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技術 直流電源システム

出願人 株式会社NTTドコモ
発明者 中村祐喜木村和明竹野和彦
出願日 2016年3月15日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2016-050857
公開日 2017年9月21日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-169304
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路
主要キーワード 整流器出力電圧 Vバス 放電開始時刻 非常電源 充電分 災害対策 直流電源システム 余剰電力量
関連する未来課題
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図面 (9)

課題

蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置余剰電力を有効活用する。

解決手段

太陽光発電装置と蓄電池と負荷とを含んだ直流電源システムにおいて、蓄電池から負荷への放電後の所定の充電期間にて太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する充電判断部15(判断部)と、蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充放電決定部13(充電制御部)と、を設けた。

概要

背景

近年、太陽光発電等の自然エネルギーの利用が注目される中で、施設及び住宅にも太陽光発電装置が設置されることが多くなってきている。現状では、太陽光発電装置が発電した直流電力は、パワーコンディショナーによって交流電力に変換されて利用されているものがほとんどである。この場合、災害などによる停電時には、パワーコンディショナーが動作しないため、太陽光発電装置が発電した直流電力は通信装置に供給されないことになる。災害時等の電源確保の観点から停電時であっても発電電力を通信装置に供給するために、直流電源システムが注目されつつある(例えば、下記特許文献1参照)。

直流電源システムは、無線基地局などに用いられることもある。図8を参照して従来の無線基地局の直流電源システムの概要について説明する。図8に示すように、従来の直流電源システム801は、太陽光発電装置803、蓄電池804、商用電源806からの交流電力を直流電力に変換して出力する整流器805、及びそれらからの直流電力(矢印AR1〜AR3)が供給される通信装置(負荷)802により構成される。太陽光発電装置803は例えば48Vバス(図8ではノードNとして概念的に示される)に直接接続され、太陽光発電装置803の発電電力が通信装置802に供給される。ここで、通信装置802の入力電圧範囲を満たす範囲で、太陽光発電装置803の出力電圧整流器出力電圧よりも高く設定することで太陽光発電装置803の発電電力を優先的に通信装置802に供給できる。

概要

蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用する。太陽光発電装置と蓄電池と負荷とを含んだ直流電源システムにおいて、蓄電池から負荷への放電後の所定の充電期間にて太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する充電判断部15(判断部)と、蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充放電決定部13(充電制御部)と、を設けた。

目的

本発明は、上述の課題を解決するために成されたものであり、蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間において前記太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する判断部と、前記判断部により蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充電制御部と、を備える直流電源システム。

請求項2

前記充電制御部は、前記整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、前記整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への前記余剰電力の充電を停止する、ことを特徴とする請求項1に記載の直流電源システム。

請求項3

前記基準SOCは、外部電力の供給が停止した非常時の非常用電源として蓄電池が確保すべき充電率であることを特徴とする請求項1又は2に記載の直流電源システム。

請求項4

太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間をn等分(nは2以上の整数)した時間枠それぞれの終了時点までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量を予め求めておき、前記時間枠それぞれの終了時点までに発生した時間毎余剰充電実績量を検出して時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っているか否かを判断する判断部と、前記判断部により時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていないと判断された場合に前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する制御を、前記時間枠それぞれについて実行する充電制御部と、を備える直流電源システム。

請求項5

前記充電制御部は、前記整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回ったとき、前記整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への前記余剰電力の充電を停止する制御を、前記時間枠それぞれについて実行する、ことを特徴とする請求項4に記載の直流電源システム。

技術分野

0001

本発明は、例えば無線基地局等において直流電力の制御を行う直流電源システムに関する。

背景技術

0002

近年、太陽光発電等の自然エネルギーの利用が注目される中で、施設及び住宅にも太陽光発電装置が設置されることが多くなってきている。現状では、太陽光発電装置が発電した直流電力は、パワーコンディショナーによって交流電力に変換されて利用されているものがほとんどである。この場合、災害などによる停電時には、パワーコンディショナーが動作しないため、太陽光発電装置が発電した直流電力は通信装置に供給されないことになる。災害時等の電源確保の観点から停電時であっても発電電力を通信装置に供給するために、直流電源システムが注目されつつある(例えば、下記特許文献1参照)。

0003

直流電源システムは、無線基地局などに用いられることもある。図8を参照して従来の無線基地局の直流電源システムの概要について説明する。図8に示すように、従来の直流電源システム801は、太陽光発電装置803、蓄電池804、商用電源806からの交流電力を直流電力に変換して出力する整流器805、及びそれらからの直流電力(矢印AR1〜AR3)が供給される通信装置(負荷)802により構成される。太陽光発電装置803は例えば48Vバス図8ではノードNとして概念的に示される)に直接接続され、太陽光発電装置803の発電電力が通信装置802に供給される。ここで、通信装置802の入力電圧範囲を満たす範囲で、太陽光発電装置803の出力電圧整流器出力電圧よりも高く設定することで太陽光発電装置803の発電電力を優先的に通信装置802に供給できる。

先行技術

0004

特開2014−42417号公報

発明が解決しようとする課題

0005

従来のように太陽光発電装置にパワーコンディショナーを用いる場合は、太陽光発電装置の発電電力が設備の負荷を上回るときに余剰電力系統逆潮流するなどして有効に活用することができるが、上述したような直流電源システムにおいては、太陽光発電装置の発電量が設備の負荷を上回るとき、余剰電力は熱として放出されてしまうので、余剰電力を有効に活用することが困難であるという課題があった。これを解決する手段として、蓄電池の充放電による太陽光発電装置の余剰電力の利用によって、従来の非常用電源用の電池残量を残しつつ余剰電力充電分だけ蓄電池の容量を増やす方法が考えられる。しかしながら、蓄電池の容量が制限される場合に太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することの検討はあまり進んでいない。

0006

本発明は、上述の課題を解決するために成されたものであり、蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の第1の態様に係る直流電源システムは、太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間において前記太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOC(State Of Charge)が予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する判断部と、前記判断部により蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充電制御部と、を備えることを特徴とする。

0008

上記の直流電源システムでは、判断部が、蓄電池から電力消費対象への放電後の所定の充電期間において太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが基準SOCを上回っているか否かを判断し、蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する。これにより、もし、充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていなければ、整流器電圧が蓄電池電圧よりも高い値に設定されて太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電されるため、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。

0009

上記の充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への余剰電力の充電を停止する構成としてもよい。この場合、太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、蓄電池への充電を円滑に停止することができる。

0010

上記の基準SOCは、外部電力の供給が停止した非常時の非常用電源として蓄電池が確保すべき充電率であってもよい。この場合、停電など災害対策に配慮しながら、比較的容量の小さい電池であっても、非常用電源を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を最大限に活用できる。

0011

本発明の第2の態様に係る直流電源システムは、太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間をn等分(nは2以上の整数)した時間枠それぞれの終了時点までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量を予め求めておき、前記時間枠それぞれの終了時点までに発生した時間毎余剰充電実績量を検出して時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っているか否かを判断する判断部と、前記判断部により時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていないと判断された場合に前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する制御を、前記時間枠それぞれについて実行する充電制御部と、を備えることを特徴とする。

0012

上記の直流電源システムでは、充電期間をn等分した時間枠それぞれにおいて、判断部が、時間枠の終了時点までに発生した時間毎余剰充電実績量を検出して時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っているか否かを判断し、時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていないと判断された場合、充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する制御を実行する。このような制御は、上記の時間枠それぞれにおいて実行される。これにより、上記の時間枠それぞれにおいて、時間毎余剰電力推定量と時間毎余剰充電実績量との間に大きな乖離があったとしても、時間枠の終了時点で時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていなければ、整流器電圧が蓄電池電圧よりも高い値に設定されて太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電される。そのため、時間毎余剰電力推定量と時間毎余剰充電実績量との間に大きな乖離があった場合でも、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。

0013

上記の充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回ったとき、整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への余剰電力の充電を停止する制御を、上記の時間枠それぞれについて実行する構成としてもよい。この場合、上記の時間枠それぞれにおいて、太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、蓄電池への充電を円滑に停止することができる。

発明の効果

0014

本発明によれば、蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。即ち、比較的容量の小さい電池であっても、非常用電源を確保しつつ発電電力を最大限に活用し、停電など災害対策に配慮しながら、電力需要削減及び蓄電池容量の最適化を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

0015

第1、第2実施形態に係る直流電源システムの構成図である。
充放電制御イメージを示す図である。
第1実施形態に係る制御部の構成図である。
制御部のハードウェア構成例を示す図である。
第1実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。
第2実施形態に係る制御部の構成図である。
第2実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。
従来の直流電源システムの概略構成を示す図である。

実施例

0016

本件の出願人は、通信設備無線通信の無線基地局等)が備える蓄電池のバックアップ能力の他に太陽光発電装置の発電電力によるバックアップ効果を推定することで、非常時に通信サービスを予め定められた一定の時間継続可能な直流電源システムを検討した。従来は太陽光発電装置と蓄電池とを備えた通信設備において、非常電源としては蓄電池のみが考慮されていたため、太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池へ充電するために、蓄電池においてSOCが所定の充電率(非常用SOC)を下回ったときに放電することは困難であった。しかし、直流電源システムにより、非常時にも蓄電池に代わって太陽光発電装置の発電電力を通信装置に供給できることを考えると、太陽光発電装置の推定余剰電力を上回らない範囲で、太陽光発電装置の余剰電力が発生する時刻図2参照:余剰電力発生時刻T0)に蓄電池を放電し終えることで、非常用バックアップ分以外に十分な容量が確保できない蓄電池であっても、従来廃棄していた太陽光発電装置の発電電力を有効に活用しつつ、停電などの非常時にも太陽光発電装置のバックアップ効果により通信サービスを予め定められた一定の時間継続することが可能となる。

0017

太陽光発電装置の余剰電力推定手法については、設置する地点予測日射量など気象データを用いて既知の発電量の推定方法を用いて、時刻毎算定し、通信負荷を上回る時間帯において、超過分を発生しうる余剰電力量とする。太陽光発電装置の余剰電力の発生する時間帯においても同様の方法で求められ、放電に要する時間については、通信装置の消費電力がおよそ一定であることを利用して、事前に算定し、放電開始時刻を定めることができる。

0018

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

0019

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る直流電源システム10の概略構成を示す図である。直流電源システム10は、商用電源6からの電力(外部電力)を利用可能に構成され、通信装置20と太陽光発電装置30と蓄電池40と整流器50とを含む。以下、個別の装置について概説する。

0020

通信装置20は、電力を受けて動作する負荷であって、無線基地局を含んで構成される。この負荷は、一般家庭またはオフィスのような負荷と比較して、特に、直流電力を消費する点及び消費電力の変動が小さくほぼ一定とみなせる点において相違する。

0021

太陽光発電装置30は、太陽光を受けてその日射量に応じた大きさの直流電力を発生する発電装置であって、ソーラーパネルなどを含んで構成される。直流電源システム10において、太陽光発電装置30は、通信装置20に供給するための電力を発生する。太陽光発電装置30は、日射量に応じた大きさの直流電力を発生する。太陽光発電装置の出力電圧(太陽光発電装置出力電圧Vpv)は、一定電圧(例えば55V)に設定されている。

0022

蓄電池40は、直流電源システム10において、太陽光発電装置30が発生した電力のうち通信装置20で消費されない電力(余剰電力)を充電する。また、蓄電池40は、放電によって通信装置20に電力を供給する。蓄電池40は、例えばリチウムイオン電池により構成される。

0023

電力線PLは、通信装置20と、太陽光発電装置30と、蓄電池40と、整流器50とを電気的に接続するバスラインである。バス電圧は、通信装置20の定格電圧(例えば57V)を超えない電圧(例えば48V)となるように制御される。電力線PLは、電力線PL1と、電力線PL2とを含む。電力線PL1は、通信装置20及び太陽光発電装置30と、後述の整流器50の端子Tbとを接続する部分である。電力線PL2は、蓄電池40と、後述の整流器50の端子Tcとを接続する部分である。なお、端子Tb、通信装置20及び太陽光発電装置30の接続点が、ノードN1として図示される。

0024

整流器50は、交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置である。直流電源システム10において、整流器50は、通信装置20及び蓄電池40に電気的に接続され、商用電源6(外部電源)からの交流電力を直流電力に変換し、通信装置20及び蓄電池40に向かって出力する。整流器50は、端子Ta〜Tcと、整流部51と、制御部53と、電流センサ56a、56bと、電流検出部56と、電圧センサ57aと、電圧検出部57と、リレーRLとを含む。

0025

端子Taは、交流電力が入力される入力端子であり、商用電源6に接続される。端子Tbは、直流電力が入力されまたは直流電力を出力する入出力端子であり、通信装置20及び太陽光発電装置30に接続される。端子Tcも、端子Tbと同様に、入出力端子であり、蓄電池40に接続される。これにより、通信装置20と、太陽光発電装置30と、蓄電池40とは、電力線PL、端子Tb,Tc及びリレーRLを介して電気的に接続される。なお、リレーRLは、蓄電池40の過充電を防止する等のために開状態とされるものであって、通常は閉状態導通状態)とされる。なお、後述する制御動作において蓄電池40への充電を停止する場合に、リレーRLを開状態とすることで蓄電池40への充電を停止してもよい。

0026

整流部51は、端子Taに入力された交流電力を直流電力に変換する。整流部51は、例えば、整流回路及び電圧変換回路昇圧回路または降圧回路)などを組み合わせて構成される。整流部51から出力される直流電力の電圧は、整流器50の出力電圧(整流器出力電圧Vrc)であり、整流部51を構成する回路を制御することによって調節可能である。

0027

制御部53は、整流器50に含まれる要素、とくに整流部51を制御することによって直流電源システム10を制御する。制御部53による整流部51の制御は、例えば制御信号を用いて行われる。

0028

制御部53は、直流電源システム10を制御する部分であり、特に、制御部53は蓄電池40の充電及び放電を制御する。蓄電池40の充電及び放電は、整流部51を制御して整流器出力電圧Vrcを調節することによって行われる。整流器出力電圧Vrcを調節することによって、制御部53は、蓄電池40を強制的に充電し、あるいは、強制的に放電させることができる。また、制御部53は、整流器出力電圧Vrcを調節することによって、蓄電池40の充電電流値及び放電電流値を制御することもできる。なお、制御部53は、上記のような制御に必要な種々の情報(例えば後述の充電期間終了時刻T2等)を記憶している。

0029

電流検出部56は、例えば、電流センサ56aを用いて、整流部51とノードN2との間を流れる電流を検出する。ノードN2は、整流部51、端子Tb及びリレーRL(リレーRLが閉状態のときは端子Tc)の接続ノードである。また、電流検出部56は、電流センサ56bを用いて、ノードN2と端子Tbとの間を流れる電流を検出する。例えば、電流センサ56aと電流センサ56bとを流れる電流の差分に基づいて、蓄電池40が充電状態であるか放電状態であるかの判断、及び蓄電池40の充放電電流の測定などが行われてもよい。

0030

電圧検出部57は、整流部51と端子Tbとの間の電圧を、電圧センサ57aを用いて検出する。この電圧は、例えば電力線PLの電圧であり、バス電圧でもある。例えば、バス電圧に基づいて、蓄電池40のSOCが検出されてもよく、さらに電流検出部56による蓄電池40の充放電電流の測定値を考慮して蓄電池40のSOCが検出されてもよい。あるいは、蓄電池40の充放電履歴に基づいて蓄電池40のSOCが検出されてもよい。

0031

以下、図3を用いて制御部53の機能ブロック構成について説明する。図3に示すように、制御部53は、余剰充電量管理部11と、放電開始時刻計算部12と、充放電決定部13と、時刻管理部14と、充電判断部15と、を含んで構成される。

0032

次に、制御部53の各部の概要を説明する。余剰充電量管理部11は、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T0(図2参照)を導出し、それらを放電開始時刻計算部12に通知する。なお、余剰充電量管理部11による余剰電力量及び余剰電力発生時刻の導出は、予め算出し記憶していたものを読み出してもよいし、算出してもよい。これらの算出方法は公知の手法を用いても良い。放電開始時刻計算部12は、後述の計算式から放電開始時刻T1(図2参照)を求める。時刻管理部14は、現在の時刻情報Tを管理する。充電判断部15は、所定の時刻(例えば図2の充電期間終了時刻T2等)に、電池からの情報である現在のSOCが非常用SOC0を上回っているか否かを判断し、判断結果を充放電決定部13へ出力する。ここでの判断結果は例えば0又は1により表されるフラグであってもよい。なお、上記の「充電期間終了時刻T2」(図2参照)は、余剰電力が発生しなくなる時刻を余剰充電量管理部11の情報をもとに予め定めた時刻であり、例えば充電判断部15により予め記憶されている。充放電決定部13は、充電判断部15による判断結果に応じて蓄電池40の放電又は充電の制御を行う。その詳細は、図5を用いて詳述する。

0033

ここで、図4を参照して、制御部53のハードウェア構成の一例について説明する。図4に示されるように、制御部53は、物理的には、1つまたは複数のCPU(Central Processing unit)53A、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)53B及びROM(Read Only Memory)53C、データ送受信デバイスである通信モジュール53D、半導体メモリなどの補助記憶装置53E、操作盤(操作ボタンを含む)やタッチパネルなどのユーザの入力を受け付け入力装置53F、ディスプレイなどの出力装置53Gなどのハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。制御部53の機能は、例えば、CPU53A、RAM53Bなどのハードウェア上に1つまたは複数の所定のコンピュータソフトウェアプログラム)を読み込ませることにより、CPU53Aの制御のもとで通信モジュール53D、入力装置53F、出力装置53Gを動作させるとともに、RAM53B、ROM53C及び補助記憶装置53Eにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現することができる。

0034

次に、制御部53によって実行される制御処理について、図5を参照して説明する。図5は制御部53によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。

0035

余剰充電量管理部11は、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T0を放電開始時刻T1よりも前に導出し(ステップS1)、放電開始時刻計算部12に通知する。

0036

放電開始時刻計算部12は、通知された余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T0、電池の満充電容量FCC、電流検出部56により検出された電流値I、電圧検出部57により検出された電圧値V、並びに、蓄電池40からの情報である現在の電池残量Qを、一例として以下の所定の計算式(1)に代入することで放電開始時刻T1を求める(ステップS2)。ここで求めた放電開始時刻T1、及び上記の余剰電力発生時刻T0は充放電決定部13へ通知される。
T1=T0+(FCC−Q−P)/IV (1)

0037

その後、時刻管理部14から通知される現在時刻Tが放電開始時刻T1になると(ステップS3でYES判定)、充放電決定部13は、整流器50の整流部51に整流器電圧を蓄電池40の電圧より十分に低いVDに下げるよう指令する(ステップS4)。これにより、蓄電池40からの放電を行う。

0038

その後、時刻管理部14から通知される現在時刻Tが余剰電力発生時刻T0になると(ステップS5でYES判定)、充放電決定部13は、整流器50の整流部51に整流器電圧を蓄電池40の電圧相当のVNに上げるよう指令する(ステップS6)。これにより、太陽光発電装置の出力電圧が整流器や蓄電池電圧に比べて十分高いことを利用して、太陽光発電装置30の余剰電力が蓄電池40に充電開始される。このような充電は、時刻管理部14から通知される現在時刻Tが充電期間終了時刻T2になるまで(ステップS7でYES判定となるまで)、継続される(図2参照)。

0039

そして、時刻管理部14から通知される現在時刻Tが充電期間終了時刻T2になると(ステップS7でYES判定)、充電判断部15は、蓄電池40からの情報である現在のSOCが非常用SOC0を上回っているか否かを判断し(ステップS8)、判断結果(例えばYES又はNOを示すフラグ)を充放電決定部13へ出力する。

0040

ステップS8で、現在のSOCが非常用SOC0を上回っていない場合(ステップS8でNO判定)、その旨の判断結果を受信した充放電決定部13は、停電時に予め定められた一定の時間通信サービスを継続することが困難な可能性あるため、整流器50の整流部51に、整流器電圧を蓄電池40の電圧より十分に高いVUに上げるよう指令する(ステップS9)。これにより、太陽光発電装置30の余剰電力が蓄電池40にさらに充電される。

0041

その後、SOCがSOC0を上回ると(ステップS10でYES判定)、その旨の判断結果を受信した充放電決定部13は、整流器50の整流部51に、整流器電圧を蓄電池40の電圧相当のVNに下げるよう指令して(ステップS11)、処理を終了する。

0042

なお、ステップS8でYES判定の場合、即ち、現在のSOCが非常用SOC0を上回っている場合は、蓄電池40への更なる充電は不要なので、処理を終了する。以後は、翌日の放電指令に備えて待機状態とされる。

0043

ここで数値例を挙げて図5の処理概要を述べると、例えば、太陽光発電装置の出力電圧を55V、太陽光発電装置の余剰電力量を100Wh、電池の満充電容量を200Wh、電池残量を150Wh、電流センサが取得する電流値を0.5A、電圧センサが取得する電圧値を50V、余剰電力発生時刻を8:00、充電期間終了時刻を16:00とすると、放電開始時刻は6:00と求められる。現在時刻が放電開始時刻6:00になると整流器電圧は電池電圧よりも十分に低い41Vに設定され、蓄電池は放電を開始する。その後、余剰電力発生時刻になると、整流器電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定され、充電期間終了時刻までの間、維持される。その後、充電期間終了時刻になったとき、もし当該時点の蓄電池のSOCが30%で、非常用SOCの40%を上回らなかったとすると、整流器電圧は電池電圧よりも十分に高い54Vに設定され、電池のSOCが非常用SOCの40%を上回るまで、蓄電池は充電される。このような蓄電池の充電が完了すると、電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定され、その後、翌日の放電指令に備えて待機状態とされる。

0044

以上説明した第1実施形態によれば、太陽光発電装置の発電電力をバックアップ電源として活用することで、比較的容量の小さい電池でも、非常用電源を確保しつつ発電電力を最大限に活用することができる。具体的には、充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていなければ、整流器電圧が蓄電池電圧よりも高い値に設定されて太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電されるため、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。その後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への余剰電力の充電を停止する。このように蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、蓄電池への充電を円滑に停止することができる。また、基準SOCとして、外部電力の供給が停止した非常時の非常用電源として蓄電池が確保すべき充電率を採用したことで、停電など災害対策に配慮しながら、比較的容量の小さい電池であっても、非常用電源を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を最大限に活用できる。

0045

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態では、図1の直流電源システムの構成は第1実施形態と同様であり、制御部の機能ブロック構成及び制御部による制御処理内容が第1実施形態とは異なるため、以下、これらの点について説明する。

0046

図6には、第2実施形態の制御部53Sの機能ブロック構成を示す。図6に示すように、制御部53Sは、時間毎余剰充電量管理部21と、放電開始時刻計算部22と、充放電決定部23と、時刻管理部24と、電池残量管理部25と、を含んで構成される。

0047

次に、制御部53Sの各部の概要を説明する。時間毎余剰充電量管理部21は、余剰電力量P、余剰電力発生時刻T0を導出するとともに、余剰電力発生時刻T0から充電期間終了時刻T2までの期間をn等分した時間枠それぞれについて該時間枠の終了時刻までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量P1、P2、…、Pnを導出する。また、時間毎余剰充電量管理部21は、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T0を放電開始時刻計算部22に通知するとともに、時間毎余剰電力推定量P1、P2、…、Pnを電池残量管理部25に通知する。なお、時間毎余剰充電量管理部21による導出は、予め算出し記憶していたものを読み出してもよいし、算出してもよい。これらの算出方法は公知の手法を用いても良い。

0048

放電開始時刻計算部22は、第1実施形態と同様の計算式から放電開始時刻T1を求める。時刻管理部24は、現在の時刻情報Tを管理する。電池残量管理部25は、所定の時刻(例えば余剰電力発生時刻T0から充電期間終了時刻T2までの期間をn等分した時間枠それぞれの終了時刻等)に、該当時刻までの余剰電力充電量である時間毎余剰充電実績量P’kを検出して時間毎余剰充電実績量P’kが時間毎余剰電力推定量Pkを上回っているか否かを判断し、判断結果を充放電決定部23へ出力する。ここでの判断結果は例えば0又は1により表されるフラグであってもよい。なお、上記の「充電期間終了時刻T2」は、余剰電力が発生しなくなる時刻を時間毎余剰充電量管理部21の情報をもとに予め定めた時刻であり、例えば電池残量管理部25及び時間毎余剰充電量管理部21により予め記憶されている。充放電決定部23は、電池残量管理部25による判断結果に応じて蓄電池40の放電又は充電の制御を行う。その詳細は、以下、図7を用いて詳述する。

0049

次に、制御部53Sによって実行される制御処理について、図7を参照して説明する。図7は制御部53Sによって実行される処理の一例を示すフローチャートである。

0050

まず、初期設定処理として処理回数カウンタkが1に初期設定される(ステップS21)。時間毎余剰充電量管理部21は、余剰電力量P、余剰電力発生時刻T0、余剰電力発生時刻T0から充電期間終了時刻T2までの期間をn等分した時間枠それぞれについて該時間枠の終了時刻までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量P1、P2、…、Pnを導出し(ステップS22)、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T0を放電開始時刻計算部22に通知するとともに、時間毎余剰電力推定量P1、P2、…、Pnを電池残量管理部25に通知する。

0051

放電開始時刻計算部22は、通知された余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T0、電池の満充電容量FCC、電流検出部56により検出された電流値I、電圧検出部57により検出された電圧値V、並びに、蓄電池40からの情報である現在の電池残量Qを、一例として第1実施形態と同様の以下の計算式(1)に代入することで放電開始時刻T1を求める(ステップS23)。ここで求めた放電開始時刻T1、及び余剰電力発生時刻T0は充放電決定部23へ通知される。
T1=T0+(FCC−Q−P)/IV (1)

0052

その後、時刻管理部24から通知される現在時刻Tが放電開始時刻T1になると(ステップS24でYES判定)、充放電決定部23は、整流器50の整流部51に整流器電圧を蓄電池40の電圧より十分に低いVDに下げるよう指令する(ステップS25)。これにより、蓄電池40からの放電を行う。

0053

その後、時刻管理部24から通知される現在時刻Tが余剰電力発生時刻T0になると(ステップS26でYES判定)、充放電決定部23は、整流器50の整流部51に整流器電圧を蓄電池40の電圧相当のVNに上げるよう指令する(ステップS27)。これにより、太陽光発電装置の出力電圧が整流器や蓄電池電圧に比べて十分高いことを利用して、太陽光発電装置30の余剰電力が蓄電池40に充電開始される。

0054

その後、余剰電力発生時刻T0から充電期間終了時刻T2までの期間をn等分した時間枠のうちk番目(最初は1番目)の時間枠の終了時刻に、電池残量管理部25は、その時点までの余剰電力充電量である時間毎余剰充電実績量P’kを検出して時間毎余剰充電実績量P’kが時間毎余剰電力推定量Pkを上回っているか否かを判断し(ステップS28)、判断結果を充放電決定部23へ出力する。

0055

ここで、時間毎余剰充電実績量P’kが時間毎余剰電力推定量Pkを上回っていない場合(ステップS28でNO判定)、その旨の判断結果を受信した充放電決定部23は、停電時に通信サービスを予め定められた一定の時間継続することが困難である可能性があるため、整流器50の整流部51に、整流器電圧を蓄電池40の電圧より十分に高いVUに上げるよう指令する(ステップS29)。これにより、太陽光発電装置30の余剰電力が蓄電池40にさらに充電される。

0056

その後、その時点までの時間毎余剰充電実績量P’kが時間毎余剰電力推定量Pkを上回ると(ステップS30でYES判定)、その旨の判断結果を受信した充放電決定部23は、整流器50の整流部51に、整流器電圧を蓄電池40の電圧相当のVNに下げるよう指令する(ステップS31)。これにより、蓄電池への充電は停止される。

0057

そして、ステップS28でYES判定された後、当該時間枠(最初の時間枠)の終了時刻は既に経過しているため(ステップS32でYES)、ステップS33へ進み、処理回数カウンタkがnに等しい(即ち、n等分した時間枠すべてについて処理を終えた)か否かが判断される。

0058

処理回数カウンタkがnに等しくない(即ち、n等分した時間枠すべてについては未だ処理を終えていない)場合は、処理回数カウンタkが1つカウントアップされ(ステップS34)、その後、ステップS28へ戻り、上記n等分した時間枠におけるk番目の時間枠(即ち、次の時間枠)について処理が実行される。以後、上記n等分した時間枠それぞれについて処理が繰り返し実行される。

0059

そして、上記n等分した時間枠における最後のn番目の時間枠について処理が実行完了すると、ステップS33で処理回数カウンタkがnに等しいと判断され、図7の処理を終了する。以後は、翌日の放電指令に備えて待機状態とされる。

0060

ここで数値例を挙げて図7の処理概要を述べると、例えば、太陽光発電装置の出力電圧を55V、太陽光発電装置の余剰電力量を100Wh、電池の満充電容量を200Wh、電池残量を150Wh、n等分(ここでは一例として「4等分」)した場合の時間毎余剰電力推定量につきP1=10Wh、P2=50Wh、P3=90Wh、P4=100Wh、電流センサが取得する電流値を0.5A、電圧センサが取得する電圧値を50V、余剰電力発生時刻を8:00、充電期間終了時刻を16:00とすると、放電開始時刻は6:00と求められる。なお、余剰電力発生時刻T0から充電期間終了時刻T2までの期間をn等分(4等分)した時間枠は、8:00〜10:00、10:00〜12:00、12:00〜14:00、14:00〜16:00の4つの時間枠となる。

0061

現在時刻が放電開始時刻6:00になると、整流器電圧は電池電圧よりも十分に低い41Vに設定され、蓄電池は放電を開始する。その後、余剰電力発生時刻になると、整流器電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定される。

0062

そして、上記時間枠のうち最初の時間枠の終了時刻(10:00)になると、時間毎余剰充電実績量P’kが時間毎余剰電力推定量Pkを上回っているか否かが判断されるが、ここで例えば時間毎余剰充電実績量P’1が11Whの場合、時間毎余剰充電実績量P’1は該当時点の時間毎余剰電力推定量P1=10Whを上回っているため、現在の状態が継続される。

0063

その後、上記時間枠のうち次の時間枠の終了時刻(12:00)になり、その時点での時間毎余剰充電実績量P’2が49Whである場合には、時間毎余剰充電実績量P’2は該当時点の時間毎余剰電力推定量P2=50Whを上回っていないため、整流器電圧は電池電圧よりも十分に高い54Vに設定されることで、蓄電池40には、時間毎余剰充電実績量P’2と時間毎余剰電力推定量P2との差分である1Whより多くの直流電力が充電される。そして、電池の充電が完了すると、整流器電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定され、蓄電池への充電は停止される。

0064

以上のような制御は、上記時間枠のうち最後の時間枠まで繰り返し行われる。なお、図7の処理では、ステップS32の時刻判断よりも先にステップS28の判断が実行されるため、最後の時間枠の終了時刻(16:00)になったときも、先にステップS28の判断が実行され、その判断結果に応じてステップS29〜S31の処理が実行される。

0065

以上のような第2実施形態により、時間毎余剰電力推定量と時間毎余剰充電実績量との間に大きな乖離があった場合でも、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。即ち、比較的容量の小さい電池であっても、太陽光発電装置の発電電力を活用した非常用電源を確保しつつ発電電力を最大限に活用することができる。

0066

[変形例について]
続いて、本発明に係る変形例について説明する。上記の実施形態は蓄電池の充放電制御に関して述べたものであったが、無線基地局に蓄電池の充放電制御装置が設けられている場合には、整流器電圧の制御ではなく、蓄電池の充放電制御により充電、放電及び待機を実施しても良い。

0067

また、上記の実施形態は,整流器の内部に,制御部、電流センサ及び電圧センサを備えるものであったが、制御部、電流センサ及び電圧センサは整流器の外部に設置しても良い。

0068

また、上記の実施形態は、無線基地局に直流電力を供給する直流電源システムにおいて太陽光発電装置の余剰電力を有効活用するというものであったが、電力供給の対象(負荷)としては無線基地局に限定しなくても良い。

0069

6…商用電源、10…直流電源システム、11…余剰充電量管理部、12、22…放電開始時刻計算部、13、23…充放電決定部(充電制御部)、14、24…時刻管理部、15…充電判断部(判断部)、20…通信装置(電力消費対象)、21…時間毎余剰充電量管理部、25…電池残量管理部(判断部)、30…太陽光発電装置、40…蓄電池、50…整流器、51…整流部、53、53S…制御部、53A…CPU、53B…RAM、53C…ROM、53D…通信モジュール、53E…補助記憶装置、53F…入力装置、53G…出力装置、56…電流検出部、56a、56b…電流センサ、57…電圧検出部、57a…電圧センサ。

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