WO2006112201A1 - 電源装置およびその制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power supply device and a control method therefor, and in particular, a power supply device that can combine a power supply such as an engine-driven generator and a solar cell to extract the power generation output and control thereof. Regarding the method.
- Small-scale power generators such as engine-driven generators are widely used in various applications as portable power supply devices and emergency power supply devices.
- this type of power supply device is used as a small-scale power generation device such as a household cogeneration system, it is possible to make a total effective use of energy by connecting it to a commercial power supply or by installing a solar cell. It is pretty possible to plan.
- JP-A-8-186927 discloses an output of a commercial power source (system), an output of a solar power generation device (solar cell), and an output of a power generation device (generator) using fuel.
- An interconnected power supply system is disclosed.
- Patent Document 1 JP-A-8-186927
- An object of the present invention is to provide a power supply apparatus and a control method therefor that can effectively use generated power even when the output voltage is not so high, such as in cloudy weather.
- the present invention provides a DC-DC converter that controls the output of a solar cell, a battery that is charged by the output of the DC-DC converter, and the output of the DC-DC converter and the output of the battery in parallel.
- the battery is charged by the output of the DC-DC converter when the remaining capacity of the battery is less than or equal to a predetermined capacity.
- the output of the DC-DC converter is supplied to the inverter.
- the output power of the solar cell is lower than the predetermined value
- the output of the DC-DC converter is supplied to the inverter.
- the first feature is that power is supplied from the battery to the inverter when the battery is charged up to a predetermined capacity for charging the battery without supply. There is.
- the output voltage of the DC-DC converter is gradually reduced to a value that is lower than the voltage value of the battery until the output voltage of the battery becomes zero.
- the second feature is that it is provided with means for raising it.
- the switching duty of the DC-DC converter is greater than or equal to a preset value, so that the output of the solar cell is
- the third feature is that the operation of the DC-DC converter is stopped when it is determined that the electric power is below the predetermined value.
- the present invention has a fourth feature in that when the remaining capacity of the battery becomes equal to or less than a predetermined capacity, the battery power is also stopped from supplying power to the inverter.
- the present invention provides a further generator as a power source, the DC-DC converter as a step-down type, a step-up converter for stepping up the battery voltage and inputting it to the inverter, and the power generation
- the fifth feature is that a rectifier circuit that rectifies the output of the machine and supplies it to the inverter is connected in parallel.
- the present invention further provides a solar cell, a DC-DC converter that controls the output of the solar cell, a battery that is charged by the output of the DC-DC converter, and an output of the DC-DC converter.
- a method for controlling a power supply apparatus including an inverter in which power and battery output are input in parallel, when the output power of the solar cell exceeds a predetermined value, the output voltage of the DC-DC converter is changed to the voltage of the battery.
- the output power of the solar cell is lower than a predetermined value, the power to lower the output voltage of the DC-DC converter below the voltage of the battery is stopped.
- the sixth feature is that the output voltage of the DC converter is lower than the voltage of the battery or the DC—DC converter is stopped.
- the battery when the remaining capacity of the battery is small, the battery is first charged to a predetermined capacity.
- the output power of the solar cell When the output power of the solar cell is low, power is supplied from the battery to the inverter.
- the output power of the solar cell When the output power of the solar cell is high, power is supplied from the solar cell to the inverter instead of power supply by the battery. Therefore, when the output of the solar cell is small, such as when it is cloudy, the power from the battery, which is a stable power source, is used.
- the remaining capacity of the battery decreases, the battery is charged with the output of the solar cell.
- the output power of the solar cell is large and a predetermined amount of power can be secured stably, so that the output is converted into alternating current through an inverter. In this way, a stable power source can be secured because the power charged in the battery can be used or the power can be sufficiently large in fine weather.
- the power supply to the inverter is supplied only by the battery. Can be switched without change.
- the switching duty of the DC-DC converter exceeds a preset value, it is determined that the output power of the solar cell is insufficient due to cloudy weather, etc. Since it can be switched to power supply, stable power supply is possible.
- the inverter when the remaining capacity of the battery is low, the inverter is removed from the battery.
- the unstable power supply can be avoided by stopping the power supply to the data. And while the output of this battery is stopped, the battery can be charged by effectively utilizing the output of the solar cell in the low output state.
- the solar cell since the output of the solar cell is stepped down to a low battery voltage, the solar cell is used to charge the battery even when the output is not so high. can do.
- the output of the solar cell can be used through a low-pressure specification battery, which can contribute to cost reduction.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a flowchart (part 1) showing an operation of the power supply device according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a flowchart (part 2) showing the operation of the power supply device according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a block diagram showing a main part control function of the power supply device according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 1 shows the configuration of a power supply unit that links the output of a solar cell and the output of an engine generator to a commercial power system.
- FIG. 1 The power supply device shown in FIG. 1 includes a solar cell 1, a battery 2, and an engine generator 3 as power sources.
- the battery 2 can be charged with the output of the solar cell 1.
- Battery 2 is described below with a rated voltage of 12 volts and a fully charged voltage of 14.5 volts.
- the engine generator 3 is a three-phase multipolar magnet generator driven by a gas internal combustion engine using city gas as fuel.
- the outputs of the solar cell 1, the notch 2, and the engine generator 3 are connected to the system power supply 4 in a combined state.
- the drive source of the engine generator 3 is not limited to the gas internal combustion engine, but may be an engine of a type using other fuels such as gasoline.
- the power supply device also serves as an element constituting the low voltage region 100 and an element constituting the high voltage region 200.
- Low voltage region 100 includes solar cell 1, battery 2, DC-DC converter 5, and low voltage inverter circuit 6.
- the high voltage region 200 includes an engine generator 3, DC smoothing circuits 8 and 9, a boost converter 10, and a high voltage inverter circuit 11.
- the high voltage inverter circuit 11 can include an LC filter circuit. The output of the high voltage inverter circuit 11 is connected to the system power supply 4.
- the low voltage region 100 and the high voltage region 200 are coupled by an insulating transformer booster circuit 7 provided between the low voltage inverter circuit 6 and the DC smoothing circuit 8.
- the DC-DC converter 5 is composed of a non-isolated step-down chopper
- the boost converter 10 is composed of a non-isolated step-up chopper.
- the DC-DC converter 5 steps down the input voltage and outputs it by controlling the duty (on-time ratio) of the switching elements such as FETs that make up the chopper.
- Boost converter 10 boosts and outputs the input voltage by controlling the duty of a switching element such as an FET constituting the chopper.
- the low-voltage inverter circuit 6 is a circuit that converts the input to rectangular wave alternating current, and forms a bridge with switching elements such as FETs.
- the high-voltage inverter circuit 11 is a circuit that converts an input into a single-phase alternating current that is suitable for grid connection, and is formed by bridge-connecting switching elements such as FETs.
- a well-known FET drive circuit for controlling the FET duty can be used.
- the output voltage VI of the solar cell 1 is stepped down by the DC-DC converter 5 to become a voltage V5, which is applied to the battery 2 via the diode D1.
- This rectangular wave AC is further connected to an insulation transformer booster circuit 7 Is boosted to become a high-voltage rectangular wave alternating current and input to the direct current smoothing circuit 8.
- the low voltage inverter circuit 6 and the isolation transformer boost circuit 7 form a battery voltage boost circuit.
- the DC smoothing circuit 8 rectifies and smoothes the input high-voltage rectangular wave AC and outputs a DC voltage.
- the three-phase alternating current output from the engine generator 3 is rectified and smoothed by the direct current smoothing circuit 9.
- the power P3 output from the DC smoothing circuit 9 is combined with the power output from the DC smoothing circuit 8, and the voltage (generator DC voltage) V8 is input to the boost converter 10.
- the voltage boosted by the boost converter 10 (connected DC voltage) V8 is input to the high-voltage inverter circuit 11 and converted to a single-phase AC of the grid-connected AC voltage Vout, noise removed by the LC filter circuit, and the system power supply Connected to 4.
- Boost converter 10 suppresses the output fluctuation of generator 3, the output of solar cell 1 and battery 2, and outputs interconnection DC voltage V10 necessary to maintain grid interconnection AC voltage Vout.
- the duty is set to.
- the high-voltage inverter circuit 11 has a grid interconnection function that forms a grid interconnection AC of the same quality (with respect to voltage, frequency, noise, etc.) as the grid power supply 4 and links the grid power supply 4 in synchronization with the phase. Have. That is, the high-voltage inverter circuit 11 constitutes a grid interconnection control unit.
- An example of a device having a grid interconnection function is disclosed in Japanese Patent Publication No. 4 103 02.
- the output power of the solar cell 1 is small, the output power of the solar cell 1 is directed only to the charging of the battery 2.
- the notch voltage V2 becomes a predetermined value, for example, a voltage value Vref corresponding to the rated output voltage, power is supplied from the battery 2 to the low voltage inverter circuit 6.
- FIG. 2 is a flowchart (part 1) showing the operation of the power supply apparatus.
- step S1 it is determined whether the output voltage V1 of the solar cell 1 is higher than the voltage (battery voltage) V2 of the battery 2. If the output voltage of solar cell 1 is higher than the battery voltage V2, proceed to step S2 and DC—DC converter 5 Start the operation.
- the DC—DC converter 5 is duty controlled so that its output voltage V5 is maintained higher than the battery voltage V2. Battery 2 is charged by this output voltage V5.
- step S3 it is determined whether or not the power P2 supplied to the battery 2 is equal to or lower than a predetermined power Pch of the battery 2.
- the charging power P2 ′ decreases, so it is possible to determine whether or not the battery is fully charged at step S3.
- step S4 a full charge is determined for certainty.
- step S4 it is determined whether or not the battery voltage V2 is equal to or higher than the full charge voltage value Vf (14.5 volts). If both step S3 and step S4 are positive, the battery 2 determines that the battery is fully charged, and proceeds to step S5 to stop the operation of the DC-DC converter 5 (set the duty to zero). That is, charging of the battery 2 is stopped.
- step S6 the low-voltage inverter circuit 6 is driven.
- the low-voltage inverter circuit 6 is duty-controlled so that the generator DC voltage V8 becomes a preset voltage in consideration of the boosted amount in the insulating transformer booster circuit 7.
- step S7 the boost converter 10 and the high voltage inverter circuit 11 are started to drive, and the power Pout linked to the system power supply 4 is output.
- the setting value of the grid connection output Pout in the first stage shall be 50 watts.
- the DC-DC converter 5 is stopped and the generator 3 is not started, the power generation output from only the notch 2 is connected to the system power supply 4.
- FIG. 3 is a flowchart (part 2) showing the operation of the power supply apparatus.
- the power generation of the grid interconnection output by the solar cell 1 will be described following FIG.
- step S8 the DC-DC converter 5 is driven.
- the duty control is first performed so that the output voltage V5 of the DC-DC converter 5 is equal to or lower than the battery voltage V2.
- step S9 the output voltage V5 is gradually increased (by a preset amount).
- step S10 it is determined whether or not the power P2 supplied from the notch 2 to the low voltage inverter circuit 6 has reached the set power value (preferably zero). If the output voltage V5 of the DC—DC converter 5 rises above the battery voltage V2, the output power PI of the DC—DC converter 5 is supplied to the low-voltage inverter circuit 6 instead of the battery 2.
- step S10 Power supply from Battery 2 will be stopped. Therefore, if step S10 is affirmative, it is determined that the output voltage V5 has risen sufficiently. Therefore, the process proceeds to step S11, and the rise of the output voltage V5 of the DC-DC converter 5 is stopped.
- step S12 the grid connection output Pout setting is increased by one step. In this example, one stage is 50 watts, so the grid connection output Pout setting is changed to 100 watts.
- the DC-DC converter 5 is operated so as to increase the duty in order to maintain the predetermined output voltage V5. It will be.
- step S13 it is determined whether or not the set value of the grid connection output Pout is equal to or less than a predetermined value (for example, 100 watts).
- a predetermined value for example, 100 watts.
- step S14 it is further determined in step S14 whether the duty of the DC-DC converter 5 has reached a predetermined value (100%). If both step S13 and step S14 are positive, it is determined that the cloudy weather is not enough to obtain a 100-foot output. If not positive, power supply from solar cell 1 is continued in this state.
- step S15 the duty of the DC-DC converter 5 is gradually reduced to zero.
- DC When the duty of the DC converter 5 decreases and the output voltage drops below the voltage of the battery 2, only the power of the notch 2 is supplied with the grid connection output. Therefore, the remaining capacity of Notch 2 gradually decreases.
- step S16 the remaining capacity of Notch 2 is predetermined. It is determined whether it has dropped to a value (eg 60%). As long as the determination in step S16 is negative, the power supply from Knotter 2 continues.
- step S16 If the determination in step S16 is affirmative, all of the low voltage inverter circuit 6, the boost converter 10 and the high voltage inverter circuit 11 are stopped, and the power supply from the notch 2 is stopped (step S17). Since the state in which the remaining capacity of the battery 2 is less than 60% is the same as the initial state, the process returns to the step S1 in FIG. 2 to start the battery 2 charging process.
- FIGS. 2 and 3 The processes in FIGS. 2 and 3 are performed when the engine generator 3 is not operated.
- the output power P3 of the generator 3 is added to the power from the solar cell 1 and the battery 2. Therefore, control is performed by adding the power P3 to the set value of the grid connection output. .
- the set value of the grid interconnection output Pout may be set in consideration of the additional power P3, or the determination at step S15 or the like may be performed. For example, if the output power P3 of the engine generator 3 is 1 kilowatt, the setting value of the grid interconnection output Pout is set to 1.1 kilowatts instead of 100 watts in the judgment in step S15.
- FIG. 4 is a block diagram showing the main functions of the present embodiment.
- the solar cell capacity determination unit 13 determines whether or not the solar cell 1 generates a sufficiently large output.
- the converter drive unit 14 performs duty control of the DC—DC converter 5.
- the remaining capacity detector 15 detects the remaining capacity of the battery 2 (represented by the output voltage).
- the inverter drive unit 16 controls switching of the switching elements of the low-voltage inverter circuit 6.
- the notch power detection unit 17 monitors the output power of the notch 2. In FIG. 4, the function of the high voltage region 200 is omitted for the sake of simplicity.
- the remaining capacity detector 15 drives the DC-DC converter 5 to generate the charging voltage of the battery 2.
- the inverter drive unit 16 stops the operation of the low-voltage inverter circuit 6 until the battery 2 is charged.
- the inverter drive unit 16 starts the operation of the low-voltage inverter circuit 6.
- the converter drive unit 14 performs duty control so as to increase the output voltage of the DC-DC converter 5.
- the notch power detection unit 17 stops the increase in the output voltage of the DC-DC converter 5 when the output power of the notch 2 becomes zero.
- the solar cell capacity judgment unit 13 is a DC-DC controller. If the duty of barter 5 is detected and the duty is 100%, it is determined that the power generation state of solar cell 1 is not sufficient for the current output request, and the switching duty of DC-DC converter 5 is reduced. , Reduce its output voltage. When the output voltage of the DC—DC converter 5 becomes lower than the battery voltage, power is supplied only to the battery 2 to the low voltage inverter circuit 6. When the remaining capacity of the battery 2 decreases, the low-voltage inverter circuit 6 is stopped, and the DC-DC converter 5 generates an output for charging the battery 2.
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Abstract
曇天時等に発電出力が低下する太陽電池を安定した電源として活用できるようにする。太陽電池1の出力は、DC-DCコンバータ5で降圧して利用される。バッテリ2はコンバータ5の出力で充電され、バッテリ2が充電されるとコンバータ5は一旦停止され、バッテリ2のみの電力が低圧インバータ回路6に供給される。バッテリ2による電力供給開始と共にコンバータ5の出力電圧を上昇させてコンバータ5からの電力供給分を増大させる。コンバータ5の電力を増大しているときに太陽電池1の能力を判断し、能力が低下しているときはコンバータ5の出力電圧を低下させてバッテリ2からの電力供給分を相対的に増大させる。
Description
明 細 書
電源装置およびその制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、電源装置およびその制御方法に関し、特に、エンジン駆動式発電機の ような電源と太陽電池とを組み合わせて、その発電出力を取り出すことができるように した電源装置およびその制御方法に関する。
背景技術
[0002] エンジン駆動式発電機等の小規模な発電装置は、携帯用電源装置や非常用電源 装置としてさまざまな用途に普及している。この種の電源装置を、家庭用コジエネレ ーシヨン装置のような小規模発電装置として利用する場合、商用電源と系統連系させ たり、太陽電池を併設したりすることによりエネルギの総合的な有効利用を図ることが 可會 になる。
[0003] 例えば、特開平 8— 186927号公報には、商用電源(系統)の出力と、太陽光発電 装置 (太陽電池)の出力と、燃料を使用する発電装置 (発電機)の出力とを連系接続 した電源システムが開示されて 、る。
特許文献 1 :特開平 8— 186927号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上述の特許文献に記載された電源システムでは、太陽電池出力と発電機出力、あ るいは太陽電池出力と系統出力とを連系接続させることから、太陽電池の出力電圧 を高めに設定せざるを得ない。しかし、家庭用の小規模な太陽電池発電では曇天時 には、高電圧出力を得ることができないので、太陽電池の発電電力を十分に活用し にくいという問題がある。
[0005] また、曇天時等、太陽電池の発電出力が小さいときに、この発電出力を負荷へ供 給したとしてもあまり有効な電力源とならず、むしろ電力源が安定しないために、系統 連系出力を開始したり停止したりする動作を繰り返すことになる等、制御が不安定に なり易い。
[0006] 本発明の目的は、曇天時等、出力電圧があまり高くない状態でも発電電力を有効 に活用できる電源装置およびその制御方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、太陽電池の出力を制御する DC— DCコンバータと、この DC— DCコン バータの出力で充電されるバッテリと、前記 DC— DCコンバータの出力および前記 ノ ッテリの出力が並列で入力されるインバータとを有する電源装置において、前記バ ッテリの残容量が予定容量以下のときに前記 DC— DCコンバータの出力で該バッテ リが充電されるように構成し、前記太陽電池の出力電力が予定値を超えたときは、前 記 DC— DCコンバータの出力を前記インバータに供給し、前記太陽電池の出力電 力が予定値以下のときには、前記 DC— DCコンバータの出力を前記インバータに供 給せずに前記バッテリの充電に充て、前記バッテリが予定容量まで充電されたときに 該バッテリから前記インバータへ電力供給を開始するように構成した点に第 1の特徴 がある。
[0008] また、本発明は、太陽電池からインバータへの電力供給開始時に、前記 DC— DC コンバータの出力電圧を前記バッテリの電圧値より低い値力 前記バッテリの出力電 圧がゼロになるまで徐々に上昇させる手段を具備した点に第 2の特徴がる。
[0009] また、本発明は、前記インバータへの供給電力が予め設定した値のときに、前記 D C— DCコンバータのスイッチングデューティが予め設定した値以上になったことによ つて前記太陽電池の出力電力が予定値以下であると判断して、前記 DC— DCコン バータの動作を停止させるようにした点に第 3の特徴がある。
[0010] また、本発明は、前記バッテリの残容量が予定容量以下になったときに該バッテリ 力も前記インバータへの電力供給を停止するようにした点に第 4の特徴がある。
[0011] さらに、本発明は、電源としてさらなる発電機をカ卩えるとともに、前記 DC— DCコン バータを降圧型とし、前記バッテリ電圧を昇圧して該インバータに入力する昇圧コン バータと、前記発電機の出力を整流して前記インバータに供給する整流回路とを並 列接続した点に第 5の特徴がある。
[0012] また、さらに本発明は、太陽電池と、太陽電池の出力を制御する DC— DCコンパ一 タと、 DC— DCコンバータの出力で充電されるバッテリと、 DC— DCコンバータの出
力およびバッテリの出力が並列で入力されるインバータとを備えた電源装置の制御 方法において、前記太陽電池の出力電力が予定値を超える状態では、前記 DC— D Cコンバータの出力電圧を前記バッテリの電圧よりも高くし、前記太陽電池の出力電 力が予定値以下のときは前記 DC— DCコンバータの出力電圧を前記バッテリの電圧 よりも低下させる力 DC— DCコンバータを動作停止させ、前記バッテリの残容量が予 定容量に不足する場合は、前記 DC— DCコンバータの出力を前記インバータに供 給せずに前記バッテリの充電に充て、前記バッテリの残容量が予定容量以上となつ た状態で前記 DC— DCコンバータの出力電圧を前記バッテリの電圧よりも低下させ るか DC— DCコンバータを動作停止させる点に第 6の特徴がある。
発明の効果
[0013] 第 1の特徴を有する本発明によれば、ノ ッテリの残容量が少ないときには、まず、バ ッテリが予定容量まで充電される。そして、太陽電池の出力電力が小さいときはバッ テリからインバータへ電力供給を行い、太陽電池の出力電力が大きいときはバッテリ による電力供給に代えて太陽電池からインバータへ電力が供給される。したがって、 曇天時等、太陽電池の出力が小さい場合には、安定した電力源であるバッテリから の電力が利用され、バッテリの残容量が低下したときには太陽電池の出力でバッテリ は充電される。晴天時は太陽電池の出力電力が大きく所定電力量を安定に確保で きるので、その出力はインバータを通じて交流に変換されて利用される。こうして、ノ ッテリに充電された電力や晴天時の十分大きな電力を利用できるので安定した電力 源を確保できる。
[0014] 第 2の特徴によれば、太陽電池の出力を DC— DCコンバータで制御することによつ て、インバータへの電力供給をバッテリのみ力 の供給状態力 太陽電池出力へ、 急激な出力変化を伴わずに切り替えることができる。
[0015] 第 3の特徴によれば、 DC— DCコンバータのスイッチングデューティが予め設定し た値以上になったことにより曇天等で太陽電池の出力電力が十分でないことを判断 して、バッテリからの電力供給に切り替えられるので、安定した電力供給が可能であ る。
[0016] 第 4の特徴によれば、バッテリの残容量が少なくなつたときにバッテリから前記インバ
ータへの電力供給を停止して不安定な電力供給を回避できる。そして、このバッテリ 力もの出力停止中に、小出力状態となっている太陽電池の出力を有効活用してバッ テリを充電できる。
[0017] 第 5の特徴によれば、太陽電池の出力を低電圧であるバッテリ電圧まで降圧して使 用するので、太陽電池を、その出力があまり高くない状態でもバッテリを充電するため に活用することができる。また、低圧仕様のノ ッテリを介して太陽電池の出力を利用 できるので、低コスト化にも貢献できる。
[0018] 第 6の特徴によれば、太陽電池の出力が大きいときには、太陽電池の安定した電 力を供給することができる。また、太陽電池の出力電力が小さいときにはその出力は ノ ッテリ充電にのみ振り向けられ、ノ ッテリの残容量が十分ある場合には DC— DCコ ンバータカもの供給を停止させて、ノ ッテリの安定した電力をインバータへ供給でき る。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]本発明の一実施形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
[図 2]本発明の一実施形態に係る電源装置の動作を示すフローチャート (その 1)であ る。
[図 3]本発明の一実施形態に係る電源装置の動作を示すフローチャート (その 2)であ る。
[図 4]本発明の一実施形態に係る電源装置の要部制御機能を示すブロック図である 符号の説明
[0020] 1…太陽電池、 2…バッテリ、 3…発電機、 4…系統電源、 5〜DC— DCコン バータ、 6…低圧インバータ回路、 7…絶縁トランス昇圧回路、 10· ··昇圧コンパ ータ、 11· ··高圧インバータ回路、 13· ··太陽電池電力検出部、 15· ··バッテリ残 容量検出部、 17· ··バッテリ電力検出部
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図 1は太陽電池の 出力とエンジン発電機の出力とを商用電力系統に連系させた電源装置の構成を示
すブロック図である。図 1に示した電源装置は、太陽電池 1とバッテリ 2とエンジン発電 機 3とを電源として備える。ノ ッテリ 2は太陽電池 1の出力で充電することができる。バ ッテリ 2は定格電圧 12ボルト、満充電電圧 14. 5ボルトのものとして以下の説明をする 。エンジン発電機 3は、都市ガスを燃料とするガス内燃機関で駆動される 3相の多極 磁石式発電機である。太陽電池 1、ノッテリ 2、およびエンジン発電機 3の出力は合 体させた状態で系統電源 4と連系される。なお、エンジン発電機 3の駆動源はガス内 燃機関に限らず、ガソリン等、他の燃料を使用する種類の機関であってもよい。
[0022] 電源装置は、低電圧領域 100を構成する要素と、高電圧領域 200を構成する要素 と力もなる。低電圧領域 100には、太陽電池 1、バッテリ 2、 DC— DCコンバータ 5、お よび低圧インバータ回路 6が含まれる。一方、高電圧領域 200には、エンジン発電機 3、直流平滑回路 8, 9、昇圧コンバータ 10、高圧インバータ回路 11が含まれる。高 圧インバータ回路 11は LCフィルタ回路を含むことができる。高圧インバータ回路 11 の出力は系統電源 4に接続される。
[0023] 低電圧領域 100と高電圧領域 200とは、低圧インバータ回路 6と直流平滑回路 8と の間に設けられた絶縁トランス昇圧回路 7によって結合される。
[0024] DC— DCコンバータ 5は非絶縁降圧チヨツバからなり、昇圧コンバータ 10は非絶縁 昇圧チヨツバからなる。 DC— DCコンバータ 5はチヨッパを構成する FET等のスィッチ ング素子のデューティ (オン時間比率)を制御することにより入力電圧を降圧して出力 する。昇圧コンバータ 10は、チヨッパを構成する FET等のスイッチング素子のデュー ティを制御することにより入力電圧を昇圧して出力する。低圧インバータ回路 6は入 力を矩形波交流に変換する回路であり、 FET等のスイッチング素子でブリッジを構成 している。高圧インバータ回路 11は、入力を系統連系に適合する単相交流に変換す る回路であり、 FET等のスイッチング素子をブリッジ接続してなる。 FETのデューティ を制御する FETドライブ回路は周知のものを使用できる。
[0025] 太陽電池 1の出力電圧 VIは DC— DCコンバータ 5で降圧されて電圧 V5となり、ダ ィオード D 1を介してバッテリ 2に印加される。降圧された太陽電池 1の電圧 V5とバッ テリ 2の電圧 V2は一体に整合された状態 (V5 = V2)で低圧インバータ回路 6に印加 されて、矩形波交流に変換される。この矩形波交流はさらに絶縁トランス昇圧回路 7
で昇圧されて高圧矩形波交流となり、直流平滑回路 8に入力される。低圧インバータ 回路 6と絶縁トランス昇圧回路 7とで、バッテリ電圧の昇圧回路を形成する。直流平滑 回路 8は、入力された高圧矩形波交流を整流,平滑ィ匕して直流電圧を出力する。
[0026] エンジン発電機 3から出力される三相交流は、直流平滑回路 9で整流'平滑化され る。直流平滑回路 9から出力される電力 P3は直流平滑回路 8から出力される電力と 合体されて、その電圧 (発電機直流電圧) V8が昇圧コンバータ 10に入力される。昇 圧コンバータ 10で昇圧された電圧 (連系直流電圧) V8は高圧インバータ回路 11に 入力されて系統連系交流電圧 Voutの単相交流に変換され、 LCフィルタ回路でノィ ズ除去されて系統電源 4に連系される。
[0027] 昇圧コンバータ 10は、発電機 3の出力や太陽電池 1およびバッテリ 2の出力変動を 抑制し、かつ系統連系交流電圧 Voutを維持するのに必要な連系直流電圧 V10を 出力するようにデューティが設定される。高圧インバータ回路 11は、系統電源 4と同 じ品質 (電圧、周波数、ノイズ等に関して)の系統連系交流を形成し、系統電源 4の位 相と同期をとつて連系させる系統連系機能を有する。つまり高圧インバータ回路 11は 系統連系制御部を構成する。系統連系機能を有する装置の一例は特公平 4 103 02号公報に開示されている。
[0028] 太陽電池 1の出力電力が小さいときには、太陽電池 1の出力電力をバッテリ 2の充 電のみに振り向ける。そして、ノ ッテリ電圧 V2が所定値、例えば、定格出力電圧に相 当する電圧値 Vref以上になったときにはバッテリ 2から低圧インバータ回路 6への電 力供給が行われる。
[0029] 上記電源装置の動作をフローチャートとともに説明する。電源装置が初期状態では 、 DC— DCコンバータ 5、低圧インバータ回路 6、発電機 3、昇圧コンバータ 10、およ び高圧インバータ回路 11は動作を停止している。したがって、系統電源 4に対して電 力は出力されない。
[0030] 図 2は、電源装置の動作を示すフローチャート(その 1)である。ここでは、バッテリ 2 による系統連系出力の発電を説明する。ステップ S1では、太陽電池 1の出力電圧 V 1がノ ッテリ 2の電圧 (バッテリ電圧) V2より高いかどうかを判断する。太陽電池 1の出 力電圧がバッテリ電圧 V2より高ければ、ステップ S2に進んで DC— DCコンバータ 5
の動作を開始させる。 DC— DCコンバータ 5は、その出力電圧 V5がバッテリ電圧 V2 より高く維持されるようにデューティ制御される。この出力電圧 V5によってバッテリ 2は 充電される。
[0031] ステップ S3では、バッテリ 2に供給される電力 P2,がバッテリ 2の所定電力 Pch以下 であるかを判断する。ノ ッテリ 2が満充電になると充電電力 P2'は低下するので、ステ ップ S3で満充電力否かの判断をすることができる。しかし、さらにステップ S4でも確 実のために満充電の判断が行われる。ステップ S4では、バッテリ電圧 V2が満充電電 圧値 Vf (14. 5ボルト)以上であるかどうかを判断する。ステップ S3およびステップ S4 がいずれも肯定であれば、ノ ッテリ 2は満充電と判断し、ステップ S5に進んで DC— DCコンバータ 5の動作を停止させる(デューティをゼロにする)。つまりバッテリ 2の充 電はー且停止する。
[0032] ステップ S6では、低圧インバータ回路 6を駆動する。低圧インバータ回路 6は、絶縁 トランス昇圧回路 7での昇圧量を考慮し、発電機直流電圧 V8が予め設定した電圧と なるようにデューティ制御される。ステップ S7では、昇圧コンバータ 10および高圧ィ ンバータ回路 11を駆動開始し、系統電源 4に連系させる電力 Poutを出力させる。第 1段階の系統連系出力 Poutの設定値は、 50ワットとする。ここでは、 DC— DCコンパ ータ 5は停止しているし、発電機 3も始動していないので、ノ ッテリ 2からのみの発電 出力が系統電源 4に連系される。
[0033] 図 3は、電源装置の動作を示すフローチャート (その 2)である。ここでは、太陽電池 1による系統連系出力の発電を図 3に続けて説明する。ステップ S8では、 DC -DC コンバータ 5を駆動する。このとき、まず DC— DCコンバータ 5の出力電圧 V5がバッ テリ電圧 V2以下になるようにデューティ制御を行う。そして、ステップ S9では、出力電 圧 V5を徐々に(予め設定した分)上昇させる。 DC— DCコンバータ 5のデューティを 段階的に上げていくことで、出力電圧 V5を徐々〖こ上昇させることができる。
[0034] DC— DCコンバータ 5の出力電圧 V5がバッテリ電圧 V2 (+ダイオード D1の順電 圧)より低い領域では太陽電池 1の出力電力 P1は低圧インバータ回路 6に入力され ないので、低圧インバータ回路 6には太陽電池 1の出力電力 P1は供給されず、バッ テリ 2からの電力 P2だけが供給される。
[0035] ステップ S10では、ノ ッテリ 2から低圧インバータ回路 6に供給される電力 P2が設定 電力値 (好ましくはゼロ)になった力どうかを判断する。 DC— DCコンバータ 5の出力 電圧 V5がバッテリ電圧 V2以上に上昇したならば、ノ ッテリ 2に代わり、 DC— DCコン バータ 5の出力電力 PIが低圧インバータ回路 6に供給されるようになり、ノ ッテリ 2か らの電力供給は停止される。そこで、ステップ S10が肯定ならば、出力電圧 V5が十 分に上昇したと判断されるので、ステップ S11に進んで DC— DCコンバータ 5の出力 電圧 V5の上昇を停止させる。ステップ S 12では、系統連系出力 Poutの設定を 1段 階上昇させる。この例では 1段階は 50ワットとしているので系統連系出力 Poutの設 定値は 100ワットに変更される。
[0036] 晴天時ならば、 DC— DCコンバータ 5の出力電圧 V5は高いまま維持されるので、 バッテリ 2の電力 P2はゼロのままであり、 DC DCコンバータ 5から低圧インバータ回 路 6に供給される電力 P1だけが増加する。つまり晴天時はバッテリ 2の充電電力は使 用されない。このときには、系統電源に連系させる電力設定値電力 Poutの設定値を 更〖こ上昇させることができる。
[0037] 曇天時等(晴天でない場合)、太陽電池 1の大きい出力が得られない時は、 DC— DCコンバータ 5は、所定の出力電圧 V5を維持するためにデューティが大きくなるよう に運転することになる。
[0038] ステップ S13では、系統連系出力 Poutの設定値が所定値 (例えば、 100ワット)以 下かどうかを判断する。系統連系出力 Poutの設定値が 100ワット以下のときはさらに ステップ S 14で DC— DCコンバータ 5のデューティが所定値(100%)に達しているか どうかが判断される。ステップ S 13およびステップ S 14の双方が肯定ならば、 100ヮッ トの出力を得るには十分でない曇天時等と判断される。肯定でない場合は、この状態 のままで太陽電池 1からの電力供給が継続される。
[0039] 天気が曇天時等と判断されたら、 DC— DCコンバータ 5の出力電圧 V5を低減させ るため、ステップ S15に進んで DC— DCコンバータ 5のデューティをゼロまで徐々に 低下させる。 DC— DCコンバータ 5のデューティが低下して出力電圧がバッテリ 2の 電圧以下に低下すると、ノ ッテリ 2のみ力も系統連系出力が供給される。したがって、 ノ ッテリ 2の残容量が徐々に低下する。ステップ S16では、ノ ッテリ 2の残容量が所定
値 (例えば、 60%)に低下したかどうかが判断される。ステップ S 16の判断が否定で あるうちは、ノ ッテリ 2からの電力供給が継続される。ステップ S16の判断が肯定なら ば、低圧インバータ回路 6、昇圧コンバータ 10、および高圧インバータ回路 11をいず れも停止してノ ッテリ 2からの電力供給は停止する (ステップ S 17)。 ノ ッテリ 2の残容 量が 60%未満の状態は、初期状態と同じであるので、図 2のステップ S1に戻ってバ ッテリ 2の充電の処理を開始する。
[0040] 図 2,図 3の処理はエンジン発電機 3を運転していない場合のものである。エンジン 発電機 3を運転した場合は、発電機 3の出力電力 P3が、太陽電池 1とバッテリ 2から の電力に加わるので、系統連系出力の設定値に、電力 P3を上乗せして制御を行う。 つまり、電力 P3の上乗せ分を考慮して系統連系出力 Poutの設定値を設定したり、ス テツプ S15等での判断を行えばよい。例えば、エンジン発電機 3の出力電力 P3が 1 キロワットであったとすれば、ステップ S 15での判断では、系統連系出力 Poutの設定 値を、 100ワットに代えて 1. 1キロワットとして行う。
[0041] 図 4は、本実施形態の要部機能を示すブロック図である。図 4において、太陽電池 能力判定部 13は、太陽電池 1が十分に大きい出力を発生しているかどうかを判定す る。コンバータ駆動部 14は、 DC— DCコンバータ 5のデューティ制御を行う。残容量 検出部 15は、ノ ッテリ 2の残容量(出力電圧で代表)を検出する。インバータ駆動部 1 6は、低圧インバータ回路 6のスイッチング素子の切り替え制御をする。ノ ッテリ電力 検出部 17は、ノ ッテリ 2の出力電力を監視する。なお、図 4では、説明の簡単のため 、高電圧領域 200の機能は省略してある。
[0042] 残容量検出部 15は、ノ ッテリ 2の残容量が予定値以下であれば、 DC— DCコンパ ータ 5を駆動してノ ッテリ 2の充電電圧を発生させる。インバータ駆動部 16は、ノ ッテ リ 2が充電されるまで低圧インバータ回路 6の動作を停止させている。バッテリ 2が充 電されると、インバータ駆動部 16は低圧インバータ回路 6を動作開始させる。低圧ィ ンバータ回路 6の動作開始後、コンバータ駆動部 14は DC— DCコンバータ 5の出力 電圧を上昇させるようにデューティ制御を行う。
[0043] ノ ッテリ電力検出部 17は、ノ ッテリ 2の出力電力がゼロになったときに、 DC— DCコ ンバータ 5の出力電圧上昇を停止させる。太陽電池能力判定部 13は DC— DCコン
バータ 5のデューティを検出して、デューティが 100%であれば、太陽電池 1の発電 状態は現在の出力要求に対して十分でないと判定し、 DC— DCコンバータ 5のスイツ チングデューティを低下させて、その出力電圧を低下させる。 DC— DCコンバータ 5 の出力電圧がバッテリ電圧に対して低くなると、ノ ッテリ 2からのみ低圧インバータ回 路 6に電力が供給される。そして、ノ ッテリ 2の残容量が低下すれば、低圧インバータ 回路 6は停止され、 DC— DCコンバータ 5はバッテリ 2の充電のための出力を発生す る。
Claims
[1] 太陽電池と、この太陽電池の出力を制御する DC— DCコンバータと、この DC— D Cコンバータの出力で充電されるバッテリと、前記 DC— DCコンバータの出力および 前記バッテリの出力が並列で入力されるインバータとを有する電源装置において、 前記バッテリの残容量が予定容量以下のときに前記 DC— DCコンバータの出力で 該バッテリが充電されるように構成し、
前記太陽電池の出力電力が予定値を超えたときは、前記 DC— DCコンバータの出 力を前記インバータに供給し、
前記太陽電池の出力電力が予定値以下のときには、前記 DC— DCコンバータの 出力を前記インバータに供給せずに前記バッテリの充電に充て、
前記バッテリが予定容量まで充電されたときに該バッテリから前記インバータへ電 力供給を開始するように構成したことを特徴とする電源装置。
[2] 前記太陽電池からインバータへの電力供給開始時に、前記 DC— DCコンバータの 出力電圧を前記バッテリの電圧値より低い値力も前記バッテリの出力電圧がゼロにな るまで徐々に上昇させる手段を具備したことを特徴とする請求項 1記載の電源装置。
[3] 前記インバータへの供給電力が予め設定した値のときに、前記 DC— DCコンパ一 タのスイッチングデューティが予め設定した値以上になったことによって前記太陽電 池の出力電力が予定値以下であると判断して、前記 DC— DCコンバータの動作を停 止させるようにしたことを特徴とする請求項 1記載の電源装置。
[4] 前記バッテリの残容量が予定容量以下になったときに該バッテリから前記インバー タへの電力供給を停止するようにしたことを特徴とする請求項 3記載の電源装置。
[5] 発電機を備えており、
前記 DC— DCコンバータが降圧型であり、
前記バッテリ電圧を昇圧して該インバータに入力する昇圧コンバータと、前記発電 機の出力を整流して前記インバータに供給する整流回路とが並列に接続されている ことを特徴とする請求項 1記載の電源装置。
[6] 太陽電池と、この太陽電池の出力を制御する DC— DCコンバータと、この DC— D
Cコンバータの出力で充電されるバッテリと、前記 DC— DCコンバータの出力および
前記バッテリの出力が並列で入力されるインバータとを備えた電源装置の制御方法 において、
前記太陽電池の出力電力が予定値を超える状態では、前記 DC— DCコンバータ の出力電圧を前記バッテリの電圧よりも高くし、
前記太陽電池の出力電力が予定値以下のときは前記 DC— DCコンバータの出力 電圧を前記バッテリの電圧よりも低下させる力 DC— DCコンバータを動作停止させ、 前記バッテリの残容量が予定容量に不足する場合は、前記 DC— DCコンバータの 出力を前記インバータに供給せずに前記バッテリの充電に充て、前記バッテリの残 容量が予定容量以上となった状態で前記 DC— DCコンバータの出力電圧を前記バ ッテリの電圧よりも低下させる力 DC— DCコンバータを動作停止させることを特徴とす る電源装置の制御方法。
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