JP7089960B2 - パワーコンディショナおよび蓄電システム - Google Patents
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Description
そのため、電力バスの電圧(以下「中間電圧」という)を出力優先順位が高い供給源の出力電圧に設定したまま、出力優先順位が高い供給源からの電力供給が何らかの要因で不能となった場合に、電力バス(さらには電力バスに繋がる負荷)に所望の電力を供給することができなくなってしまうという問題があった。
また、これにより、システム上の問題を未然に防止できるという効果がある。
さらに、システム上の問題を未然に防止しつつ、ユーザの意思を反映したシステムを構築できるという効果がある。
図1から図7を用いて、本発明の第1の実施形態について説明する。
以下、図1を用いて、本実施形態に係る蓄電システム10の構成について説明する。
なお、本実施形態においては、後述する制御部をパワーコンディショナ内に有する構成を例示して説明するが、当該制御部をパワーコンディショナ以外に有する構成であってもよい。
ここで、太陽電池を供給源として接続することは任意であり、複数の直流電力供給源が接続されていればよい。また、直流電力供給源は、水力発電や風力発電など交流発電した電力をコンバータで直流電力に変換して供給するものであってもよい。
なお、図1に示すように主幹ブレーカ410の商用電力系統側にエネファーム(登録商標)等の商用系統連系機器500が接続される場合がある。
また、太陽電池モジュール300からの発電電力および/または直流電力に変換された商用電力を充電電力として、コンバータを介して定置型蓄電池240および/またはV2Hスタンド250を介して電動車260に搭載された車載蓄電池261(図2)に充電することが可能となっている。
パワーコンディショナ200は、図2に示すように、コンバータ211、212と、インバータ221と、制御部230と、出力優先順位設定部231と、を含んで構成されている。なお、以下の構成は例示であり、同様の機能を果たすことができるものであれば、他の構成であってもよい。
また、定置型蓄電池240および/または車載蓄電池261を充電するため、商用電力を直流電力に変換する。
なお、出力優先順位と該出力優先順位に紐づいた電圧値とは、図示しない内部のRAM(Random Access Memory)等に記憶されている。さらに、後述する出力優先順位設定部231を介して、ユーザが設定した出力優先順位に基づいて、車載蓄電池261および定置型蓄電池240の出力優先順位を決定する。
また、制御部230は、例えば、CAN通信を用いて、V2Hスタンド250を介して電動車260と通信を行って、車載蓄電池261の残留蓄電容量に関する情報等を取得する。
また、電動車260側で車載蓄電池261の温度情報を検出していれば、制御部230は併せて車載蓄電池261の温度情報も取得する。
また、制御部230は、定置型蓄電池240の温度情報または車載蓄電池261の温度情報と運転停止範囲の温度とを比較する。
また、制御部230は、中間電圧をモニタする。ここで、中間電圧とは、インバータ221(直流側)と、コンバータ211、212および双方向コンバータ251とを接続する電力バスPB上の電圧をいう。
なお、上記残留蓄電容量の規格値は、例えば、RAM等に記憶され、温度による運転停止範囲等の情報は、例えば、図示しない制御部230の内部のROM(Read Only Memory)等に記憶されている。
なお、出力優先順位設定部231における出力優先順位の設定は、スイッチ等のキー入力でもよいし、タッチパネルに表示されるボタンをタッチ操作すること等によって実行してもよい。
例えば、図3に示されるように、初期設定の優先順位が上図であったときに、ユーザによって、出力優先順位設定部231を介して、定置型蓄電池240の優先順位を最上位とする設定がなされたときには、制御部230は、当該設定に従って、上記のRAMの記憶情報を図3下図のように書き換える。
V2Hスタンド250は、双方向コンバータ251を内蔵し、当該双方向コンバータ251は、車載蓄電池261からの直流電力(放電電力)を昇圧した直流電力に変換する一方、インバータ221により直流電力に変換された商用電力を所定の直流電圧に変換した直流電力や太陽電池モジュール300等の他の供給源からの直流電力を充電電力として車載蓄電池261に供給する。
なお、これらのコンバータとしては、例えば、昇圧または昇降圧チョッパ型コンバータを例示することができる。
太陽電池モジュール300は、太陽電池セルが複数配列され、これをガラスや樹脂、フレームで保護したものであり、一般的には、太陽光パネルあるいは太陽電池パネルと呼ばれるものである。
なお、主幹ブレーカ410は、トリップ機能を備えたブレーカである。
また、一般負荷には主幹ブレーカ410を介して商用電力が供給される。一方、停電時には、商用電力系統とパワーコンディショナ200とが解列され蓄電池ユニット240、V2Hスタンド250(車載蓄電池)および太陽電池モジュール300の少なくとも1つに基づく電力がパワーコンディショナ200から重要負荷に供給可能となっている。
また、パワーコンディショナ200が故障した場合等、蓄電池システム用ブレーカ110がオフ状態のときには、切替スイッチ430を手動で系統出力側に切り替えることにより、重要負荷には主幹ブレーカ410を介して商用電力が供給される。
図4を用いて、制御部230の具体的な処理について説明する。
なお、ここでは太陽電池モジュール300からの発電電力の供給が実質的にないものとする。
具体的には、V2Hスタンド250を優先順位の最上位とし、V2Hスタンド250内の制御部に対して、例えば、CAN通信を用いて、V2Hスタンド250からの出力電圧(インバータ221側)が390VとなるようV2Hスタンド250内の双方向コンバータ251を制御する制御信号を送信する(ステップS110)。
一方、定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212の出力電圧は370Vに設定される。
このため、中間電圧は、より電圧値の高いV2Hスタンドの出力電圧390Vに昇圧され、出力優先順位の高いV2Hスタンド250から電力バスPBに車載蓄電池261の放電電力が供給される。
なお、ここでも、太陽電池モジュール300からの発電電力の供給が実質的にないものとする。
具体的には、定置型蓄電池240を優先順位の最上位とし、定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212に対して、コンバータ212からの出力電圧が390Vとなるようコンバータ212を制御する(ステップS110)。
一方、V2Hスタンド250の出力電圧は370Vに設定される。
このため、中間電圧は電圧値の高い定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212の出力電圧390Vに昇圧され、出力優先順位の高い定置型蓄電池240からの放電電力が電力バスPBに供給される。
ここで、残留蓄電容量の規格値は蓄電池が出力(放電)不可の状態の残留蓄電容量をいう。
なお、比較判定において閾値(規定値)を含むか否かは適宜に変更可能とする。
具体的には、図7に示すように、定置型蓄電池240の出力優先順位がV2Hスタンド250よりも高い場合には、出力優先順位を維持したまま、出力可能状態にある車載蓄電池261に接続されたV2Hスタンド250の出力電圧を変更前の370Vから390Vに昇圧するとともに、定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212の出力電圧を390Vから370Vに変更するように、V2Hスタンド250(双方向コンバータ251)およびコンバータ212を制御する。
これにより、定置型蓄電池240に替えてV2Hスタンド250(車載蓄電池261)からの放電電力が電力バスPBに供給される。
なお、V2Hスタンド250が出力可能状態にないときは、出力優先順位がさらに下位に位置し、出力可能状態にある供給源の出力電圧を昇圧する。
なお、比較判定において閾値(運転停止温度)を含むか否かは適宜に変更可能とする。
具体的には、図7に示すように、定置型蓄電池240の出力優先順位がV2Hスタンド250よりも高い場合には、出力優先順位を維持したまま、出力可能状態にある車載蓄電池261に接続されたV2Hスタンド250の出力電圧を変更前の370Vから390Vに昇圧するとともに、定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212の出力電圧を390Vから370Vに変更するように、V2Hスタンド250(双方向コンバータ251)およびコンバータ212を制御する。
これにより、定置型蓄電池240に替えてV2Hスタンド250(車載蓄電池261)からの放電電力が電力バスPBに供給される。
なお、V2Hスタンド250が出力可能状態にないときは、出力優先順位がさらに下位に位置し、出力可能状態にある供給源の出力電圧を昇圧する。
なお、比較判定において閾値(ユーザ設定容量)を含むか否かは適宜に変更可能とする。
具体的には、図7に示すように、定置型蓄電池240の出力優先順位がV2Hスタンド250よりも高い場合には、出力優先順位を維持したまま、出力可能状態にある車載蓄電池261に接続されたV2Hスタンド250の出力電圧を変更前の370Vから390Vに昇圧するとともに、定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212の出力電圧を390Vから370Vに変更するように、V2Hスタンド250(双方向コンバータ251)およびコンバータ212を制御する。
これにより、定置型蓄電池240に替えてV2Hスタンド250(車載蓄電池261)からの放電電力が電力バスPBに供給される。
その後、例えば、ユーザによりユーザ設定容量が下方に変更されると、定置型蓄電池240から放電可能な状態になる。
この場合には、再び定置型蓄電池240に接続されたコンバータ212の出力電圧を変更前の370Vから390Vに昇圧するとともに、車載蓄電池261に接続されたV2Hスタンド250を390Vから370Vに変更するように、コンバータ212およびV2Hスタンド250(双方向コンバータ251)を制御する。
これにより、V2Hスタンド250(車載蓄電池261)に替えて定置型蓄電池240からの放電電力が電力バスPBに供給される。
つまり、制御部230は、出力優先順位が高い供給源(例えば、定置型蓄電池240)が出力不可状態であると判断したときに、出力優先順位を維持したまま、出力不可状態である供給源以外の供給源(例えば、車載蓄電池261に接続されたV2Hスタンド250)の出力電圧を昇圧させ、電力バスPBの電圧、すなわち中間電圧を維持する。
そのため、出力優先順位が高い供給源が出力不可状態となった場合においても、中間電圧値を適正な値に維持できる。また、これにより、システム上の問題を未然に防止できる。
そのため、出力優先順位が高い蓄電池等の供給源の出力不可状態を的確に判断することにより、優先順位が高い供給源が出力不可状態となった場合においても、中間電圧値を適正な値に維持できる。
また、これにより、システム上の問題を未然に防止できる。
そのため、出力優先順位が高い蓄電池の出力不可状態を的確に判断することにより、出力優先順位が高い蓄電池が出力不可状態となった場合においても、中間電圧値を適正な値に維持できる。
また、これにより、システム上の問題を未然に防止できる。
本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、制御部230が第1の実施形態において説明した機能に加え、以下の機能を有することである。以下、本実施形態の制御部を「制御部230A」と記載する。
図8から図11を用いて、制御部230Aの具体的な処理について説明する。
このとき、制御部230Aが、太陽電池モジュール(発電装置)300から電力バスPBへの電力の供給が実質的にないと判定する(ステップS410の「No」)と、次に、電力バスPBの電圧(中間電圧)が出力優先順位の高い供給源(図9の定置型蓄電池240)の出力電力よりも低いか否かを判定する(ステップS420)。
ここで、負荷の消費電力が定置型蓄電池240からの放電電力よりも大きいと、中間電圧が低下していく。
そして、中間電圧が出力優先順位の低い供給源(図9のV2Hスタンド250)の出力電圧370Vにまで低下する(ステップS440の「Yes」)と、V2Hスタンド250からの放電も開始させ、電力バスPBには定置型蓄電池240からの放電電力とともにV2Hスタンド250からの放電電力が供給される(ステップS450)。
これにより、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
また、制御部230Aが、中間電圧が出力優先順位の高い供給源の出力電圧以上と判定(ステップS420の「No」)したとき、および中間電圧が出力優先順位の低い供給源の出力電圧以上と判定(ステップS440の「No」)したときは処理をステップS410に戻す。
この場合は、負荷の消費電力を太陽電池モジュール300からの発電電力で賄えている(発電電力が負荷の消費電力よりも大きい)ことを意味する。
これにより、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
そして、中間電圧が出力優先順位の低い供給源(図11のV2Hスタンド250)の出力電圧370Vにまで低下する(ステップS480の「Yes」)と、V2Hスタンド250からの放電も開始させ、電力バスPBには上記した和電力とともにV2Hスタンド250からの放電電力が供給される(ステップS490)。
これにより、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
また、制御部230Aが、中間電圧が出力優先順位の高い供給源(定置型蓄電池240)の出力電圧以上と判定(ステップS460の「No」)したとき、および出力優先順位の低い供給源(V2Hスタンド250)の出力電圧以上と判定したとき(ステップS480の「No」)は処理をステップS410に戻す。
そのため、負荷の消費電力が大きく、中間電圧値が、出力優先順位が低い供給源の出力電圧にまで低下した場合においても、出力優先順位が低い供給源からの電力も電力バスに供給させる制御を行うことにより、中間電圧を出力優先順位が低い供給源の出力電圧に維持し、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
そのため、負荷の消費電力が大きく、中間電圧値が、出力優先順位が低い供給源(他方の供給源)の出力電圧にまで低下した場合においても、出力優先順位が低い供給源からの電力も電力バスPBに供給させる制御を行うことにより、中間電圧を出力優先順位が低い供給源の出力電圧に維持し、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
そのため、負荷の消費電力が大きく、中間電圧値が、出力優先順位が高い供給源の出力電圧(一方の供給源)にまで低下した場合においても、出力優先順位が高い供給源からの電力も電力バスPBに供給させる制御を行うことにより、中間電圧を出力優先順位が高い供給源の出力電圧に維持し、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
そのため、負荷の消費電力が大きく、中間電圧値が、出力優先順位が低い供給源(他方の供給源)の出力電圧にまで低下した場合においても、出力優先順位が低い供給源からの電力も電力バスに供給させる制御を行うことにより、中間電圧を出力優先順位が低い供給源の出力電圧に維持し、負荷の消費電力の不足分を補うことができる。
例えば、上記蓄電システムにかかる実施形態では、複数の供給源として発電装置以外(発電装置の設置は任意)には、定置型蓄電池とV2Hスタンドの2種類を示したが、これに限定されない。
例えば、蓄電システムは、発電装置以外の複数の供給源として同種の直流源を備えてもよく、3種以上の直流源を備えてもよい。
また、上記実施形態では、供給源(蓄電池)からの温度情報に基づいて供給源が運転停止範囲であるか否かを判断しているが、検出情報はこれに限定されず、供給源の異常・故障状態等の運転/運転停止に関する情報をもとに運転停止範囲か否かを判断してもよい。
110;蓄電池システム用ブレーカ
130;主幹ブレーカ
200;パワーコンディショナ
211;コンバータ
212;双方向コンバータ
221;インバータ
222;制御装置
223;保護装置
230;制御部
231;出力優先順位設定部
240;定置型蓄電池
250;V2Hスタンド
251;双方向コンバータ
260;電動車
261;車載蓄電池
300;太陽電池モジュール
410;主幹ブレーカ
420;分岐ブレーカ
430;切替スイッチ
440;重要負荷用分岐ブレーカ
500;商用系統連系機器
Claims (4)
- 直流電力を供給する複数の供給源から電力バスを介して供給された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
予め決定された出力優先順位に基づいて、前記電力バスへ電力供給されるように前記複数の供給源のうち前記出力優先順位が高い供給源の出力電圧を前記出力優先順位が低い供給源の出力電圧よりも高くなるように設定するとともに、前記電力バスへ電力供給させる前記供給源を選択し、制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力優先順位が高い供給源が出力不可状態と判断したときに、前記出力優先順位を維持したまま、前記出力優先順位が低く、かつ出力可能状態にある供給源の出力電圧設定値を前記出力不可状態と判断された前記出力優先順位が高い供給源の出力電圧設定値に変更することにより前記出力優先順位が低い供給源の出力電圧を昇圧させ、前記出力優先順位が低い供給源から前記電力バスに電力供給させることを特徴とするパワーコンディショナ。 - 前記制御部は、前記供給源からの検出情報に基づいて、前記出力優先順位が高い供給源が運転停止範囲であるときに、該供給源が出力不可状態であると判断することを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナ。
- 前記複数の供給源の少なくとも1つが蓄電池であり、
前記制御部は、前記蓄電池からの残留蓄電容量情報に基づいて、前記出力優先順位が高い蓄電池の残留蓄電容量が規定値またはユーザの設定残留容量値以下のときに、該蓄電池が出力不可状態であると判断することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパワーコンディショナ。 - 複数の供給源として再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置と、電動車に搭載された車載蓄電池に対して充放電制御を行うV2Hスタンドと、定置型の蓄電池ユニットとを、備えた蓄電システムにおいて、
前記複数の供給源から電力バスを介して供給された直流電力を交流電力に変換するインバータを含むパワーコンディショナと、
決められた出力優先順位に基づいて前記電力バスへ電力供給されるように前記発電装置を除く前記複数の供給源のうち前記出力優先順位が高い供給源の出力電圧を前記出力優先順位が低い供給源の出力電圧よりも高くなるように設定するとともに、前記電力バスへ電力供給させる前記供給源を選択し、制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力優先順位が高い供給源が出力不可状態と判断したときに、前記出力優先順位を維持したまま、前記出力優先順位が低く、かつ出力可能状態にある供給源の出力電圧設定値を前記出力不可状態と判断された前記出力優先順位が高い供給源の出力電圧設定値に変更することにより前記出力優先順位が低い供給源の出力電圧を昇圧させ、前記出力優先順位が低い供給源から前記電力バスに電力供給させることを特徴とする蓄電システム。
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