記第2の変換器Pc1を介して前記第2の直流系統A2と前記負荷装置F1を接続することが可能である(図1)。
電力・蓄電池監視装置11は、前記蓄電池S1のデータ情報充電率(SOC)、電池温度充電容量蓄電池残量セル電圧等)を監視し、前記蓄電池S1の充電制御を行うものである。具体的には、前記データ情報の充電率(SOC)を監視し、前記充電装置D1から前記蓄電池S1の充電可否の問い合わせがきた場合、前記データ情報の充電率(SOC)が90%以上である場合は、前記充電装置D1に対して「充電不可」として回答し、前記データ情報の充電率(SOC)が90%未満である場合は、前記充電装置D1に対して「充電可」として回答する。また、前記充電率(SOC)が20%以下になった場合は前記第2の変換器Pc1に対して放電を停止するように放電停止指示を行う。このように制御を行うことで、前記蓄電池S1の過放電を防止することが可能となる。
さらに前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1、前記充電装置D1、前記蓄電池S1、前記第2の変換器Pc1の状態を監視し、図示しない表示装置に表示することも可能である。
また電力・蓄電池監視装置11には前記蓄電池S1のデータ情報や、前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1、前記充電装置D1、前記蓄電池S1、前記第2の変換器Pc1の状態の情報、また各種設定情報(基準電圧Vh等)を格納する記憶部(図示なし)が設けられている。
前記整流器RC1,RC2は、電流を一方向だけに流す整流作用を有する素子で、前記蓄電池S1が放電する際の横電流や逆流を防止するための整流回路であり、例えばダイオード等から構成される。前記整流器RC1は、前記蓄電池S1および前記第2の直流系統A2から前記充電装置D1への逆流を防止し、前記整流器RC2は前記第2の変換器Pc1から前記蓄電池S1および前記整流器RC1への逆流を防止する。
前記第2の変換器Pc1は前記負荷装置F1を稼働するための電力に変換する装置であり、前記第2の変換器Pc1の出力端子は負荷装置F1に接続され、前記負荷装置F1が交流電力によって稼働される場合には前記第2の変換器Pc1はDC/ACインバータとして機能し、前記負荷装置F1が直流電力によって稼働される場合には前記第2の変換器Pc1はDC/DCコンバータとして機能する。前記電力・蓄電池監視装置11から放電を停止するように放電停止指示があった場合には、前記第2の変換器Pc1をオフ制御することにより、前記蓄電池S1の放電を停止する。
前記負荷装置F1は、店舗工場、住宅等の電力を消費する装置であり、例えば照明装置や電気自動車等である。

0016

ここで、前記充電装置D1の構成・処理に関して説明を行う。
図7は本発明の第1の実施形態の充電装置から出力される電流値の制御処理を示すフローチャートである。
前記充電装置D1は、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10からの電力を前記蓄電池S1および前記第2の直流系統A2に出力制御するための電力変換装置であって、スイッチング電源の役割を担う。
前記充電装置D1は、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10からの電流が前記第1の直流系統A1から前記充電装置D1を介して前記第2の直流系統A2および前記蓄電池S1に自動的に流れるようにするために、前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧>前記第1の直流系統A1の電圧Va1>充電装置D1の最小入力電圧≧前記第2の直流系統A2の電圧Va2となるように、前記充電装置D1から出力される電流の制御を行う。第1の直流系統A1の電圧Va1が第2の直流系統A2の電圧Va2よりも高い場合(Va1>Va2)、電流は電圧の高い地点から低い地点に流れるため、第1の直流系統A1からの電流が前記充電装置D1を介して前記蓄電池S1、前記負荷装置F1に自然と流れ、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10からの電力が自動的に前記蓄電池S1に充電される。よって、自動的に前記蓄電池S1を充電することが可能となる。また前記制御を行うことで、自動的に前記蓄電池S1の放電・充電の切り替えを行うことが可能となる。
具体的には、前記充電装置D1は第1の直流系統A1の電圧Va1を監視し、(α)前記第1の直流系統A1の電圧Va1が基準電圧Vhに到達するまでは前記充電装置D1から出力される電流Id1をゼロとする、(β)前記第1の直流系統A1の電圧Va1>前記基準電圧Vhで、かつ前記第1の直流系統A1の電圧Va1の変化量ΔVa1≧0の場合は、前記充電装置D1から出力される電流Id1の値を増加させる、(γ)前記第1の直流系統A1の電圧Va1>前記基準電圧Vhで、かつ前記第1の直流系統A1の電圧Va1の変化量ΔVa1<0の場合は、前記充電装置D1から出力される電流Id1の値を減少させる、この(α)、(β)、(γ)の制御によって、前記第1の直流系統A1の電圧Va1が前記基準電圧Vh近傍(Va1≒Vh)になるように第1の直流系統A1の電圧Va1の一定制御を行う。
前記基準電圧Vhは、前記充電装置D1の最小入力電圧よりも大きい値で、かつ前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧よりも小さな値を選択する。そうすることで、前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧>前記第1の直流系統A1の電圧Va1(≒基準電圧Vh)>充電装置D1の最小入力電圧となり、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10からの電流が前記第1の直流系統A1から前記充電装置D1を介して前記第2の直流系統A2および前記蓄電池S1に自動的に流れるようになる。前記基準電圧Vhは前記電力・蓄電池監視装置11の記憶部に格納される。
さらに前記充電装置D1の最小入力電圧は前記蓄電池S1の出力電圧Vs1と同電圧か高い電圧となるように設定する。前記第2の直流系統A2の電圧Va2が前記蓄電池S1の出力電圧Vs1と近い値となるため(Va2≒Vs1)、前記充電装置D1から前記蓄電池S1および前記第2の直流系統A2に電流が流れるためには、前記充電装置D1の最小入力電圧が前記蓄電池S1の出力電圧Vs1よりも同電圧か大きい値である必要があるためである。
また前記充電装置D1は、前記電力・蓄電池監視装置11に対して前記蓄電池S1が現在充電可能な状態かどうか充電可否の問い合わせを行い、前記電力・蓄電池監視装置11からの回答によって、前記充電装置D1から電流の制御を行う。具体的には、前記電力・蓄電池監視装置11から「充電不可」として回答された場合は、前記充電装置D1から電流を出力しないように制御を行う。前記電力・蓄電池監視装置11から「充電可」として回答された場合は処理を続行する。

0017

前記充電装置D1周辺接続構成に関して説明する。
並列に接続された前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力端子からの電力線が1つにまとめられて前記充電装置D1の入力端子に接続され、前記充電装置D1の出力端子は前記整流器RC1を介して前記蓄電池S1に接続されるとともに、前記整流器RC1と前記蓄電池S1間に設けられたノードXにおいて電力線が分岐され前記整流器RC2を介して前記第2の変換器Pc1に接続される。よって、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電時および/または前記商用系統電源10の電力出力時は、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10からの電力がまとめられて前記充電装置D1に入力され、前記蓄電池S1の充電時は、前記充電装置D1から出力される電流が前記整流器RC1を介して前記蓄電池S1に充電されるとともに、ノードXで分岐されて前記整流器RC2、前記第2の変換器Pc1を介して前記負荷装置F1に供給される。そして前記蓄電池S1の放電時は、前記蓄電池S1に蓄電された電力をノードX、前記整流器RC2、前記第2の変換器Pc1を介して前記負荷装置F1に供給する。

0018

前記充電装置D1の制御処理を図7に示す。
前記充電装置D1は前記電力・蓄電池監視装置11の記憶部に格納された基準電圧Vhを取得する(S101)。
前記充電装置D1は、前記電力・蓄電池監視装置11に対して前記蓄電池S1が現在充電可能な状態かどうか充電可否の問い合わせを行う(S102)。
前記充電装置D1は、前記電力・蓄電池監視装置11から「充電可」と回答を受け取った場合はS104に進んで処理を継続し、前記電力・蓄電池監視装置11から「充電不可」と回答を受け取った場合は処理を停止し、S102に戻り、前記蓄電池S1が充電可能となるまで前記電力・蓄電池監視装置11を介して監視を行う(S103)。
前記充電装置D1は現在の第1の直流系統A1の電圧Va1を取得する(S104)。
前記充電装置D1は、現在の第1の直流系統A1の電圧Va1が基準電圧Vhと異なる場合、現在の第1の直流系統A1の電圧Va1が基準電圧Vhよりも大きいかどうか(現在の第1の直流系統A1の電圧Va1>基準電圧Vh)を判定する(S105)。
現在の第1の直流系統A1の電圧Va1が基準電圧Vhよりも小さい場合は、前記充電装置D1は前記充電装置D1から出力される電流Id1=0とし、前記充電装置D1と前記蓄電池S1間の電流の流れを遮断する(S107)。その後、S102に進む。
現在の第1の直流系統A1の電圧Va1が基準電圧Vhよりも大きい場合は、前記第1の直流系統A1の電圧Va1の変化量ΔVa1≧0かどうかを判定する(S106)。
前記第1の直流系統A1の電圧Va1の変化量ΔVa1≧0の場合は、前記充電装置D1から出力される電流Id1の値を増加させる(S108)。前記充電装置D1に入力される電力Pd1は第1の直流系統A1の電圧Va1と充電装置D1から出力される電流Id1の積(電力Pd1=電圧Va1×電流Id1)の関係にあるため、あるタイミングにおいて前記第1の直流系統A1の電力Pd1が変化しないとすれば、前記充電装置D1から出力される電流Id1を増加させると、第1の直流系統A1の電圧Va1は小さくなる。よって、現在の第1の直流系統A1の電圧Va1が基準電圧Vhよりも大きい場合は、前記充電装置D1から出力される電流Id1を増加させ、第1の直流系統A1の電圧Va1を小さくなるように制御を行う。その後、S102に進む。
前記第1の直流系統A1の電圧Va1の変化量ΔVa1<0の場合は、前記充電装置D1から出力される電流Id1の値を減少させる(S109)。その後、S102に進む。
前記蓄電池S1が90%充電されるまで繰り返し処理を行い、前記第1の直流系統A1の電圧Va1が前記基準電圧Vhに徐々に近づいていく。

0019

このように前記第1の直流系統A1の電圧Va1を第2の直流系統A2の電圧Va2よりも高い基準電圧Vhになるように前記充電装置D1から出力される電流Id1の量を制御することで、自動的に前記蓄電池S1に充電することが可能となる。

0020

さらに、前記充電装置D1から出力される電流Id1を制御することで、前記蓄電池S1の充電・放電の切替が自動で行われる。前記蓄電池S1の充電・放電の切替処理に関して説明を行う。前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2が太陽光発電装置である場合を例に挙げて説明を行う。
太陽光発電装置は太陽光の強さ(日射強度)に比例して発電するため、日の出、日の入り前後や曇り、雨等の日射強度が小さい場合は、出力される発電量が少なく電圧値も低い。さらに前記商用系統電源10が停電等で使用できない場合、前記第1の直流系統A1の電圧Va1は前記太陽光発電装置、前記商用系統電源10から発電される電圧に追従するため、前記太陽光発電装置、前記商用系統電源10の電力が少なければ前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値も小さくなる。前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値が基準電圧Vhよりも小さくなると、前記充電装置D1から出力される電流Id1は電流Id1=0に制御され、前記充電装置D1と前記ノードX間の電力のやりとりは遮断される。その場合、前記蓄電池S1に蓄電された電力は自然と前記負荷装置F1に流れるようになり、前記蓄電池S1の放電処理が開始される。
一方、太陽光発電装置の発電量が大きい場合は、前記第1の直流系統A1の電圧Va1は前記太陽光発電装置から発電される電圧に追従するため、前記太陽光発電装置からの発電量が大きければ前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値も大きくなる。よって、再生可能エネルギー発電装置の発電量が大きい場合は、前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値が基準電圧Vh以上となり、前記充電装置D1からの電流Id1が前記整流器RC1を介して前記蓄電池S1に出力されて前記蓄電池S1の充電処理が開始されるとともに、前記ノードX、前記整流器RC2、前記第2の変換器Pc1を介して前記負荷装置F1に供給される。
このように、前記充電装置D1が前記第1の直流系統A1の電圧値Va1を監視し、前記電圧値Va1と前記基準電圧Vhとを比較して前記充電装置D1から出力される電流Id1を制御することで、自然と前記蓄電池S1の充電・放電処理を切り替えることが可能となる。

0021

ここで、前記充電装置D1の充電処理に関して説明を行う。
図8は本発明の第1の実施形態の充電装置の充電処理を示すフローチャートであり、図9は本発明の第1の実施形態の充電装置の充電処理の電流の流れを示す模式図である。
再生可能エネルギー発電装置T1,T2、商用系統電源からの電力を合算した前記第1の直流系統A1の発電電力が充分に大きいとする(S201)。
第1の直流系統A1の電圧Va1が前記第1の直流系統A1の発電電力に追従して大きくなる(S202)。
第1の直流系統A1の電圧Va1>基準電圧Vhとなり、前記充電装置D1から出力される電流Id1の制御処理(図7)により、前記充電装置D1から出力される電流Id1が増加する(S203、S204)。
前記充電装置D1からの電流Id1が前記整流器RC1を介して前記蓄電池S1に出力されて前記蓄電池S1の充電処理が開始されるとともに、前記ノードX、前記整流器RC2、前記第2の変換器Pc1を介して前記負荷装置F1に供給される(S205、図9)。

0022

前記充電装置D1の放電処理に関して説明を行う。
図10は本発明の第1の実施形態の充電装置の放電処理を示すフローチャートであり、図11は本発明の第1の実施形態の充電装置の放電処理の電流の流れを示す模式図である。
再生可能エネルギー発電装置T1,T2、商用系統電源10からの電力を合算した前記第1の直流系統A1の発電電力が小さい、もしくは0とする(S301)。
第1の直流系統A1の電圧Va1が前記第1の直流系統A1の発電電力に追従して小さくなる、もしくは0となる(S302)。
第1の直流系統A1の電圧Va1≦基準電圧Vhとなり、前記充電装置D1から出力される電流Id1の制御処理(図7)により、前記充電装置D1から出力される電流Id1=0に制御され、前記充電装置D1と前記ノードX間の電力のやりとりは遮断される。(S303、S304)。
前記蓄電池S1に蓄電された電力は自然と前記負荷装置F1に向けて流れるようになり、前記蓄電池S1の放電処理が開始される。前記蓄電池S1からの電力は前記ノードX、前記整流器RC2、前記第2の変換器Pc1を介して前記負荷装置F1に供給される(S305、図11)。

0023

従来技術と比較して、本発明の電力充電供給装置1の効果を詳細に説明する。図6は従来の電力充電供給装置を示す回路構成図である。
従来の一般的な直流系統の電力充電供給装置においては、ひとつの直流系統A3にMPPT制御装置MC1,MC2、AC/DCコンバータZ1、充放電装置(1)、DC/DCコンバータ、DC/ACインバータが接続されているため、前記直流系統A3の電圧Va3は、再生可能エネルギー発電装置T1,T2の影響を受け、前記蓄電池(1)の出力電圧Vs1よりも大きくなってしまう(Va3>Vs1)。よって、前記蓄電池(1)を負荷装置(1)、(2)に対して放電する場合には、双方向のDC/DCコンバータである充放電装置(1)もしくはDC/DCコンバータである放電装置を使用して昇圧することにより、前記蓄電池(1)の電圧Vs1を前記直流系統A3の電圧Va3よりも大きく設定して、前記蓄電池(1)からの電力を前記負荷装置(1),(2)に供給する必要がある。また発電電力を蓄電池(1)に充電する充電制御や、前記蓄電地(1)からの電力を前記負荷装置(1),(2)へ供給する放電制御の切り替えを充放電装置(1)が一括して行うために充放電装置(1)の充電・放電処理の切り替えが煩雑となる。
さらに前記負荷装置(1),(2)が電気自動車等の大容量電池を搭載する負荷装置であった場合には、前記蓄電池(1)からの電力を前記負荷装置(1),(2)へ供給する際に放電装置もしくは充放電装置(図6では充放電装置(1))から短時間に大量の電力を前記負荷装置(1),(2)に供給する必要があるため、前記負荷装置(1),(2)の大容量電池に対応した放電装置もしくは充放電装置(図6では充放電装置(1))が必要となり、放電装置もしくは充放電装置が大型化してしまう。
しかし、本発明の電力充電供給装置1を使用すると、(A)発電専用の第1の直流系統A1と、負荷供給用の第2の直流系統A2を設けること、(B)前記第1の直流系統の電圧Va1を監視し、基準電圧Vhとの比較によって充電装置から出力される電流値Id1を制御すること、上述(A)、(B)を達成することにより、自然と再生可能エネルギー発電装置の発電量によって前記蓄電池S1の充電・放電処理を切り替えることが可能で、放電装置、放電処理が不要となって電力充電供給装置の小型化・低コスト化が実現できるとともに、従来技術で説明したような煩雑な充電・放電処理の切り替え制御が不要となる。

0024

図12は本発明の第1の実施形態の再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源との使用優先順位決定処理に関する模式図(前記再生可能エネルギー発電装置T1のみを使用した場合)であり、図13は本発明の第1の実施形態の再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源との使用優先順位決定処理に関する模式図(前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2を使用した場合)である。また図14は本発明の第1の実施形態の再生可能エネルギー発電装置と商用系統電源との使用優先順位決定処理に関する模式図(前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、商用系統電源を使用した場合)である。
本発明の電力充電供給装置1はさらに前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10のうち、どの装置からの電力を優先的に前記充電装置D1の入力端子に出力するのか優先順位を決めることが可能である。
具体的には、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10にそれぞれ接続されている前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧に電圧差を設けることで、前記電圧差によって自然に優先順位が決定される。前記MPPT制御装置MC1の出力開放電圧をVmc1、前記MPPT制御装置MC2の出力開放電圧をVmc2、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧をVz1とした場合、前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値よりも大きい出力開放電圧をもつ装置のみから電力が供給される。
例えば、図12において、前記MPPT制御装置MC1の出力開放電圧Vmc1=400V、前記MPPT制御装置MC2の出力開放電圧Vmc2=380V、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧Vz1=360V、前記第1の直流系統A1の電圧Va1=390V、基準電圧Vh=300Vであった場合、前記MPPT制御装置MC1の出力開放電圧Vmc1>第1の直流系統A1の電圧Va1、MPPT制御装置MC2の出力開放電圧Vmc2<第1の直流系統A1の電圧Va1およびAC/DCコンバータZ1の出力開放電圧Vz1<第1の直流系統A1の電圧Va1であるため、前記前記再生可能エネルギー発電装置T2と前記商用系統電源10からの電力は前記充電装置D1の入力端子へ出力されず、前記前記再生可能エネルギー発電装置T1の電力だけが前記充電装置D1の入力端子へ出力される。前記充電装置D1は前記第1の直流系統A1の電圧Va1を前記基準電圧Vh(=300V)近傍になるように制御を行うため、前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値は徐々に小さくなる。図13において、前記第1の直流系統A1の電圧Va1が徐々に小さくなり、Va1=370Vになった場合、前記MPPT制御装置MC1の出力開放電圧Vmc1>第1の直流系統A1の電圧Va1、MPPT制御装置MC2の出力開放電圧Vmc2>第1の直流系統A1の電圧Va1およびAC/DCコンバータZ1の出力開放電圧Vz1<第1の直流系統A1の電圧Va1であるため、前記商用系統電源10からの電力は前記充電装置D1の入力端子へ出力されず、前記前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の電力が合算されて前記充電装置D1の入力端子へ出力される。前記充電装置D1は前記第1の直流系統A1の電圧Va1を前記基準電圧Vh(=300V)近傍になるように制御を行うため、前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値はさらに小さくなる。図14において、前記第1の直流系統A1の電圧Va1がさらに小さくなり、Va1=350Vになった場合、前記MPPT制御装置MC1の出力開放電圧Vmc1>第1の直流系統A1の電圧Va1、MPPT制御装置MC2の出力開放電圧Vmc2>第1の直流系統A1の電圧Va1およびAC/DCコンバータZ1の出力開放電圧Vz1>第1の直流系統A1の電圧Va1であるため、前記前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2、前記商用系統電源10からの電力が合算されて前記充電装置D1の入力端子へ出力される。

0025

上述のように、前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1の出力開放電圧に電圧差を設けることで、出力開放電圧が大きい再生可能エネルギー発電装置の電力から自動的に使用されるため、再生可能エネルギー発電装置の運転切り替え等の複雑な制御を行うことなく再生可能エネルギー発電装置の使用優先順位を決定することができる。前記充電装置D1は前記第1の直流系統A1の電圧Va1の値を基準電圧Vhに近づけるために前記電圧Va1を徐々に小さくしていくが、その過程で前記蓄電池S1の充電率(SOC)が90%以上となった場合は、前記充電装置D1の出力端子から電流が出力しないように制御されるため、なるべく使用したくない商用系統電源10等の使用優先順位を低く(出力開放電圧Vz1を小さく)設定すれば、極力商用系統電源10等の電力を使用しないで、前記蓄電池S1を充電するとともに、前記負荷装置F1に電力を供給することが可能となる。

0026

(第2の実施の形態)
図2は、本発明を適用した第2の実施形態の電力充電供給装置を示す回路構成図である。
本発明の電力充電供給装置11は、第1の直流系統A1にさらに系統連系回路パワーコンディショナーU1等)を接続し、再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力を売買するための売買システムを搭載したもので、その他の構成は第1の実施の形態と同様であるため、同様の構成に関しては同じ符号を付して重複する説明を省略する。

0027

本発明の電力充電供給装置11は負荷装置F1の電力消費量と比較して再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力が大きい場合に、余剰の電力を前記第1の直流系統A1から電力会社の電力系統図2では商用系統電源10)に逆潮流するための系統連系回路(パワーコンディショナーU1等)を設けたものである。
前記電力・蓄電池監視装置11は、前記蓄電池S1のデータ情報(充電率(SOC)、電池温度、充電容量、蓄電池残量、セル電圧等)を監視し、前記蓄電池S1の充電制御を行うとともに、前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1、前記充電装置D1、前記蓄電池S1、前記第2の変換器Pc1の状態を監視し、前記MPPT制御装置MC1,MC2から前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力量Pt12を算出する。また前記第2の変換器Pc1から前記負荷装置F1の電力消費量Pf1を、前記蓄電池S1の状態を監視して前記蓄電池S1を約90%充電するために使用する電力量Ps1を算出する。前記発電電力量Pt12、電力消費量Pf1、電力量Ps1から余剰の電力量Prを算出し、前記余剰の電力量Prを電力会社の電力系統に逆潮流するように前記系統連系回路に逆潮流指示を行う。
前記系統連系回路は前記パワーコンディショナーU1等で構成され、前記第1の直流系統A1からの直流電流交流電流に変換し、電力会社の電力系統に送ることで売電する。前記系統連系回路の入力端子は前記第1の直流系統A1に接続され、前記系統連系回路の出力端子は商用系統電源10とAC/DCコンバータZ1間のノードYと接続される。前記系統連系回路は、前記電力・蓄電池監視装置11から逆潮流指示を受けると、前記余剰の電力量Pr分を前記第1の直流系統A1から電力会社の電力系統に送ることで売電する。

0028

このように余剰の電力を売電することによって、電力を無駄にすることなく使用することができるとともに、前記電力・蓄電池監視装置11が前記MPPT制御装置MC1,MC2、前記AC/DCコンバータZ1、前記充電装置D1、前記蓄電池S1、前記第2の変換器Pc1の状態を監視することで、前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力や前記負荷装置F1の消費電力、前記蓄電池S1の充電状態を表示することや、前記電力充電供給装置11内の電力の売買管理を行う等、HEMS、BEMSなどのスマートグリット対応も可能である。

0029

図3は本発明を適用した実施形態の再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電電力と第1の直流系統の発電電力を比較したグラフであり、図4は本発明を適用した実施形態の再生可能エネルギー発電装置T1,T2の発電量と第1の直流系統の発電量、第2の直流系統の発電量を比較したグラフである。図5は本発明を適用した実施形態の実験例を示す図(写真)である。
前記再生可能エネルギー発電装置T1,T2の具体的な実施形態として、太陽光発電装置と風力発電装置を使用した場合の発電電力を説明する。
図3上段は各時刻における太陽光発電装置の発電電力[kw]を示すグラフであり、図3中段は各時刻における風力発電装置の発電電力[kw]を示すグラフであり、図3下段は各時刻における第1の直流系統A1に供給される発電電力[kw]を示すグラグである。
図3に示されるように太陽光発電装置と風力発電装置の発電電力が合算されて第1の直流系統A1に一定の発電電力が供給されることがわかる。図3下段のグラフにおいては、6:00〜18:00の間は太陽光発電装置と風力発電装置の両方の発電電力を合算した電力が第1の直流系統に供給され、18:00以降は風力発電装置の発電電力のみが第1の直流系統に供給される。太陽光発電装置からの発電電力が少ない夜間は風力発電装置の発電電力によって電力を補う形になっている。
図4は、太陽光発電装置と風力発電装置の両方の発電電力を合算した電力が第1の直流系統に供給されると、一定の発電容量が安定確保できることを示している(平均発電が1kW)。
したがって、太平洋側地域と比較して、雨や曇りの日が多い陸地方においては、太陽光発電による発電供給が十分に賄えない場合が想定される。しかし、実験結果を基にする図3ないし図4に示すように、太陽光発電よりも風力発電からの電力を多く利用する場合(太陽光発電2.5kWで風力発電10kWの発電システムで実験)、太陽光発電よりも風力発電からの電力供給を優先すること(太陽光発電装置よりも風力発電装置の使用優先順位を高くする)で、一般家庭では、商用系統電源10からの供給を受けなくとも、電気自動車を1台接続しても停電のない本実施形態の電力充電供給装置1,11を使用することが可能となる。

0030

以上、本実施の形態は一般家庭や道のへの適用、さらに災害などで停電した時の非常用電源として有効である。

0031

1,11 本発明の電力充電供給装置、
A1 第1の直流系統、
A2 第2の直流系統、
T1,T2再生可能エネルギー発電装置、
MC1,MC2MPPT制御装置、
Z1 AC/DCコンバータ、
D1充電装置、
S1蓄電池、
Pc1 第2の変換器、
10商用系統電源、
11電力・蓄電池監視装置、
F1 負荷装置

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