JP2021103909A - 蓄電池ユニット、蓄電池装置及びハイブリッド式電源システム - Google Patents

蓄電池ユニット、蓄電池装置及びハイブリッド式電源システム Download PDF

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Abstract

【課題】各ユニット間の電気的な接続作業に相当な労力と時間とを要することなしに、誤配線のリスクを軽減できる蓄電池ユニットを提供することにある。【解決手段】パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニットであって、筐体と、直流電力を蓄える蓄電池と、蓄電池の充放電を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、筐体は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータを含まない構成とした上で、蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバータとを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニット、及び該蓄電池ユニットを複数備えた蓄電池装置、及び該蓄電池装置を備えたハイブリッド式電源システムに関する。
地球環境保護の観点から環境への影響の少ない太陽電池、燃料電池等による分散型電源システムの開発が盛んに進められている。このような分散型電源システムでは、太陽電池等によって発電した直流電力を、電力変換器としてのＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータ等を備えるパワーコンディショナによって商用周波数の交流電力に変換し、商用電力系統と連系して負荷に供給するとともに、余剰電力を商用電力系統に逆潮流することが行われている（例えば特許文献１参照）。また、この電源システムでは、蓄電ユニットを追加配備させ、これに余剰電力を供給して発電電力を有効活用させるシステム（以下、ハイブリッド式電源システム）も広く知られている。
近時、ＦＩＴ制度の終期を迎えるにあたり、新たな地域活用電源の枠組みが模索されている。特に、災害時の電源確保対策としては、レジリエンス強化に資する需給一体型のモデル構築が課題とされ、電源供給の安定化を図る取組みが必要とされている。かかる要請を背景に、ハイブリッド式電源システムにあっては、蓄電池が格納された蓄電池ユニットを増設させて、自家消費に関して利用時間を十分に確保するニーズが高まっている。
これに関連する分散型電源システムとしては、蓄電池ユニット、蓄電池ユニットからの出力電圧を昇圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを含む双方向ＤＣＤＣコンバータユニット及び家庭用の交流電力に変換するインバータを含むインバータユニット（パワーコンディショナ）の３種類のユニットを繋ぎ合わせる三体式のシステムが検討されていた（特許文献２参照）。
特開２００１−１６１０３２号公報 特開平１１−１６３５４５号公報
しかしながら、上述した３種類のユニットにより構成されたハイブリッド型の分散型電源システムでは、コンバータユニットとバッテリユニットが別体なので、１個の蓄電池ユニットを増設するにあたりコンバータユニットを２個増設する必要がある。従って、かかるハイブリッド式電源システムでは、各ユニットのレイアウトが複雑化するとともに、各ユニット間の電気的な接続作業が複雑化して設置構造上及び施工上の問題が顕著となり、その結果、大幅なコストの上昇を招いてしまうという問題が生じていた。
また、配線用ケーブルを用いて各ユニット間を電気的に接続する必要があり、ユニット数が増加すると、配線用ケーブルの本数も増加するので、配線の複雑化を招き誤配線のリスクが大きくなるという問題が生じていた。
さらに、蓄電池ユニット数を増加すると、パワーコンディショナと各蓄電池ユニットとを接続する配線用ケーブルが長くなってしまい、配線による電気的な損失が大きくなるとともに、配線におけるノイズに起因する誤動作が生じるという問題が生じていた。例えば、配線用ケーブルにおいて、仮に１本あたり０．１オーム、定格電流が５０アンペアであると仮定すると、配線用ケーブルを１本増設する毎に、２５０ワットの損失を招くこととなる。
特に、蓄電池ユニットと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの間を電気的に接続する配線用ケーブルが長くなると、蓄電池ユニットが放電動作を行うときには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力電圧がその配線用ケーブルによる電圧降下により大きく低下してしまう。このため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの効率低下や電池（バッテリ）の放電時の許容電流を越えてしまうと（過電流保護機能が働くと）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータでは、要求値に従った出力電圧を出力できなくなり、強いてはインバータに必要な電力を供給できなくなるという問題が生じていた。
上述したような問題は、蓄電池ユニットの数を増やせば増やすほど、これに応じてより深刻な問題となる。
本発明の目的は上記の問題点を解決し、各ユニット間の電気的な接続作業の簡素化での施工費用の削減及び誤配線のリスクを軽減できる蓄電池ユニット、蓄電池装置及びハイブリッド式電源システムを提供することにある。
本発明に係る蓄電池ユニットは、パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニットであって、直流電力を蓄える蓄電池と、蓄電池から放電される直流電力の電圧を変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータを含まないことを特徴としている。
この発明の蓄電池ユニットでは、ＤＣ／ＡＣインバータを含まないので、蓄電池ユニットをコンパクト及び軽量化することができ、蓄電池ユニットを増設する現場の作業者が、メインの蓄電池ユニットに対して取り付け及び取り外しを容易に行うことが可能となる。
別の局面では、本発明の蓄電池装置は、上述の蓄電池ユニットを複数有する蓄電池装置であって、各ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ隣接して配置されることを特徴としている。
この発明の蓄電池装置では、増設用の蓄電池ユニットは、メインの蓄電池ユニットに対して並べて配置（連接）することができる。同様に、３個以上の増設用の蓄電池ユニットをメインの蓄電池ユニットに対して並べて配置（連接）することができる。この構成により、蓄電池ユニットの交換及び増設作業が簡単になるという利点を有する。すなわち、各ユニットのレイアウトを従来と比較すると単純化することができ、各ユニット間の電気的な接続作業に構造上及び施工上の問題が生じず、その結果、大幅なコストの削減をすることが可能となる。
また、別の局面では、上述の蓄電池装置を有するハイブリッド式電源システムであって、各ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ直列接続され、パワーコンディショナは、後段のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータを含むことを特徴としている。
この発明のハイブリッド式電源システムでは、パワーコンディショナと各蓄電池ユニットとをそれぞれ接続する必要がなく、各蓄電池ユニット内の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ同士を直列接続することができるので、配線用ケーブルを短くすることが可能となり、配線による電気的な損失を低減できるとともに配線におけるノイズに起因する誤動作を抑制することが可能となる。
また、蓄電池ユニットと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの間を電気的に接続する配線用ケーブルを短くすることができるので、蓄電池ユニットが放電動作を行うときには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力電圧がその配線用ケーブルによる電圧降下により大きく低下し、蓄電池（バッテリ）の放電時の許容電流を越え過電流保護機能が働いて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが要求値に従った出力電圧を出力するという問題を軽減することができ、インバータに必要な電力を供給することが可能となる。
一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、パワーコンディショナはさらに第１制御部を有し、記各蓄電池ユニットはさらに第２制御部をそれぞれ有し、各第２制御部は、各蓄電池ユニットの蓄電池の電圧値を計測して充電率（ＳＯＣ）をそれぞれ算出して第１制御部にそれぞれ送信し、第１制御部は、各蓄電池の充電率（ＳＯＣ）に基づいて、後段のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が所定の電圧となるように、各蓄電池の充放電を制御する制御信号を各第２制御部に対してそれぞれ生成することを特徴としている。
ここで、「後段のＤＣ／ＤＣコンバータ」とはパワーコンディショナに最も近い位置に配置されるＤＣ／ＤＣコンバータのことを指し、「前段のＤＣ／ＤＣコンバータ」とはパワーコンディショナに最も遠い位置に配置されるＤＣ／ＤＣコンバータのことを指す。
この一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、蓄電池ユニット内の蓄電池の出力電圧を昇圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを各蓄電池ごとに設けるように構成されるので、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが要求値に従った出力電圧を出力することができ、インバータに必要な電力を供給することが可能となる。
一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、第１制御部は、第２制御部の位置を示すアドレス情報に基づいて、各第２制御部と通信することを特徴としている。
この一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、第１制御部は各蓄電池に対応する第２制御部と正確に通信することができるので、第１制御部は各蓄電池の充電率を入手することができる。従って、第１制御部は各蓄電池の充放電を正確に制御する制御信号を生成することができるので、インバータに必要な電力を正確に供給することが可能となる。
本発明に係る分散型電源システムによれば、各ユニット間の電気的な接続作業の簡素化での施工費用の削減及び誤配線のリスクを軽減することができる。
本発明の実施形態に係るハイブリッド式電源システム１の構成要素を示すブロック図である。 図１の蓄電池ユニット３Ａの斜視図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態１．
本実施形態に係るハイブリッド式電源システム１などの太陽光発電システム（分散型電源システム）等においては、該システム設置後、電源システムのバックアップ機能を充実させる為、ハイブリッド式電源システムにおける電池容量の増大を希望することが予想される。この場合、既存のハイブリッド式電源システムに対して、蓄電池を増設させる対策が考えられる。しかしながら、蓄電池ユニットを増設させると、電池容量や使用状態（蓄電池の健全性（劣化状態）を示すＳＯＨ（State of Health）や蓄電池の充電率を示すＳＯＣ（States Of Charge））等が異なる蓄電池の性能（スペック）を十分に発揮させるためには、１個の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによってすべての蓄電池を制御することは不可能である。これに対して、本実施形態に係るハイブリッド式電源システム１では、各々の蓄電池に対して設けられた双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにより個別に制御することができるので、各蓄電池の電池容量や使用状態（蓄電池３３のＳＯＨやＳＯＣ）に応じたスイッチング制御をそれぞれ行うことが可能となるので、各々の蓄電池の性能（スペック）を十分に発揮させることが可能となる。
ここで、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃに含まれる各蓄電池３３にかかる電圧値は各蓄電池３３の劣化の度合い又は充電率等の条件によって異なる。例えば、使用回数、使用頻度又は設置環境等の違いにより、蓄電池３３の劣化の度合いに差が生じこの劣化の度合いに応じて蓄電池３３の充電容量及び放電容量に差が生じる。従って、例えば、満充電又は空の状態における蓄電池３３にかかる電圧値は異なる。ここで、ＳＯＨは、劣化時の満充電容量の初期の満充電容量に対する比（％）で表される。また、各蓄電池３３の充電容量は同一であっても、充電量が異なる場合には、各蓄電池３３にかかる電圧値が異なる。ここで、ＳＯＣは、満充電容量に対する現在の充電量の比（％）で表される。
本実施形態では、既設のハイブリッドの分散型電源システムとしての一部として蓄電池ユニット３Ａが設置されており、設置者が後に電池容量をさらに２個増設したいと考え、それに伴い、作業者が２個の蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃを増設したことを例として説明する。なお、本実施形態では、２個を増設したとして説明したが、本発明はこれに限定されず、３個以上増設したとしてもよい。また、本発明では、蓄電池ユニット内に蓄電池からの出力電圧を変圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの数を蓄電池ユニット数の増加に伴って増加させるとともに、各蓄電池ユニット内の蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータを各蓄電池ユニット内に設けるのではなく、別のユニット内に１つだけ設けそれを各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの制御について共有化することを特徴としている。以下に図１及び図２を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るハイブリッド式電源システム１の構成要素を示すブロック図である。図１のハイブリッド式電源システム１は、太陽光から電力に変換させるＰＶ（太陽電池）４と、電力を負荷６に供給するように制御するＰＣＳ（パワーコンディショナ）２と、該ＰＣＳ２に対して外部端子３４を介して電気的に接続されるメインの蓄電池ユニットとなる蓄電池ユニット３Ａと、該蓄電池ユニット３Ａに対して直列接続された増設用の蓄電池ユニットとなる蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃと、増設用の蓄電池ユニットの位置を示すアドレス情報を入力する例えばタッチパネルや操作ボタンなどの入力機構２６と、外部商用電源である系統電源７及び家庭用機器や産業用機器等の負荷６（以下、単に負荷という）の相互間の電気的接続をそれぞれオンオフ切り替え可能なように構成された分電盤５とを備えて構成される。ここで、複数の蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃにより蓄電池装置を構成し（以下に、ＰＣＳ２に最も近い蓄電池ユニット３Ａを後段の蓄電池ユニットと、最も遠い蓄電池ユニット３Ｃを前段の蓄電池ユニットと記す。）、該蓄電池装置は、ＰＣＳ２を介して、外部商用電源である系統電源７及び太陽電池（ＰＶ）４に接続され、系統電源７またはＰＶ４から供給される電力を蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃに蓄電（充電）する。また、蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃに蓄えられた電力は、ＰＣＳ２の外部端子２５を介して分電盤５に入力され負荷６に供給される。
図１のＰＣＳ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１とＤＣ／ＡＣインバータ２２とを電気的に接続するＤＣリンク線ＤＣＬと、例えばマイクロプロセッサ等のハードウェアを用いて実現されるＰＣＳ制御部２０とを備えて構成される。ここで、ＰＣＳ２は、ＰＶ４で発電された電力や系統電源７から供給された電力を蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃに充電するように制御したり、ＰＶ４で発電された電力や蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃに蓄えられた電力を、分電盤５を介して負荷６に供給するように制御するパワーコンディショナである。尚、ＰＣＳ２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、ＤＣ／ＡＣインバータ２２、ＤＣリンク線ＤＣＬ、ＰＣＳ制御部２０などのコンポーネントを内蔵する筐体が設けられている。この筐体には、後述する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が内蔵されることがない。さらに、この筐体には、後述する蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃに内蔵されていないＤＣ／ＡＣインバータ２２が配備される。即ち、かかるＤＣ／ＡＣインバータ２２は、この電源システム１の構成において、ＰＣＳ２の筐体にのみに内蔵されている。
ここで、ＰＣＳ制御部２０は、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各制御部３１から各蓄電池３３に関する情報を取得し、この情報に基づいて、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御する制御信号を生成して各制御部３１に送信する。なお、メインの蓄電池ユニット３Ａの位置を示すアドレス情報や増設により追加された蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃのそれぞれのアドレス情報については、設置作業者により入力機構２６を介して入力される。これにより、ＰＣＳ制御部２０は、増設された蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃの各制御部３１に対して通信することができ各蓄電池３３に関する情報を入手することが可能となる。なお、本実施形態では、各蓄電池ユニットのアドレス情報を作業者による手入力により取得するように構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、増設した蓄電池ユニットとそれぞれ前段の蓄電池ユニットの外部端子に接続された時点にて蓄電池ユニットのアドレス情報を自動的にＰＣＳ制御部２０が取得するように構成されてもよい。
図１に示すように、ＰＣＳ２はＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続される外部端子２３と、ＤＣリンク線ＤＣＬに接続される外部端子２４と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２に接続される外部端子２５とを有している。ここで、ＰＶ４は外部端子２３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２１に接続され、分電盤５は外部端子２５を介してＤＣ／ＡＣインバータ２２に接続される。
また、図１の各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃはそれぞれ、制御部３１と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、電力（エネルギー）を蓄える蓄電手段である蓄電池３３と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と電気的に接続された外部端子３４，３５とを備えて構成される。ここで、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃにはインバータをそれぞれ含まず、ＰＣＳ２のＤＣ／ＡＣインバータ２２を用いて商用周波数の交流電力に変換し、系統電源７と連系して負荷６に供給するとともに、余剰電力を系統電源７に逆潮流することが行われている。なお、蓄電手段としては、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等、種々の蓄電池を用いることが可能である。
上述したように、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３ＣにはＤＣ／ＡＣインバータ２２をそれぞれ含まないので、蓄電池ユニットをコンパクト及び軽量化することができ、蓄電池ユニットを増設する現場の作業者が、メインの蓄電池ユニット３Ａに対して取り付け及び取り外しを容易に行うことが可能となる。
図１に示すように、メイン蓄電池ユニット３Ａの外部端子３４はＰＣＳ２の外部端子２４を介してＤＣリンク線ＤＣＬに接続されている。また、増設用蓄電池ユニット３Ｂの外部端子３４はメイン蓄電池ユニット３Ａの外部端子３５に接続され、増設用蓄電池ユニット３Ｃの外部端子３４は増設用蓄電池ユニット３Ｂの外部端子３５に接続され、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃはそれぞれ直列接続されてコンバータ群が形成されている。このように、メインの蓄電池ユニット３Ａに対して直列に増設可能とすることで、使用者が利便性を損なうことなく容易かつ安価に蓄電池の容量を簡単に増大させることが可能となる。ここで、増設可能とは、蓄電池ユニットを設置する現場の作業者が、特殊な工具を必要とすることなく、メインの蓄電池ユニット３Ａに対して取り付け及び取り外しを行うことが可能であることを意味し、メインの蓄電池ユニット３Ａに取り付ける個数を任意に変更することが可能となる。なお、本実施形態では、増設用の蓄電池ユニットの数は２個であるが、１個でもよいし、３個以上であってもよい。
ここで、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と蓄電池３３とは電気的に接続されており、各制御部３１は各蓄電池３３に対する充放電を制御する。すなわち、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３３と、ＤＣリンク線ＤＣＬとの間に電気的に接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、ＰＶ４により発電された直流電力の電圧を昇圧して、高電圧の直流電力としてＤＣリンク線ＤＣＬに出力する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、ＤＣリンク線ＤＣＬから入力された直流電圧を交流電圧に変換して分電盤５を介して負荷６または系統電源７に出力する。すなわち、ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、上述したコンバータ群の一端に位置する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２による出力電圧を交流電圧に変換する。
また、蓄電池ユニット３３の各々が備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、ＰＣＳ制御部２０からの制御信号に基づいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御する制御部３１に電気的に接続されている。ここで、制御部３１は、例えばマイクロプロセッサ等のハードウェアを用いて実現される。
蓄電池ユニット３Ａの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、ＤＣリンク線ＤＣＬから入力された直流電圧を昇圧して蓄電池３３に出力する。また、蓄電池ユニット３Ｂの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、ＤＣリンク線ＤＣＬから入力された直流電圧を昇圧して蓄電池３３に出力する。さらに、蓄電池ユニット３Ｃの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、ＤＣリンク線ＤＣＬから入力された直流電圧を昇圧して蓄電池３３に出力する。
蓄電池ユニット３Ａの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３３から入力された直流電圧を昇圧してＤＣリンク線ＤＣＬに出力する。また、蓄電池ユニット３Ｂの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３３から入力された直流電圧を昇圧してＤＣリンク線ＤＣＬに出力する。さらに、蓄電池ユニット３Ｃの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、蓄電池３３から入力された直流電圧を昇圧してＤＣリンク線ＤＣＬに出力する。
制御部３１は、ＰＣＳ制御部２０と通信する制御装置であり、例えばＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリ等によって実現される記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムとによって実現される。また、制御部３１は、ＰＣＳ制御部２０と通信するための有線又は無線通信インターフェースを備える。
また、制御部３１は、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各蓄電池３３のそれぞれの状態を示す情報を取得し、この情報をＰＣＳ制御部２０に送信する。ここで、各蓄電池３３のそれぞれの状態を示す情報とは、バッテリの健全性（劣化状態）を示すＳＯＨ（State of Health）や各蓄電池３３の充電率を示すＳＯＣ（States Of Charge）に関する充電情報（充電信号）である。
ＰＣＳ制御部２０は、制御部３１と通信する制御装置であり、例えばＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリ等によって実現される記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムとによって実現される。また、ＰＣＳ制御部２０は、作業者が入力機構２６を用いて入力された蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃのアドレス情報に基づいて、各制御部３１が保有する情報を取得する。ここで、ＰＣＳ制御部２０は、蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各制御部３１と通信するための有線又は無線通信インターフェースを備える。
また、ＰＣＳ制御部２０は、各制御部３１から取得した各蓄電池３３のそれぞれの状態（電池状態）を示すＳＯＣやＳＯＨに基づき、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を指示する制御信号をそれぞれ生成して各制御部３１にそれぞれ送信する。すなわち、ＰＣＳ制御部２０は、ＤＣリンク線ＤＣＬに所定の電圧に変圧（変換）された直流電力が流れるように、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の各スイッチングの動作を制御する。
図２は図１の蓄電池ユニット３Ａの斜視図である。図２の蓄電池ユニット３Ａは、前面に開口部が形成された直方体状の筐体３６と、該開口部を覆うように筐体３６に取り付けられる蓋体（図示せず）とからなる収納盤５０に制御部３１、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、及び蓄電池３３が収納されることにより構成されている。ここで、筐体３６は、制御部３１及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を収納する第１収納空間Ｓ１と、蓄電池３３を収納する第２収納空間Ｓ２とを構成するように複数の保持部材が組み合わされて構成されている。また、この筐体３６には、上述したＤＣ／ＡＣインバータ２２を含まない構成とした上で蓄電池３３と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２とを有している。なお、本実施形態では、蓄電池３３は３個のセルで構成されているが、それ以外の個数のセルで構成されてもよい。なお、蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃについても、蓄電池ユニット３Ａの構成と同様である。このうち、第１収納空間Ｓ１には、蓄電池３３を配置させない替わりに、制御部３１、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、その他、電源回路、これに接続される外部接続コネクタ等が収容されている。なお、本実施形態にあっては、第１収納空間Ｓ１及び第２収納空間Ｓ２に亘り、長尺上のヒートシンクが設けられている。このヒートシンクは、前述した双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のコンポーネント（パワートランジスタ、リアクトル等）が適宜に配備されている。このコンポーネントは、熱交換に有利な場所に適宜配置される。
ところで、本実施形態の蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、図１に示すように、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は外部端子３４，３５を接続することによりそれぞれ隣接して配置することが可能となる。これにより、増設用の蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃは、メインの蓄電池ユニット３Ａに対して並べて配置（連接）することができる。同様に、３個以上の増設用の蓄電池ユニットをメインの蓄電池ユニット３Ａに対して並べて配置（連接）することができる。この構成により、蓄電池ユニットの交換及び増設作業が簡単になるという利点を有する。
以上のように構成されたハイブリッド式電源システム１の動作について以下に説明する。ここで、ハイブリッド式電源システム１はＰＣＳ制御部２０及び各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各制御部３１により制御される。
まず、ＰＣＳ制御部２０が接続している各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃにそれぞれ格納された蓄電池３３の状態を認識するまでの動作について以下に説明する。ここで、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの制御部３１の各々に設定されたアドレス情報については、作業者が入力機構２６を介して入力される。これにより、ＰＣＳ制御部２０は、各制御部３１との間で通信することが可能となり、蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃのいずれに関する情報であるかを認識するとともに、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれに格納された蓄電池３３の状態を正確に認識することが可能となる。
各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各制御部３１は、各蓄電池３３の電圧値を計測してＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣをＰＣＳ制御部２０へ通知する。ＰＣＳ制御部２０は、各制御部３１から取得したＳＯＣに基づき、各蓄電池３３の充放電を制御する各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御する制御信号をそれぞれ生成して、各制御部３１に送信する。ここで、ＰＣＳ制御部２０は、後段（コンバータ群の一端）の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａの出力電圧が所定の電圧となるように、すなわちＤＣリンク線ＤＣＬに所定の電圧を有する直流電流が流れるように各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御することにより、各蓄電池３３の充放電を制御する。
なお、ＳＯＣの許容範囲は予め定められていてもよいし、作業者が入力機構２６を操作（入力）することでＳＯＣの許容範囲を決定するように構成されてもよい。その場合には、ＰＣＳ制御部２０は、各制御部３１から取得したＳＯＣが、定められたＳＯＣの許容範囲を逸脱した場合、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御して蓄電池３３の充放電を停止するように構成されてもよい。
また、各制御部３１は、蓄電池３３における満充電されている状態を示す通知、完全に放電された状態を示す通知、蓄電池３３の充放電の停止を要求する通知をするように構成されてもよい。ＰＣＳ制御部２０は、このような通知に基づいて、各蓄電池３３の充放電を制御するように構成されてもよい。
さらに、各制御部３１は、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃの異常をそれぞれ監視する。例えば、各制御部３１は、蓄電池３３の過充電、過放電等を検知した場合に、ＰＣＳ制御部２０に対して各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御して蓄電池３３の充放電の停止を要求する通知をするように構成されてもよい。
本実施形態に係るハイブリッド式電源システム１の動作手順を以下に示す。
先ず、各蓄電池ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃを起動させる（ステップＳ１０１）例えば、作業者がＰＣＳ２の入力機構２６を操作することにより起動されるように構成されてもよいし、時間をカウントするリアルタイムクロック等を用いて所定の時刻に起動されるように構成されてもよい。
次に、各制御部３１は、各蓄電池３３の状態を検知したか否かを判定し（ステップＳ１０２）、所定の状態を検知しない場合にはステップＳ１０２の動作を反復する。
一方、各制御部３１は、各蓄電池３３の状態を検知したか否かを判定し、所定の状態を検知した場合には、各蓄電池３３の状態を示すＳＯＣの値をＰＣＳ制御部２０に通知（送信）する（ステップＳ１０３）。
次に、ＰＣＳ制御部２０は、各制御部３１から取得したＳＯＣに基づき、各蓄電池３３の充放電を制御する各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御する制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を生成して各制御部３１にそれぞれ送信する（ステップＳ１０４）。次にステップＳ１０５において、蓄電池ユニット３Ａの制御部３１は制御信号Ｓ１に基づいて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３４の昇圧比を算出し、この昇圧比に基づいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３４のスイッチング動作を制御する。同様に、各蓄電池ユニット３Ｂ，３Ｃの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３４のスイッチング動作についても制御信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて制御する。このように、ＰＣＳ制御部２０は、ＤＣリンク線ＤＣＬに所定の電圧を有する直流電流が流れるように各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３２のスイッチング動作を制御することにより、各蓄電池３３の充放電を制御しながら、分電盤５を介して電力を負荷６に供給する。
以上説明したように本実施形態によれば、３個のユニットにより構成される従来型のハイブリッド型の分散型電源システムと比較すると、１個の蓄電池ユニットを増設するにあたりユニットを１個だけ増設するだけで足りるので、各ユニットのレイアウトを従来と比較すると単純化することができ、各ユニット間の電気的な接続作業に構造上及び施工上の問題が生じず、その結果、大幅なコストの削減をすることが可能となる。
また、各ユニット間を電気的に接続する配線用ケーブルの本数も削減することができるので、配線作業を単純化することができさらには作業者による誤配線のリスクを軽減することが可能となる。
また、複数の蓄電池ユニットを接続する場合には、蓄電池ユニットの蓄電池の状態が各々異なっているので、１つの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータでは出力電圧を所定の電圧となるように制御することが不可能である。これに対して、本実施形態に係る分散型電源システムによれば、蓄電池ユニット内の蓄電池の出力電圧を変圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを各蓄電池ごとに設けるように構成されるので、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが要求値に従った出力電圧を出力することができ、インバータに必要な電力を供給することが可能となる。
さらに、パワーコンディショナと各蓄電池ユニットとをそれぞれ接続する必要がなく、各蓄電池ユニット内の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ同士を直列接続することができるので、配線用ケーブルを短くすることが可能となり、配線による電気的な損失を低減できるとともに配線におけるノイズに起因する誤動作を抑制することが可能となる。
特に、本実施形態に係るハイブリッド式電源システムでは、蓄電池ユニットと双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとの間を電気的に接続する配線用ケーブルを短くすることができるので、蓄電池ユニットが放電動作を行うときには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力電圧がその配線用ケーブルによる電圧降下により大きく低下し、蓄電池（バッテリ）の放電時の許容電流を越え過電流保護機能が働いて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが要求値に従った出力電圧を出力するという問題を軽減することができ、インバータに必要な電力を供給することが可能となる。
またさらに、本実施形態に係るハイブリッド式電源システムでは、蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータを各蓄電池ユニット内ではなく別のユニット内に１つだけ設けそれを共有化するので、各蓄電池ユニット内にインバータを設ける必要がない。従って、蓄電池ユニットをコンパクト及び軽量化することができ、蓄電池ユニットを増設する現場の作業者が、メインの蓄電池ユニット３Ａに対して取り付け及び取り外しを容易に行うことが可能となる。
本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 分散型電源システム
２ パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 蓄電池ユニット
４ 太陽電池
５ 分電盤
６ 負荷
７ 系統電源

Claims (5)

  1. パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニットであって、
    筐体と、直流電力を蓄える蓄電池と、前記蓄電池の充放電を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
    前記筐体は、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータを含まない構成とした上で、前記蓄電池と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを有している蓄電池ユニット。
  2. 請求項１記載の蓄電池ユニットを複数有する蓄電池装置であって、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ隣接して配置される蓄電池装置。
  3. 請求項２記載の蓄電池装置を有するハイブリッド式電源システムであって、
    前記各ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ直列接続されたコンバータ群を形成し、
    前記パワーコンディショナは、前記コンバータ群の一端のＤＣ／ＤＣコンバータによる出力電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータを含むハイブリッド式電源システム。
  4. 前記パワーコンディショナは第１制御部を有し、
    前記各蓄電池ユニットは第２制御部をそれぞれ有し、
    前記各第２制御部は、前記各蓄電池ユニットの蓄電池の電圧値を計測して充電率をそれぞれ算出して、前記充電率を示す充電情報又は充電信号として前記第１制御部にそれぞれ送信し、
    前記第１制御部は、受信した前記充電情報または前記充電信号に基づいて、前記コンバータ群の一端のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が所定の電圧となるように、前記各蓄電池の放電を制御する制御信号を前記各第２制御部に対してそれぞれ生成する請求項３記載のハイブリッド式電源システム。
  5. 前記第１制御部は、前記第２制御部の各々に設定されたアドレス情報に基づいて、前記各第２制御部と通信する請求項４記載のハイブリッド式電源システム。
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