WO2014017141A1 - 充電装置 - Google Patents

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WO2014017141A1
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voltage
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義清 谷川
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株式会社ケイアンドエム
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a charging device.
  • Patent Document 1 discloses a technique for efficiently charging a storage battery with a solar battery with a simple configuration by detecting the charging current of the storage battery with a voltmeter and controlling the switch so that the charging current is maximized. Has been.
  • Patent Document 2 includes a charging path from the output side of the power conditioner to the storage battery separately from the discharge path from the storage battery to the input side of the power conditioner via the discharge diode and relay. A technology that enables charging from a solar battery even during system operation is disclosed.
  • the inverter has a self-sustaining operation function. If this self-sustaining operation function is used, AC power of about 1.5 kW at maximum can be used during the daytime even during long-term power outages. Can be obtained. For this reason, it is also conceivable to charge the storage battery by using this self-sustaining operation function.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a charging device that can sufficiently charge a storage battery even during a self-sustaining operation of a power conditioner.
  • the present invention provides an increase / decrease unit for increasing / decreasing a charging current to the storage battery in a charging device capable of charging the storage battery with electric power supplied from an independent operation outlet of a power conditioner having an independent operation function.
  • Detecting means for detecting a temporal change in voltage or current supplied from the power generation power source to the power conditioner, and increasing the charging current over time by the increase / decrease means, and detecting the detection means by the detecting means.
  • the temporal decrease amount of the voltage or current is smaller than a predetermined threshold value
  • the increase of the charging current by the increase / decrease means is continued, and when the temporal decrease amount of the voltage or current is equal to or larger than the predetermined threshold value
  • Control means for performing control to reduce the charging current by a predetermined amount by the increase / decrease means. According to such a structure, it becomes possible to fully charge a storage battery also at the time of a self-sustained operation.
  • an aspect of the invention is that the power generation power source is a solar battery, and the control unit controls a charging current supplied from the solar battery to the storage battery via the power conditioner. It is characterized by that. According to such a structure, even if it is a solar cell which changes every moment according to a sunshine state, a storage battery can fully be charged.
  • control means has a reduction rate obtained by dividing the temporal reduction amount of the voltage or current by the voltage value or the current value being smaller than a predetermined threshold value.
  • the increase / decrease means continues to increase the charging current, and when the decrease rate is equal to or greater than a predetermined threshold, the increase / decrease means decreases the charging current by a predetermined amount. According to such a configuration, it is possible to reliably prevent the power conditioner from shutting down by referring to the rate of decrease in voltage or current.
  • the detection means inputs the voltage or current from the power generation power source through circuits having two different time constants, and outputs of these two circuits. To detect the temporal decrease amount or temporal decrease rate of the voltage or current. According to such a configuration, it is possible to reliably detect the time decrease amount or the time decrease rate of the voltage with a simple circuit configuration.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a delta V determination circuit illustrated in FIG. 1. It is a table
  • FIG. 1 shows an overall image of a system in which a charging device according to an embodiment of the present invention and a solar power generation device are combined.
  • the solar power generation device 10 is generally configured in cooperation with the commercial power supply system 1, and the charging device 20 according to the embodiment of the present invention includes the commercial power supply system 1 and the solar power generation device. Connect to 10 and use.
  • the solar power generation device 10 includes an interconnection breaker 11, a power conditioner 12, a connection box 13, and a solar cell 14. Further, the charging device 20 includes a delta V determination circuit 21, a charging control circuit 22, a storage battery 23, an AC-DC inverter 24, and a DC-AC inverter 25.
  • the commercial power supply system 1 includes a wattmeter 2 and a distribution board 3.
  • the wattmeter 2 of the commercial power supply system 1 measures and displays the amount of power supplied (purchased) from the commercial power supply or the amount of power supplied (sold) from the photovoltaic power generator 10 to the commercial power supply.
  • the distribution board 3 has a shut-off device that distributes the power supplied from the commercial power source or the power conditioner 12 to each load, and shuts off the power when the power consumption of each load exceeds a specified value. .
  • the interconnection breaker 11 of the solar power generation device 10 connects the solar power generation device 10 to the commercial power supply system 1 in the on state, and disconnects the solar power generation device 10 from the commercial power supply system 1 in the off state.
  • the power conditioner 12 converts the DC power generated by the solar cell 14 into AC power having the same voltage (for example, 100 V), the same frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) and the same phase as the commercial power supply. Further, the power conditioner 12 generally has a self-sustaining operation function of converting the DC power generated by the solar cell 14 into AC power and outputting it from the self-sustaining operation outlet 12a regardless of the commercial power source. . As a result, even if the commercial power supply is out of power, the operation unit (not shown) of the power conditioner 12 is set to the self-sustaining operation mode, and the load is connected to the self-sustained operation outlet 12a. The maximum power of about 1.5 kW can be supplied. In the example of FIG. 1, the power plug 26 of the charging device 20 can be connected to the independent operation outlet 12 a.
  • connection box 13 integrates the DC power generated by each panel of the solar cell 14 composed of a plurality of panels, and supplies it to the power conditioner 12.
  • the solar cell 14 is composed of a plurality of panels, and converts sunlight into DC power and outputs it.
  • the delta V determination circuit 21 of the charging device 20 detects a temporal decrease rate of the voltage input to the power conditioner 12. If the temporal decrease rate is equal to or greater than a predetermined threshold, the output signal is set to a high state. Otherwise, go low.
  • the charge control circuit 22 has a function of charging the storage battery 23 while controlling (increasing or decreasing) the charging current flowing from the AC-DC inverter 24 to the storage battery 23 based on the output signal of the delta V determination circuit 21.
  • the storage battery 23 is composed of, for example, a lithium ion battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, or a lead storage battery or other secondary battery, and is charged by DC power supplied from the charge control circuit 22 and is also DC-AC The charged DC power is supplied to the inverter 25.
  • the AC-DC inverter 24 converts alternating current power (AC) supplied from the power plug 26 into direct current power (DC) and outputs it.
  • the DC-AC inverter 25 converts DC power (DC) supplied from the storage battery 23 into AC power (AC) and supplies it to the load.
  • the delta V determination circuit 21 includes resistors 211 to 217, diodes 218 and 219, capacitors 220 to 222, a variable resistor 223, a comparator 224, a transistor 225, and an electromagnetic relay 226.
  • the resistors 211 and 212 are connected to the output of the solar cell 14 in a state of being connected in series. Thereby, the resistors 211 and 212 divide and output the output voltage of the solar cell 14 in accordance with these element values.
  • the diodes 218 and 219 are voltage holding diodes. When the voltage of the solar cell 14 decreases, the diodes 218 and 219 are in a reverse bias state and cut off, and hold the voltages of the capacitors 220 and 221 for a certain time.
  • the capacitor 220 is constituted by, for example, an electrolytic capacitor, and is connected in parallel with the variable resistor 223 and the resistor 213.
  • the capacitor 220 is charged by the output voltage of the solar cell 14, and holds the output voltage of the solar cell 14 for a certain period according to the time constant generated by the capacitor 220, the variable resistor 223, and the resistor 213. More specifically, when the element value of the variable resistor 223 is VR, the element value of the resistor 213 is R1, and the element value of the capacitor 220 is C1, it corresponds to the time constant indicated by C1 ⁇ (VR + R1). Hold time and voltage.
  • the capacitor 221 is composed of, for example, an electrolytic capacitor, and is connected in parallel with the resistor 214.
  • the capacitor 221 is charged by the output voltage of the solar cell 14 and holds the output voltage of the solar cell 14 for a certain period according to the time constant generated by the capacitor 221 and the resistor 214. More specifically, when the element value of the resistor 214 is R2 and the element value of the capacitor 221 is C2, the voltage is held for a time corresponding to the time constant indicated by C2 ⁇ R2.
  • the time constant C1 ⁇ (VR + R1) generated by the capacitor 220, the variable resistor 223, and the resistor 213, and the time constant C2 ⁇ R2 generated by the capacitor 221 and the resistor 214 are C1 ⁇ (VR + R1) >> C2 ⁇ R2. It is set to have a relationship.
  • C1 ⁇ (VR + R1) is a time constant of several seconds, and C2 ⁇ R2 is a shorter time constant.
  • the variable resistor 223 has a variable terminal connected to the input terminal of the comparator 224 via the resistor 215. By operating the variable resistor 223, the voltage input to the comparator 224 can be adjusted, and the voltage ratio at which the comparator 224 is turned on can be set.
  • Resistors 215 and 216 are input resistors of the comparator 224, and are adjusted so that the current input to the comparator 224 is within an appropriate range.
  • the comparator 224 compares the output voltage of the variable resistor 223 and the output voltage of the resistor 214. If the output voltage of the variable resistor 223 is higher, the comparator 224 sets the output signal to the high state, and otherwise outputs the output signal. Is low.
  • Resistor 217 and capacitor 222 constitute a smoothing circuit that smoothes and outputs the output of comparator 224. This prevents chattering and the like of the electromagnetic relay 226.
  • the transistor 225 is composed of, for example, an NPN bipolar transistor. When the output signal of the comparator 224 is in a high state, the transistor 225 is in an on state and passes a current through the electromagnetic relay 226 connected to the collector so that the transistor 225 is in a low state. When it becomes, it will be in an OFF state and the electric current to the electromagnetic relay 226 will be interrupted
  • the electromagnetic relay 2226 when the transistor 225 is turned on, a current is passed through the coil, the contact is switched and the output signal is in a high state. In other cases, the output signal is in a low state.
  • the output signal of the electromagnetic relay 226 is supplied to the charging control circuit 22.
  • a high / low signal is output by turning on / off the electromagnetic relay 226 according to the output of the comparator 224 is shown here, the comparator 224 or the transistor 225 is not used without using the electromagnetic relay 226.
  • the output signal may be output as it is. There is no particular limitation on how the charging current is controlled by receiving the output of the comparator 224.
  • the DC power generated by the solar cell 14 is supplied to the power conditioner 12 via the connection box 13.
  • the power conditioner 12 converts the DC power into AC power having the same voltage, the same frequency, and the same phase as the commercial power supply and outputs the AC power.
  • the AC power output in this way is supplied to the distribution board 3 via the interconnection breaker 11.
  • the AC power supplied to the distribution board 3 is distributed to a load (not shown) (for example, a home appliance) connected to the distribution board 3.
  • the power supplied from the power conditioner 12 is larger than the power supplied to the load, the surplus power is reversely flowed (sold) to the commercial power supply via the power meter 2.
  • the power supplied from the power conditioner 12 is smaller than the power supplied to the load, the insufficient power is supplied (purchased) from the commercial power supply via the wattmeter 2.
  • the power plug 26 of the charging device 20 is not connected to the stand-alone operation outlet 12a, but is connected to an outlet connected to the distribution board 3, and is charged by commercial power or power from the solar cell 14. Is done.
  • the charging control circuit 22 executes a normal charging process instead of a process described later. In other words, the charging control circuit 22 performs charging with a certain amount of current at the start of charging, and executes control to gradually reduce the current when it approaches full charging. Thereby, the storage battery 23 can be fully charged in a short time.
  • the operation when power supply from the commercial power supply is stopped due to a power failure or the like will be described.
  • the user operates an operation unit (not shown) of the power conditioner 12 to switch the power conditioner 12 to the independent operation mode.
  • the independent operation outlet 12a of the power conditioner 12 thereby, about 1.5 kW of electric power can be obtained from the independent operation outlet 12a of the power conditioner 12 at the maximum.
  • FIG. 3 shows an example of a load connected to the autonomous operation outlet 12a, an electric current flowing through the load, an input voltage to the power conditioner 12, a voltage change per 10 W, and a voltage change rate in the autonomous operation mode.
  • FIG. 4 shows the relationship shown in FIG. 3 as a graph.
  • the load connected to the independent operation outlet 12a increases, the DC voltage (output voltage of the solar cell 14) input to the power conditioner 12 gradually increases with a slight change rate accordingly. Decrease.
  • the load changes rapidly from the vicinity of the maximum power point (in the example of FIGS. 3 and 4, around 850 W) and exceeds the power indicated by x in FIG.
  • the power conditioner 12 shuts down, and the power to the load Is stopped. When falling into such a state, it is often necessary for the user to manually restart the inverter 12. For this reason, when charging by connecting a conventional charging device to the self-sustained operation outlet 12a, for example, when the amount of power generation of the solar cell 14 is reduced due to the influence of clouds or the like during charging, and the power consumption of the charging device falls below In some cases, the power conditioner 12 shuts down, and when it is not noticed by the person, the power conditioner 12 does not recover as it is, so that it may remain in a state where it cannot be charged.
  • the following operation is executed to solve such a problem. That is, in the self-sustained operation mode, when the power plug 26 of the charging device 20 is connected to the self-sustained operation outlet 12a in order to charge the storage battery 23, the charge control circuit 22 is supplied from the AC-DC inverter 24 to the storage battery 23.
  • the charging current is increased by a certain amount (for example, a current corresponding to 10 W) from the state of 0A.
  • the output signal of the delta V determination circuit 21 is referred to, and the voltage decrease rate (value obtained by dividing the voltage decrease amount by the voltage) before and after the load increase input to the power conditioner 12 is obtained.
  • the charging current is gradually increased as time passes under the control of the charging control circuit 22.
  • the load gradually increases in FIG. 4, so that the DC input voltage (the output voltage of the solar cell 14) gradually decreases.
  • the voltage reduction rate when the load is increased It grows rapidly.
  • the delta V determination circuit 21 detects a voltage decrease rate based on two different time constants (that is, C1 ⁇ (VR + R1) and C2 ⁇ R2), and the decrease rate exceeds a predetermined threshold value (for example, 1%).
  • the charging control circuit 22 decreases the charging current by a predetermined amount (for example, a current corresponding to several tens of watts), so that the charging current decreases by a predetermined amount as shown in FIG. For this reason, the charging current decreases (load is reduced) before reaching the mark x shown in FIG. 4, so that the power conditioner 12 can be prevented from shutting down.
  • a predetermined amount for example, a current corresponding to several tens of watts
  • the charging current is decreased at time T1
  • the charging current is increased again, and at time T2, as shown in FIG. 5B, the delta V determination circuit.
  • the output of 21 goes high and the charging current is reduced by a predetermined amount.
  • the arrival level of the charging current is increased from the time T1 in an example when the power generation amount of the solar cell 14 is increased.
  • the arrival level of the charging current is substantially the same as at time T2.
  • the power generation amount is further increased, and a high pulse is not generated from the delta V determination circuit 21, so that the maximum charging current is reached.
  • step S 1 the charging control circuit 22 receives an output signal from the delta V determination circuit 21.
  • the delta V determination circuit 21 receives the output voltage of the solar cell 14 and detects temporal changes in the output voltage based on two different time constants (C1 ⁇ (VR + R1) and C2 ⁇ R2).
  • C1 ⁇ (VR + R1) >> C2 ⁇ R2
  • C1 ⁇ (VR + R1) is a time constant of about several seconds
  • C2 ⁇ R2 is a shorter time constant. From 223, a voltage corresponding to the output voltage of the solar cell 14 before the change of the charging current is output, and from the resistor 214, a voltage corresponding to the output voltage of the solar cell 14 after the change of the charging current is output.
  • the comparator 224 compares these, and when the voltage decrease rate after the change is equal to or greater than a predetermined threshold value, the comparator 224 sets the output to a high state, and otherwise sets it to a low level. As a result, when the output of the comparator 224 is in a high state, the electromagnetic relay 226 is driven, and the output of the delta V determination circuit 21 is in a high state. Otherwise, the output is in a low state. .
  • the charge control circuit 22 receives the output signal of the delta V determination circuit 21.
  • step S2 the charging control circuit 22 determines whether or not the output of the delta V determination circuit 21 is high. If the output is high (step S2: Yes), the process proceeds to step S4, and otherwise ( In step S2: No), the process proceeds to step S3. For example, in FIG. 5, since the delta V determination circuit 21 is in the high state at the timings T1, T2, and T3, the determination is Yes and the process proceeds to step S4. Otherwise, the process proceeds to step S3.
  • step S3 the charging control circuit 22 increases the charging current to the storage battery 23 by a predetermined amount. For example, the charging control circuit 22 increases the charging current to the storage battery 23 by 10 W. Then, the process proceeds to step S5.
  • step S4 the charging control circuit 22 decreases the charging current to the storage battery 23 by a predetermined amount.
  • the charging control circuit 22 reduces the charging current to the storage battery 23 by several tens of watts.
  • the charging current is set to zero.
  • the process proceeds to step S5.
  • the charging current decreases by a certain amount as shown at times T1, T2, and T3 in FIG. Note that the amount of decrease in the charging current at this time is set to be larger than the amount of increase in step S3 (for example, set as 10 W and several tens of W as described above).
  • step S5 the charge control circuit 22 determines whether or not to end the process. If it is determined not to end the process (step S5: No), the process returns to step S1 and the same process as described above. Is repeated, and in other cases (step S5: Yes), the process is terminated.
  • a method for determining whether or not to end the process for example, there is a method for ending the process when the voltage of the storage battery 23 reaches a certain voltage value determined by the type of the storage battery 23.
  • a mode (generally referred to as trickle charging) in which charging is performed little by little as much as is lost due to discharge including spontaneous discharge may be entered.
  • the charging current to the storage battery 23 is gradually increased, and when the rate of decrease in the voltage of the solar battery 14 is equal to or greater than a predetermined threshold, the charging current is decreased by a predetermined amount (for example, Since the load power is not made larger than the power supplied from the solar battery during the independent operation of the power conditioner 14), it is possible to prevent the power conditioner 12 during the independent operation from being shut down. As a result, it is possible to prevent the power conditioner 12 from shutting down without knowing to stop charging. Further, it is possible to save the user from having to restart the power conditioner 12. Furthermore, the storage battery 23 can be charged even when the generated power of the solar battery 14 is smaller than the required input power (for example, rated input power) of the charging device 20.
  • a predetermined amount for example, Since the load power is not made larger than the power supplied from the solar battery during the independent operation of the power conditioner 14
  • the output voltage of the solar cell 14 is A / D converted to a digital signal, and a DSP (Digital Signal Processor) or CPU (Central The same processing may be realized by the Processing Unit).
  • DSP Digital Signal Processor
  • CPU Central The same processing may be realized by the Processing Unit.
  • the charging current is always reduced by a certain amount. It may be changed. For example, when the charging current at the time when the output of the delta V determination circuit 21 becomes high is increasing in time (for example, the charging current at times T1, T2, T3 increases as shown in FIG. If the charging current is substantially constant over time, the output of the solar cell 14 is increasing or constant. In such a case, the amount of decrease in the charging current is set small. When the charging current at the time when the output of the delta V determination circuit 21 becomes high is decreasing with time, the output of the solar cell 14 decreases. In such a case, the highest priority is not to shut down the power conditioner 12 in such a case, and a large reduction amount of the charging current can be set.
  • control is performed according to the magnitude of the voltage decrease rate when the charging current is increased.
  • the control is based on the voltage decrease amount, not the voltage decrease rate. May be performed.
  • the determination may be made based on the current reduction rate or amount instead of the voltage, or based on the power reduction rate or amount.

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Abstract

　自立運転時においても、蓄電池を十分に充電することが可能な充電装置を提供すること。　自立運転機能を有するパワーコンディショナ１２の自立運転コンセント１２ａから供給される電力により蓄電池を充電可能な充電装置２０において、蓄電池２３への充電電流を増減する増減手段（充電制御回路２２）と、発電電源（太陽電池１４）からパワーコンディショナ１２に供給される電圧または電流の時間的変化を検出する検出手段（デルタＶ判定回路２１）と、増減手段によって充電電流を時間の経過とともに増加させ、検出手段によって検出される電圧または電流の時間的減少量が所定の閾値よりも小さい場合には増減手段による充電電流の増加を継続し、電圧または電流の時間的減少量が所定の閾値以上である場合には増減手段によって充電電流を所定量減少させる制御を行う制御手段（充電制御回路２２）と、を有する。

Description

充電装置
　本発明は、充電装置に関するものである。
　東日本大震災における停電によって、蓄電池による非常電源装置が重要視されるようになっている。また、東日本大震災の様な大規模災害では長期停電に対応した蓄電装置の必要性が叫ばれており、例えば、太陽電池からの直接充電を可能にした装置に関する技術も提案されている。
　特許文献１には、電圧計により蓄電池の充電電流を検出し、この充電電流が最大になるようにスイッチを制御することで、簡単な構成で、蓄電池を太陽電池によって効率良く充電する技術が開示されている。
　また、特許文献２には、蓄電池から放電用ダイオードおよびリレーを介してパワーコンディショナの入力側に至る放電経路とは別に、パワーコンディショナの出力側から蓄電池へ至る充電経路を備えることで、連系運転時にも太陽電池からの充電が可能となる技術が開示されている。
特開平０７－２００９６３号公報 特開２００８－１３１７５９号公報
　ところで、特許文献１に開示された技術では、商用電源との連系は考慮されていない。また、特許文献２に開示された技術では、商用電源との連系は考慮されているが、新たな回路の追加が必要となることから、既存のパワーコンディショナには適用することができない。このため、これらの技術は、全国で１００万世帯以上に配備された太陽光発電装置には適用することができないという問題点がある。
　一方、既存の太陽光発電装置では、パワーコンディショナが自立運転機能を有していることから、この自立運転機能を利用すれば、長期停電時でも昼間には最大で約１．５ｋＷの交流電力を得ることができる。このため、この自立運転機能を利用することで、蓄電池を充電することも考えられる。
　しかしながら、一般の太陽光発電装置では、自立運転時において、負荷電力が太陽電池から供給される電力よりも大きくなった場合には、パワーコンディショナがシャットダウンしてしまう。また、このようなシャットダウンが生じた場合、パワーコンディショナを手動で再起動させない限り復帰しないことが多い。このため、例えば、１ｋＷの入力電力が必要な蓄電装置を、太陽光発電装置の自立運転によって充電しようとした場合、曇や雨の場合等のように１ｋＷ以下の発電電力しか得られない日には充電を開始することができず、また、快晴の日には当初は充電が開始できたとしても、雲が掛かって太陽電池に影が出来た途端にパワーコンディショナがシャットダウンして充電を中止するという事態が発生する。このため、既存の太陽光発電装置では、蓄電池を十分に充電することができないという問題点がある。
　本発明は、上記のような課題を鑑みて行われたものであり、パワーコンディショナの自立運転時においても、蓄電池を十分に充電することが可能な充電装置を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本発明は、自立運転機能を有するパワーコンディショナの自立運転コンセントから供給される電力により蓄電池を充電可能な充電装置において、前記蓄電池への充電電流を増減する増減手段と、発電電源から前記パワーコンディショナに供給される電圧または電流の時間的変化を検出する検出手段と、前記増減手段によって前記充電電流を時間の経過とともに増加させ、前記検出手段によって検出される前記電圧または電流の時間的減少量が所定の閾値よりも小さい場合には前記増減手段による前記充電電流の増加を継続し、前記電圧または電流の時間的減少量が所定の閾値以上である場合には前記増減手段によって前記充電電流を所定量減少させる制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
　このような構成によれば、自立運転時においても、蓄電池を十分に充電することが可能となる。
　また、発明の一側面は、上記発明に加えて、前記発電電源は太陽電池であり、前記制御手段は、前記太陽電池から前記パワーコンディショナを介して前記蓄電池へ供給される充電電流を制御することを特徴とする。
　このような構成によれば、日照状態によって時々刻々と変化する太陽電池であっても、蓄電池を十分に充電することができる。
　また、発明の一側面は、上記発明に加えて、前記制御手段は、前記電圧または電流の時間的減少量を電圧値または電流値で除して得られる減少率が所定の閾値よりも小さい場合には前記増減手段による前記充電電流の増加を継続し、前記減少率が所定の閾値以上である場合には前記増減手段によって前記充電電流を所定量減少させることを特徴とする。
　このような構成によれば、電圧または電流の減少率を参照することで、パワーコンディショナがシャットダウンすることを確実に防ぐことができる。
　また、発明の一側面は、上記発明に加えては、前記検出手段は、前記発電電源からの電圧または電流を、異なる２つの時定数を有する回路を介して入力し、これら２つの回路の出力を比較することで、前記電圧または電流の時間的減少量または時間的減少率を検出することを特徴とする。
　このような構成によれば、簡単な回路構成により、電圧の時間的減少量または時間的減少率を確実に検出することができる。
　本発明によれば、パワーコンディショナの自立運転時においても、蓄電池を十分に充電することが可能な充電装置を提供することが可能となる。
本発明の実施形態の構成例を示すブロック図である。 図１に示すデルタＶ判定回路の構成例を示す回路図である。 パワーコンディショナの負荷を変化した場合における電流、入力電圧、電圧変化、および、変化率の関係を示す表である。 パワーコンディショナの負荷を変化した場合における電流、入力電圧、電圧変化、および、変化率の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の動作を説明するための図である。 本発明の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
　次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）実施形態の構成の説明
　図１は本発明の実施形態に係る充電装置と、太陽光発電装置とを組み合わせたシステムの全体像を表す。この図に示すように、太陽光発電装置１０は一般的に商用電源系統１と連携して構成されており、本発明の実施形態に係る充電装置２０はその商用電源系統１および太陽光発電装置１０に接続して使う。
　太陽光発電装置１０は、連系ブレーカ１１、パワーコンディショナ１２、接続箱１３、および、太陽電池１４を有している。また、充電装置２０は、デルタＶ判定回路２１、充電制御回路２２、蓄電池２３、ＡＣ－ＤＣインバータ２４、および、ＤＣ－ＡＣインバータ２５を有している。また、商用電源系統１は、電力計２および分電盤３を有している。
　ここで、商用電源系統１の電力計２は、商用電源から供給（買電）される電力量または太陽光発電装置１０から商用電源へ供給（売電）される電力量を測定して表示する。分電盤３は、商用電源またはパワーコンディショナ１２から供給される電力を、各負荷に分配するとともに、各負荷の電力消費量が規定値を超える場合には遮断する遮断装置を有している。
　太陽光発電装置１０の連系ブレーカ１１は、オンの状態では太陽光発電装置１０を商用電源系統１に連系させ、オフの状態では太陽光発電装置１０を商用電源系統１から切り離す。
　パワーコンディショナ１２は、太陽電池１４が発生した直流電力を商用電源と同じ電圧（例えば、１００Ｖ）、同じ周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）、および、同じ位相を有する交流電力に変換する。また、パワーコンディショナ１２は、商用電源に無関係に、太陽電池１４で発生した直流電力を交流電力に変換し、自立運転コンセント１２ａから出力する自立運転機能を有していることが一般的である。これにより、商用電源が停電している場合であっても、パワーコンディショナ１２の図示しない操作部を操作して自立運転モードに設定し、自立運転コンセント１２ａに負荷を接続することで、負荷に最大で１．５ｋＷ程度の電力を供給することができる。なお、図１の例では、自立運転コンセント１２ａには、充電装置２０の電源プラグ２６が接続可能とされている。
　接続箱１３は、複数のパネルより構成される太陽電池１４のそれぞれのパネルで発電した直流電力を統合し、パワーコンディショナ１２に供給する。太陽電池１４は、複数のパネルによって構成され、太陽光を直流電力に変換して出力する。
　充電装置２０のデルタＶ判定回路２１は、パワーコンディショナ１２に入力される電圧の時間的減少率を検出し、時間的減少率が所定の閾値以上の場合には出力信号をハイの状態にし、それ以外の場合にローの状態にする。充電制御回路２２は、デルタＶ判定回路２１の出力信号に基づいて、ＡＣ－ＤＣインバータ２４から蓄電池２３へ流れる充電電流を制御（増減）しながら蓄電池２３を充電する機能を有する。
　蓄電池２３は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、鉛蓄電池その他の二次電池によって構成され、充電制御回路２２から供給される直流電力によって充電されるとともに、ＤＣ－ＡＣインバータ２５に対して充電された直流電力を供給する。
　ＡＣ－ＤＣインバータ２４は、電源プラグ２６から供給される交流電力（ＡＣ）を、直流電力（ＤＣ）に変換して出力する。ＤＣ－ＡＣインバータ２５は、蓄電池２３から供給される直流電力（ＤＣ）を、交流電力（ＡＣ）に変換して、負荷に供給する。
　つぎに、図２を参照して、図１に示すデルタＶ判定回路２１の構成の一例について説明する。この図２に示すようにデルタＶ判定回路２１は、抵抗２１１～２１７、ダイオード２１８，２１９、コンデンサ２２０～２２２、可変抵抗２２３、コンパレータ２２４、トランジスタ２２５、および、電磁リレー２２６を有している。
　ここで、抵抗２１１，２１２は直列接続された状態で太陽電池１４の出力に接続される。これにより、抵抗２１１，２１２は、太陽電池１４の出力電圧をこれらの素子値に応じて分圧して出力する。
　ダイオード２１８，２１９は電圧保持用のダイオードであり、太陽電池１４の電圧が低下した場合には逆バイアス状態となって遮断状態となり、コンデンサ２２０，２２１の電圧を一定時間保持する。
　コンデンサ２２０は、例えば、電解コンデンサによって構成され、可変抵抗２２３および抵抗２１３と並列接続される。このコンデンサ２２０は、太陽電池１４の出力電圧によって充電され、コンデンサ２２０と可変抵抗２２３および抵抗２１３によって生じる時定数に応じて、太陽電池１４の出力電圧を一定期間保持する。より具体的には、可変抵抗２２３の素子値をＶＲとし、抵抗２１３の素子値をＲ１とし、コンデンサ２２０の素子値をＣ１とした場合に、Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）によって示される時定数に応じた時間、電圧を保持する。
　コンデンサ２２１は、例えば、電解コンデンサによって構成され、抵抗２１４と並列接続される。このコンデンサ２２１は、太陽電池１４の出力電圧によって充電され、コンデンサ２２１と抵抗２１４によって生じる時定数に応じて、太陽電池１４の出力電圧を一定期間保持する。より具体的には、抵抗２１４の素子値をＲ２とし、コンデンサ２２１の素子値をＣ２とした場合に、Ｃ２・Ｒ２によって示される時定数に応じた時間、電圧を保持する。なお、前述したコンデンサ２２０ならびに可変抵抗２２３および抵抗２１３によって生じる時定数Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）と、コンデンサ２２１および抵抗２１４によって生じる時定数Ｃ２・Ｒ２とは、Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）＞＞Ｃ２・Ｒ２の関係を有するように設定されている。なお、Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）は数秒程度の時定数であり、Ｃ２・Ｒ２はそれよりも短い時定数である。
　可変抵抗２２３は、可変端子が抵抗２１５を介してコンパレータ２２４の入力端子に接続されている。この可変抵抗２２３を操作することで、コンパレータ２２４に入力される電圧を調整し、コンパレータ２２４がオンする電圧比を設定することができる。
　抵抗２１５，２１６は、コンパレータ２２４の入力抵抗であり、コンパレータ２２４に入力される電流が適正な範囲になるように調整する。
　コンパレータ２２４は、可変抵抗２２３の出力電圧と、抵抗２１４の出力電圧を比較し、可変抵抗２２３の出力電圧の方が高い場合には出力信号をハイの状態とし、それ以外の場合には出力信号をローの状態とする。
　抵抗２１７およびコンデンサ２２２は平滑化回路を構成し、コンパレータ２２４の出力を平滑化して出力する。これにより、電磁リレー２２６のチャタリング等の発生を防止する。
　トランジスタ２２５は、例えば、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタによって構成され、コンパレータ２２４の出力信号がハイの状態になった場合にはオンの状態となってコレクタに接続された電磁リレー２２６に電流を通じ、ローの状態になった場合にはオフの状態となって電磁リレー２２６への電流を遮断する。
　電磁リレー２２６は、トランジスタ２２５がオンの状態になった場合にはコイルに電流が通じて接点が切り替わって出力信号がハイの状態となり、それ以外の場合には出力信号がローの状態になる。この電磁リレー２２６の出力信号は、充電制御回路２２に供給される。なお、ここでは、コンパレータ２２４の出力によって電磁リレー２２６をオン／オフすることで、ハイ／ローの信号を出力する例を示しているが、電磁リレー２２６を使用せずに、コンパレータ２２４またはトランジスタ２２５の出力信号をそのまま出力するようにしてもよい。コンパレータ２２４の出力を受けて、どのように充電電流を制御するかについては、特に限定されない。
（Ｂ）実施形態の動作の説明
　つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、平常時の動作と、商用電源が停電等によって停止した場合の動作についてそれぞれ説明する。
　まず、商用電源が正常に動作している平常時には、太陽電池１４で発電された直流電力は、接続箱１３を介して、パワーコンディショナ１２に供給される。パワーコンディショナ１２では、直流電力を商用電源と同じ電圧、同じ周波数、かつ、同じ位相の交流電力に変換して出力する。このようにして出力され交流電力は、連系ブレーカ１１を介して分電盤３に供給される。分電盤３に供給された交流電力は、分電盤３に接続されている図示しない負荷（例えば、家電製品等）に分配される。ここで、負荷に供給される電力よりも、パワーコンディショナ１２から供給される電力の方が大きい場合には、余剰電力は電力計２を介して商用電源に対して逆潮流（売電）される。また、負荷に供給される電力よりも、パワーコンディショナ１２から供給される電力の方が小さい場合には、不足電力は電力計２を介して商用電源から供給（買電）される。
　平常時においては、充電装置２０の電源プラグ２６は、自立運転コンセント１２ａには接続されずに、分電盤３に接続されているコンセントに接続され、商用電源または太陽電池１４からの電力によって充電される。なお、この場合には、充電制御回路２２は、後述する処理ではなく、通常の充電処理を実行する。すなわち、充電制御回路２２は、充電開始時には、ある程度大きい電流により充電を実行し、満充電に近づくと、電流を徐々に絞る制御を実行する。これにより、短時間で確実に蓄電池２３を満充電状態にすることができる。
　つぎに、停電等によって商用電源からの電力の供給が停止した場合の動作について説明する。このような場合、ユーザは、パワーコンディショナ１２の図示しない操作部を操作し、パワーコンディショナ１２を自立運転モードに切り替える。これにより、パワーコンディショナ１２の自立運転コンセント１２ａからは、最大で１．５ｋＷ程度の電力を得ることができる。
　まず、自立運転モードにおけるパワーコンディショナ１２の動作について説明する。図３は自立運転モードにおいて、自立運転コンセント１２ａに接続される負荷と、負荷に流れる電流、パワーコンディショナ１２への入力電圧、１０Ｗ当たりの電圧変化、および、電圧の変化率の一例を示しており、また、図４は図３に示す関係をグラフとして示している。これらの図に示すように、自立運転コンセント１２ａに接続する負荷が増加すると、それに応じて、パワーコンディショナ１２に入力される直流電圧（太陽電池１４の出力電圧）が僅かの変化率で徐々に減少する。そして、負荷が最大電力点付近（図３，４の例では、８５０Ｗ付近）から急激に変化し、図４に×印で示す電力を超えると、パワーコンディショナ１２がシャットダウンし、負荷への電力の供給が停止される。このような状態に陥った場合、パワーコンディショナ１２をユーザが手動で再起動する必要が生じることが多い。このため、従来の充電装置を自立運転コンセント１２ａに接続して充電する場合、例えば、充電中に、雲の影響等によって太陽電池１４の発電量が減少し、充電装置の消費電力を下回った場合には、パワーコンディショナ１２がシャットダウンし、人が気づかない場合にはそのまま回復しないことから、充電ができないままの状態となる場合があった。
　本実施形態では、このような不具合を解消するために、以下のような動作が実行される。すなわち、自立運転モードにおいて、蓄電池２３を充電するために、充電装置２０の電源プラグ２６が自立運転コンセント１２ａに接続されると、充電制御回路２２は、ＡＣ－ＤＣインバータ２４から蓄電池２３に供給される充電電流を、０Ａの状態から一定量（例えば、１０Ｗに相当する電流）だけ増加させる。そして、そのとき、デルタＶ判定回路２１の出力信号を参照し、パワーコンディショナ１２に入力される負荷増加の前後での電圧の減少率（電圧減少量を電圧で除して得られる値）が所定の閾値未満である場合には同様の動作を継続し、減少率が所定の閾値以上（例えば、１％以上）である場合には充電電流を０に設定するか、あるいは、所定量（例えば、数十Ｗ）減少させる。例えば、負荷を１０Ｗ増加した場合に、電圧が２７０Ｖから２６５Ｖに減少した場合には、電圧減少率は１．８５％（＝（２７５－２６５）／２７０）であり、１％以上であるので、充電電流が０に設定されるか、あるいは、５０Ｗ減少させる。
　より詳細には、図５（Ａ）に示すように、時刻Ｔ０において充電が開始されると、充電制御回路２２の制御により、充電電流が時間の経過とともに、徐々に増加される。充電電流が増加すると、図４において、負荷が徐々に増加する状態になるので、直流入力電圧（太陽電池１４の出力電圧）が徐々に減少する。そして、負荷が増大して最大発電電力ポイント付近（Ｉ－Ｖカーブ（図４参照）の肩付近）を超えると（図４では８５０Ｗを超えると）、負荷を増大したときの電圧の減少率が急激に大きくなる。デルタＶ判定回路２１は、２つの異なる時定数（すなわち、Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）とＣ２・Ｒ２）により、電圧の減少率を検出し、この減少率が所定の閾値（例えば、１％）以上の場合には、コンパレータ２２４の出力がハイの状態となり、電磁リレー２２６の接点の状態が変化し、デルタＶ判定回路２１の出力が図５（Ｂ）に示すように時刻Ｔ１においてハイの状態となる。この結果、充電制御回路２２は、充電電流を所定量（例えば、数十Ｗに対応する電流）減少させるので、図５（Ａ）に示すように充電電流が所定量減少する。このため、図４に示す×印に達する前に、充電電流が減少する（負荷が軽減される）ので、パワーコンディショナ１２がシャットダウンすることを防止できる。一方、電圧の減少率が所定の閾値未満である場合には、充電電流が徐々に増加されるようにする。
　なお、図５（Ａ）の例に示す通り、時刻Ｔ１において、充電電流が減少された後は、再度、充電電流が増加され、図５（Ｂ）に示すように時刻Ｔ２においてデルタＶ判定回路２１の出力がハイの状態になり、充電電流が所定量減少される。このとき、時刻Ｔ１よりも充電電流の到達レベルが増加しているのは、太陽電池１４の発電量が増加した場合の例である。なお、時刻Ｔ３では時刻Ｔ２の場合と発電量が殆ど変化していない例を示し、充電電流の到達レベルは時刻Ｔ２の場合と略同じとなっている。時刻Ｔ３の後は、発電量がさらに増加している場合で、デルタＶ判定回路２１からハイのパルスが発生しないため、最大充電電流まで到達している。
　つぎに、図６を参照して、図１に示す充電制御回路２２において実行される処理の流れについて説明する。図６に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。
　ステップＳ１では、充電制御回路２２は、デルタＶ判定回路２１から出力信号を入力する。具体的には、デルタＶ判定回路２１は、太陽電池１４の出力電圧を入力し、２つの異なる時定数（Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）とＣ２・Ｒ２）により、出力電圧の時間的変化を検出する。このとき、Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）＞＞Ｃ２・Ｒ２であり、また、Ｃ１・（ＶＲ＋Ｒ１）は数秒程度の時定数であり、Ｃ２・Ｒ２はそれよりも短い時定数であるので、例えば、可変抵抗２２３からは充電電流変化前における太陽電池１４の出力電圧に対応する電圧が出力され、一方、抵抗２１４からは充電電流変化後における太陽電池１４の出力電圧に対応する電圧が出力される。コンパレータ２２４はこれらを比較し、変化後の電圧減少率が所定の閾値以上である場合には出力をハイの状態にし、それ以外の場合にはローにする。この結果、コンパレータ２２４の出力がハイの状態になった場合には、電磁リレー２２６が駆動され、デルタＶ判定回路２１の出力がハイの状態になり、それ以外の場合にはローの状態になる。充電制御回路２２は、デルタＶ判定回路２１の出力信号を入力する。
　ステップＳ２では、充電制御回路２２は、デルタＶ判定回路２１の出力がハイであるか否かを判定し、ハイである場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）にはステップＳ４に進み、それ以外の場合（ステップＳ２：Ｎｏ）にはステップＳ３に進む。例えば、図５において、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のタイミングでは、デルタＶ判定回路２１がハイの状態であるので、Ｙｅｓと判定してステップＳ４に進み、それ以外の場合にはステップＳ３に進む。
　ステップＳ３では、充電制御回路２２は、蓄電池２３への充電電流を所定量増加させる。例えば、充電制御回路２２は、蓄電池２３への充電電流を１０Ｗ増加させる。そしてステップＳ５に進む。
　ステップＳ４では、充電制御回路２２は、蓄電池２３への充電電流を所定量減少させる。例えば、充電制御回路２２は、蓄電池２３への充電電流を数十Ｗ減少させる。あるいは、充電電流を０にする。そしてステップＳ５に進む。これにより、図５（Ａ）の時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に示すように充電電流が一定量減少する。なお、このときの充電電流の減少量は、ステップＳ３における増加量よりも大きくなるように設定する（例えば、前述のように１０Ｗと数十Ｗのように設定する）。
　ステップＳ５では、充電制御回路２２は、処理を終了するか否かを判定し、処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）にはステップＳ１に戻って、前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）には処理を終了する。なお、処理を終了するか否かの判定方法としては、例えば、蓄電池２３の電圧が蓄電池２３の種類によって定まるある電圧値になった場合には処理を終了する方法がある。なお、充電終了後に、自然放電を含む放電で失われた分だけ少しずつ充電するモード（一般にトリクル充電と呼ぶ）に入るようにしてもよい。
　以上の処理によれば、蓄電池２３への充電電流を徐々に増加させ、太陽電池１４の電圧の減少率が所定の閾値以上の場合には、充電電流を所定量減少させるようにしたので（たとえば、パワーコンディショナ１４の自立運転時において、負荷電力を太陽電池から供給される電力よりも大きくならないようにしたので）、自立運転中のパワーコンディショナ１２がシャットダウンされることを防止できる。これにより、パワーコンディショナ１２が知らない間にシャットダウンされて充電が停止することを防止することができる。また、ユーザがパワーコンディショナ１２を再起動する手間を省略することができる。さらに、太陽電池１４の発電電力が充電装置２０の必要な入力電力（例えば、定格入力電力）よりも小さい場合であっても、蓄電池２３を充電することができる。
（Ｃ）変形実施形態の説明
　以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、発電電源として太陽電池１４を使用する場合を例に挙げて説明したが、これ以外にも、例えば、風力発電や水力発電を用いることも可能である。
　また、以上の実施形態では、デルタＶ判定回路２１として、異なる時定数の回路と、コンパレータ２２４とを用いるようにしたが、このような構成は一例であって、これ以外の構成を用いることも可能である。例えば、太陽電池１４の出力電圧をＡ／Ｄ変換してデジタル信号に変換し、変換後のデジタルデータに基づいて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはＣＰＵ（Central
Processing Unit）によって、同様の処理を実現するようにしてもよい。
　また、以上の実施形態では、図５に示すように、デルタＶ判定回路２１の出力がハイの状態になった場合には、充電電流を常に一定量減らすようにしたが、状況によって減らす量を変化させるようにしてもよい。例えば、デルタＶ判定回路２１の出力がハイの状態になる時点での充電電流が時間的に増加している場合（例えば、図５のように時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３における充電電流が増加している場合）、または、充電電流が時間的に略一定の場合には、太陽電池１４の出力が増加または一定している状態であるので、そのような場合には充電電流の減少量を少なく設定して、電力の損失を少なくし、一方、デルタＶ判定回路２１の出力がハイの状態になる時点での充電電流が時間的に減少している場合には、太陽電池１４の出力が減少している状態であるので、そのような場合にはパワーコンディショナ１２をシャットダウンさせないことを最優先させ、充電電流の減少量を多く設定することができる。
　また、以上の実施形態では、充電電流を増加した場合の電圧の減少率の大小に応じて制御を行うようにしたが、例えば、電圧の減少率ではなく、電圧の減少量に基づいて、制御を行うようにしてもよい。また、電圧ではなく、電流の減少率または減少量に基づいて判定したり、あるいは、電力の減少率または減少量に基づいて判定したりするようにしてもよい。
　１　商用電源系統
　２　電力計
　３　分電盤
　１０　太陽光発電装置
　１１　連系ブレーカ
　１２　パワーコンディショナ
　１３　接続箱
　１４　太陽電池
　２０　蓄電装置
　２１　デルタＶ判定回路（検出手段）
　２２　充電制御回路（増減手段、制御手段）
　２３　蓄電池
　２４　ＡＣ－ＤＣインバータ
　２５　ＤＣ－ＡＣインバータ

Claims (4)

  1. 　自立運転機能を有するパワーコンディショナの自立運転コンセントから供給される電力により蓄電池を充電可能な充電装置において、
    　前記蓄電池への充電電流を増減する増減手段と、
    　発電電源から前記パワーコンディショナに供給される電圧または電流の時間的変化を検出する検出手段と、
    　前記増減手段によって前記充電電流を時間の経過とともに増加させ、前記検出手段によって検出される前記電圧または電流の時間的減少量が所定の閾値よりも小さい場合には前記増減手段による前記充電電流の増加を継続し、前記電圧または電流の時間的減少量が所定の閾値以上である場合には前記増減手段によって前記充電電流を所定量減少させる制御を行う制御手段と、
    　を有することを特徴とする充電装置。
  2. 　前記発電電源は太陽電池であり、
    　前記制御手段は、前記太陽電池から前記パワーコンディショナを介して前記蓄電池へ供給される充電電流を制御する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
  3. 　前記制御手段は、前記電圧または電流の時間的減少量を電圧値または電流値で除して得られる減少率が所定の閾値よりも小さい場合には前記増減手段による前記充電電流の増加を継続し、前記減少率が所定の閾値以上である場合には前記増減手段によって前記充電電流を所定量減少させる、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電装置。
  4. 　前記検出手段は、前記発電電源からの電圧または電流を、異なる２つの時定数を有する回路を介して入力し、これら２つの回路の出力を比較することで、前記電圧または電流の時間的減少量または時間的減少率を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電装置。
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