WO2019155507A1 - 直流給電システム - Google Patents
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- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33584—Bidirectional converters
Definitions
- the present invention relates to an independent DC power supply system that is not connected to a commercial power source.
- the DC power supply system includes a distributed power supply device (for example, a solar power generation device, a wind power generation device, and a fuel cell), a DC bus that connects the distributed power supply device to a load, and a plurality of DC power supply devices (including storage batteries). , A chargeable / dischargeable power supply device), a converter (for example, a bidirectional DC / DC converter) that respectively connects a plurality of DC power supply devices to a DC bus, and a controller that controls the plurality of converters.
- a distributed power supply device for example, a solar power generation device, a wind power generation device, and a fuel cell
- a DC bus that connects the distributed power supply device to a load
- a plurality of DC power supply devices including storage batteries.
- a chargeable / dischargeable power supply device for example, a bidirectional DC / DC converter
- the controller supplies power from one DC power supply to the DC bus by at least one converter when the voltage supplied to the DC bus from the distributed power supply is different from a predetermined value, Control is performed by at least one converter so as to supply DC power from the DC bus to another DC power supply so as to keep the voltage of the DC bus at a predetermined value.
- the applicant of the present application uses a CC type (constant current charging type) in a configuration using the same specification (that is, the same rated charging capacity (nominal capacity)) as each storage battery.
- CC type constant current charging type
- DC / DC converter By using a bi-directional DC / DC converter, charging is performed with a common current value even when charging each storage battery, and discharging is performed with a common current value also during discharging, so that each storage battery is
- a direct current power supply system has been developed that reduces the difference in the remaining battery power and reduces the difference in the number of charge / discharge cycles between the storage batteries.
- the present invention has been made in view of the above problems, and provides a DC power supply system that can greatly reduce variation in battery life when a plurality of storage batteries connected to a DC bus are not fully charged.
- the purpose is to do.
- the direct current power supply system is an independent direct current power supply system that is not connected to a commercial power supply, and includes a direct current bus that serves as a bus for direct current power supply, a power generation device, and power generation by the power generation device.
- the DC voltage is connected between each of the plurality of first storage batteries and the DC bus, and the DC voltage supplied to the DC bus and the DC voltage of the first storage battery are bidirectionally converted, and the DC A plurality of constant current type first bidirectional converters for supplying a DC constant current from the bus to the first storage battery or from the first storage battery to the DC bus, and a control unit;
- the first bidirectional converter When the generated power exceeds the load power when the generated power at the device is compared with the load power supplied to the load device from the second converter, the first bidirectional converter
- the first storage battery is charged by supplying the DC constant current to the corresponding first storage battery at a common charge rate based on the generated power and the differential power of the load power and the DC voltage of the DC bus, and the power generation When the power is less than the load power,
- each first storage battery is in a state where each SOC is aligned (that is, Charging / discharging in a state where the charging voltage is uniform), even when charging / discharging of each first storage battery is repeated, charging / discharging occurs due to a difference in this ratio (that is, charging voltage).
- production of the situation which produces a difference in the number of cycles can be avoided, As a result, it can reduce significantly that dispersion
- control unit executes the capacity calculation process for calculating the current full charge capacity of the plurality of first storage batteries, and when charging the first storage battery, the calculated current full charge capacity. And calculating the DC constant current to be supplied to the first storage battery for each first bidirectional converter based on the common charge rate and discharging the first storage battery, the calculated current.
- the direct current constant current to be supplied to the direct current bus from the first storage battery to the first bidirectional converter may be calculated based on the full charge capacity and the common discharge rate.
- the control unit performs a cycle measurement process for measuring a current cycle number of the plurality of first storage batteries, and in the capacity calculation process, based on the measured current cycle number. It is good to calculate the charge capacity.
- the DC constant current specified for each first bidirectional converter (DC constant current having a common charge rate or DC constant current having a common discharge rate) ) Can be calculated more accurately. Therefore, it is possible to charge and discharge each first storage battery more accurately in a state where the respective SOCs are always aligned. As a result, it is possible to further reduce variation in the battery life of each first storage battery.
- the second storage battery is connected between the second storage battery and the DC bus, and bidirectionally converts the DC voltage supplied to the DC bus and the DC voltage of the second storage battery.
- the DC voltage supplied to the DC bus falls below a preset voltage
- the DC voltage supplied from the second storage battery to the DC bus and to the DC bus is set to a preset voltage. It is good to provide the constant voltage system 2nd bidirectional converter which supplies to the 2nd storage battery from the direct current bus.
- the second bidirectional converter may charge the second storage battery or discharge from the second storage battery in a constant voltage manner to reduce the rapid fluctuation of the DC voltage of the DC bus. it can.
- a capacitor connected to the DC bus and charged with the DC voltage of the DC bus may be provided.
- the capacitor connected to the DC bus is Rapid fluctuation can be reduced.
- the present invention it is possible to greatly reduce the occurrence of variations in the battery life of the plurality of first storage batteries that supply power to the DC bus.
- the DC power supply system 1A includes a DC bus 2, 1 or 2 or more power generators 3 (in this example, two power generators 3a and 3b as an example; hereinafter, also referred to as “power generator 3” when not distinguished), Correspondingly arranged first converter 4 (in this example, two power conditioners 4a and 4b, which will be described later as an example), load device 71 (in this example, two load devices as examples) connected to DC power supply system 1A 71a, 71b, hereinafter referred to as “load device 71” when not distinguished from each other, the second converter 5 (corresponding to two second converters 5a, 5b, which will be described later as an example in this example).
- second converter 5" a plurality of direct-current power supply 6 (DC power supply device 6 1, 6 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 6 n), the third converter 7, and power management
- DC power supply device 6 1, 6 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 6 n DC power supply device 6 1, 6 2, ⁇ ⁇ ⁇ , 6 n
- the third converter 7 and power management
- a stand-alone DC power supply system (commercial power supply (commercial AC power supply)) that can generate a DC voltage based on the power generated by the power generator 3 and supply it to one or more load devices 71. DC power supply system that is not connected).
- the DC bus 2 is laid across the installation location of the power generation device 3, the installation location of each DC power supply device 6, and the installation location of the load device 71, and functions as a DC power supply bus. Further, the DC bus 2 is controlled within a predetermined voltage range including the nominal bus voltage by controlling the charge / discharge operation of a later-described bidirectional DC / DC converter 14 in the plurality of DC power supply devices 6 by the power management device 9.
- the bus voltage Vbs is defined as (for example, within a voltage range of DC340V to DC400V including DC370V as a nominal bus voltage).
- the power generation device 3 is composed of a distributed power supply device.
- the distributed power supply device can be configured by a power generation device using natural regeneration energy such as a solar power generation device and a wind power generation device, or an engine type power generation device using fossil energy such as light oil and gasoline. It is.
- it is composed of one engine-type power generation device 3a and one power generation device 3b using natural regeneration energy.
- the power generation device 3a is activated and stopped by an operation (manual) by an operator, and generates and outputs an alternating voltage V1 having a predetermined voltage value in an operating state.
- the power management device 9 can control the start / stop.
- the power generation device 3a is included in a plurality of DC power supply devices 6 described later, such as when the DC power supply system 1A is first started or when the DC power supply system 1A is restarted after a long-term stop. It is activated when a large amount of charging power is temporarily required for charging the storage battery 11. Therefore, in this example, as an example, the power generation device 3 a is configured to be able to generate power that can sufficiently charge the storage battery 11 while supplying load power to the load device 71.
- the power generation device 3b is composed of one or more solar power generation devices as an example, and automatically generates power during the daytime to generate and output a DC voltage V2.
- the first converter 4 is composed of two power conditioners 4a and 4b arranged corresponding to the two power generation devices 3a and 3b.
- the power conditioner 4a includes an AC / DC converter, and is disposed corresponding to the power generation device 3a. Further, the power conditioner 4a operates with a DC voltage generated internally based on the AC voltage V1, and is controlled by the power management device 9 to use the AC voltage V1 as generated power output from the power generation device 3a.
- the voltage Vbs is converted to a voltage Vs (for example, a voltage that is lower than the upper limit voltage value of the predetermined voltage range and exceeds the nominal bus voltage in the first converter 4), and is supplied to the DC bus 2. . Further, the power conditioner 4a measures the generated power W1 supplied from the power generation device 3a to the DC bus 2 (measured at a predetermined cycle T (for example, every several seconds to several minutes)) to the power management device 9. It has an output power measurement function.
- the power conditioner 4b includes a DC / DC converter as an example, and is disposed corresponding to the power generation device 3b. Further, the power conditioner 4b operates with a DC voltage generated internally based on the DC voltage V2, and is controlled by the power management device 9 to control the power generation operation of the corresponding power generation device 3b, thereby generating generated power. It is configured to be controllable, and a DC voltage V2 as generated power output from the power generator 3b is converted into a bus voltage Vbs and supplied to the DC bus 2. Further, the power conditioner 4b has a power measurement function for measuring the generated power W2 supplied to the DC bus 2 from the power generation device 3b (for example, measuring at a period T) and outputting it to the power management device 9. Yes.
- the second converter 5 is composed of, for example, a DC / DC converter that operates with a DC voltage generated internally based on the bus voltage Vbs.
- the load device 71 DC load
- the second converter 5 includes the load device 71a.
- the second converter 5a also referred to as DC / DC converter 5a
- the second converter 5b also referred to as DC / DC converter 5b
- the DC / DC converter 5a is controlled by the power management device 9 to convert the bus voltage Vbs into a load voltage VLa that is a DC voltage used in the load device 71a (DC voltage conversion). To supply. Further, the DC / DC converter 5a has a current limiting function for limiting the load current supplied from the DC bus 2 to the load device 71a with the upper limit current value set by the power management device 9. Further, the DC / DC converter 5a measures the load power WLa supplied from the DC bus 2 to the load device 71a based on the load voltage VLa and the load current (for example, measured at a period T), and a power management apparatus. 9 has a power measurement function for outputting to the power source 9.
- the DC / DC converter 5b is controlled by the power management device 9 to convert the bus voltage Vbs into a load voltage VLb that is a DC voltage used in the load device 71b (DC voltage conversion) and supply the load voltage to the load device 71b. .
- the DC / DC converter 5 b has a current limiting function that limits the load current supplied from the DC bus 2 to the load device 71 b with the upper limit current value set by the power management device 9.
- the DC / DC converter 5b measures the load power WLb supplied from the DC bus 2 to the load device 71b based on the load voltage VLb and the load current (for example, measured at a cycle T), and a power management device. 9 has a power measurement function for outputting to the power source 9.
- the load devices 71a and 71b are DC loads that operate by receiving supply of load voltages VLa and VLb (hereinafter, also referred to as load voltage VL, unless otherwise specified), which are DC voltages. It consists of lighting equipment that operates, home appliances such as a TV and a refrigerator that operate with a DC voltage, and information devices such as personal computers and portable terminals that operate with a DC voltage.
- the DC power supply device 6 is provided with n DC power supply devices 6 1 , 6 2 ,..., 6 n (n is an integer greater than or equal to 2; hereinafter, also referred to as the DC power supply device 6 unless otherwise specified). Yes.
- Each DC power supply device 6 includes a storage battery 11, a battery management device (BMU (Battery Management Unit)) 12, a contactor 13, and a bidirectional DC / DC converter 14.
- the storage batteries 11 1 , 11 2 ,..., 11 n (hereinafter also referred to as the storage battery 11 unless otherwise distinguished) each have a prescribed power capacity (nominal capacity (rated charge capacity)) and a nominal voltage. The charging operation and the discharging operation are possible within a predetermined use voltage range including the above.
- One of the storage batteries 11 (storage battery 11 1 as the second storage battery) is also used for supplying power to the DC bus 2, but the BMU 12 of each of the DC power supply devices 6 1 to 6 n and It mainly functions as a storage battery that supplies power (operation voltage Vop) for operation between the contactor 13 and the power management device 9. Therefore, the storage battery 11 1 is described below sleep, and in other operating states, except the two states of the state where the contactor 13 1 shifts to the disconnected state corresponding to the storage battery 11 1, as described later, the charge The power management device 9 performs charge / discharge control so that the voltage Vba is lower than the upper limit value of the working voltage range and is equal to or higher than a predetermined voltage threshold value exceeding the lower limit value.
- the storage battery 11 1 is different from the other battery 11 2 ⁇ 11 n, is charged and discharged by the bidirectional DC / DC converter 14 1 CV operates as described below. For this reason, since the storage battery 11 1 generally has a larger number of charge / discharge cycles than the other storage batteries 11 2 to 11 n , even when the number of charge / discharge cycles increases, there is little deterioration (influence on lifespan).
- the battery is composed of a small number of expensive storage batteries (for example, a lithium ion battery or a NAS battery (sodium sulfur battery)).
- the expensive second battery is a minimum number (one of the storage battery 11 1 only) as in this example, is allowed The number can be increased within a range.
- the storage battery 11 2 ⁇ 11 n as a first battery other than the storage battery 11 1 is used mainly for power supply to the DC bus 2, the number is large.
- the storage batteries 11 2 to 11 n are generally constituted by a storage battery such as a lead storage battery or a nickel hydride battery that has a large capacity and is inexpensive.
- the storage batteries 11 2 to 11 n are configured of storage batteries of the same type and the same capacity (the same nominal capacity). However, even with storage batteries having the same nominal capacity, there are individual differences (variations) in the actual full charge capacity.
- the actual full charge capacity of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is measured in advance using a known measurement method (for example, a current integration method (Coulomb counter method)) and stored in the power management device 9. It shall be.
- a known measurement method for example, a current integration method (Coulomb counter method)
- the storage batteries 11 2 to 11 n can use storage batteries having different nominal capacities, in this case as well, the actual full charge capacity of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is measured in advance, and the power management device 9 is stored.
- each storage battery 11 1, 11 2 corresponding, ..., are respectively disposed 11 n, later
- the operation voltage Vop operates.
- each BMU 12 measures the charge voltage Vba of the storage battery 11 as an example in the operating state and measures the current value of the charge / discharge current of the storage battery 11 to determine the SOC (State of charge). ), And a function of outputting information including the measured charging voltage Vba, the current value of the charging / discharging current, and the calculated SOC to the power management apparatus 9 as battery information at a predetermined period T.
- the BMU 12 executes the control content indicated by the contactor control information to the contactor 13 (when the control content is a disconnection instruction, the contactor 13 is shifted to the disconnection state). And when the control content is a connection instruction, the contactor 13 is shifted to a connected state.
- Each BMU 12 stores in advance a data table indicating the relationship between the charging voltage Vba and the SOC of the corresponding storage battery 11 (the relationship that the SOC increases as the charging voltage Vba increases). Is configured to obtain (calculate) the current SOC from the measured charging voltage Vba by referring to this data table.
- Contactor 13 1, 13 2, ..., 13 n (hereinafter, when not particularly distinguished, also referred to as contactor 13), the corresponding storage battery 11 1, 11 2, ..., and positive and negative 11 n, corresponding bidirectional DC / DC converter 14 1, 14 2,..., the storage battery 11 1, 11 2 at 14 n, ..., it is disposed between the pair of output terminals of the 11 n-side, below The operation voltage Vop operates.
- Each contactor 13 is controlled by the corresponding BMU 12 to shift to any one of the disconnected state and the connected state. When in the disconnected state, the positive and negative electrodes and the pair of input / output terminals Is disconnected (disconnected), and in the connected state, the positive electrode and the negative electrode are connected to the pair of input / output terminals.
- the bidirectional DC / DC converters 14 1 , 14 2 ,..., 14 n are a pair of input / output on the storage battery 11 side as described above.
- the terminals (one pair of input / output terminals) are connected to the storage battery 11 via the contactor 13, and the other pair of input / output terminals are connected to the DC bus 2, whereby the storage battery 11 and the DC bus 2 are connected. It is connected (arranged) between them.
- the bidirectional DC / DC converter 14 can be constituted by a known bidirectional DC / DC converter disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-152641.
- the bidirectional DC / DC converter 14 1 of the second bidirectional converter CV operating in DC voltage generated internally on the basis of the bus voltage Vbs while (charging and discharging operation of the constant voltage method) power management The operation is controlled by the device 9.
- the other bidirectional DC / DC converters 14 2 ,..., 14 n (hereinafter also referred to as “bidirectional DC / DC converter 14 2 etc.” unless otherwise distinguished) as the first bidirectional converter are: A CC operation (charging / discharging operation by a constant current method) is performed with a DC voltage generated internally based on the bus voltage Vbs, and the operation is controlled by the power management device 9.
- the bidirectional DC / DC converter 14 when the control information received from the power management apparatus 9 is the charging indication is raised or lowered (voltage converting the bus voltage Vbs input from the other of the pair of output terminals ) And output the battery 11 from one pair of input / output terminals to charge the battery 11 (perform a charging operation). Thereby, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 is lowered.
- the bidirectional DC / DC converter 14 when the received control information of the discharge instruction, the charging voltage Vba of the battery 11 inputted from one of the pair of output terminals, for example, a predetermined voltage for bus voltage Vbs
- the storage battery 11 is discharged (discharge operation is performed) by boosting or stepping down (voltage conversion) to a voltage value near the upper limit voltage value of the range and outputting the voltage to the DC bus 2 from the other pair of input / output terminals.
- the bus voltage Vbs of the DC bus 2 is increased.
- the bidirectional DC / DC converter 14 2, etc. when the control information received from the power management device 9 of the charging instructions, the bus voltage Vbs input from the other of the pair of input and output terminals and raised or lowered (voltage conversion) By outputting to one of the input / output terminals to the storage battery 11, a charging current is supplied to the storage battery 11 at a specified current value (current value corresponding to a charge rate described later) included in the control information. Is charged (performs a charging operation at a constant current). Thereby, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 is lowered.
- the bidirectional DC / DC converter 14 2, etc. when the received control information of the discharge instruction, the charging voltage Vba of the battery 11 inputted from one of the pair of input and output terminals by boosting or reducing (voltage conversion) other Output from the pair of input / output terminals to the DC bus 2, a discharge current is output from the storage battery 11 at a specified current value (current value corresponding to a discharge rate described later) included in the control information (the storage battery 11 is discharged). (A discharge operation at a constant current is executed)). As a result, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 is increased.
- the bidirectional DC / DC converter 14 shifts to a sleep state in which its operation is stopped to reduce power consumption.
- the bidirectional DC / DC converter 14 receives a charge instruction or a discharge instruction as control information in the sleep state, the bidirectional DC / DC converter 14 escapes from the sleep state and executes a charge operation or a discharge operation.
- the bidirectional DC / DC converter 14 converts the current value of the charging current supplied to the storage battery 11 and the discharge current discharged from the storage battery 11 into a maximum current value of the storage battery 11 (in this example, 45 A as an example, as will be described later). ) Has a current limiting function to limit the following.
- the third converter 7 is composed of a DC / DC converter (hereinafter also referred to as DC / DC converter 7). Further, DC / DC converter 7, the positive electrode and the negative electrode thereof a pair of input terminals of the storage battery 11 1 of the DC power supply device 61, and is connected without passing through the contactor 13 1, the charging voltage Vba of the battery 11 1 Operate. In addition, the DC / DC converter 7 boosts or lowers (voltage converts) the charging voltage Vba of the storage battery 11 in the operating state, whereby the BMU 12 and the contactor 13 of each DC power supply device 6 and the power management device 9 The operation voltage Vop to be used is generated and output.
- DC / DC converter 7 boosts or lowers (voltage converts) the charging voltage Vba of the storage battery 11 in the operating state, whereby the BMU 12 and the contactor 13 of each DC power supply device 6 and the power management device 9
- the operation voltage Vop to be used is generated and output.
- the power management device 9 is composed of a computer that operates with the operating voltage Vop, and functions as a control unit.
- the power management device 9 includes charge / discharge control processing for each DC power supply device 6, power generation control for the power generation device 3 (other power generation devices 3 other than the power generation device 3a that is manually controlled), in this example, the power generation device 3b).
- the process and the power control process for the second converter 5 are executed.
- the power management apparatus 9 executes a voltage measurement process for measuring the bus voltage Vbs.
- the power management apparatus 9 can adopt a configuration in which the bus voltage Vbs is directly measured.
- the first converter 4 at least one of the power conditioners 4a and 4b
- the power management device 9 indirectly measures the bus voltage Vbs via the first converter 4 so as to have a function of measuring the bus voltage Vbs and outputting it to the power management device 9.
- the power management apparatus 9 executes a capacity calculation process for calculating the current full charge capacity Y for each of the storage batteries 11 2 to 11 n .
- the power management device 9 performs the cycle measurement process for measuring the current number of cycles m (number of charge / discharge cycles) for each of the storage batteries 11 2 to 11 n , while maintaining the battery according to each specification.
- the current full charge capacity Y is calculated from the capacity Wsp and the current measured cycle number m.
- each of the storage batteries 11 2 to 11 n is charged at a common charge rate and discharged at a common discharge rate.
- the current number of cycles m of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is substantially the same.
- the degree of decrease in the battery capacity per cycle ⁇ are known, respectively, for a battery capacity Wsp on degree ⁇ and specifications of this reduction, the storage battery 11 2 - Assume that 11 n is stored in advance in the power management apparatus 9.
- the power management device 9 integrates the amount of charge (Ah) and the amount of discharge (Ah) for each storage battery 11 from the start of measurement of a new cycle for each storage battery 11 in the cycle measurement process, respectively.
- the cycle number m of the storage battery 11 is increased by one.
- the power management device 9 is charged when the current full charge capacity Y at the time when a cycle measurement for a certain storage battery 11 is newly started is 60 Ah and the current remaining charge is 40 Ah.
- the power management device 9 starts measuring a new cycle from this second time point.
- both the accumulated charge value and the accumulated discharge value are always zero. May be adopted, or one of the integrated values that reached the current full charge capacity Y with a delay between the charge integrated value and the discharge integrated value is always returned to zero, but the current full charge capacity has already been reached.
- the difference from the current full charge capacity Y is newly set. It is also possible to adopt a configuration in which an initial value for the other integrated value in the measurement of a simple cycle is used.
- the power management device 9 delays the current full charge capacity at the second time point when the measurement of a new cycle is started.
- the storage battery 11 1 since those used to power components, such as power management device 9, the charging voltage Vba is lower than the upper limit of the voltage range, and more voltage threshold It is assumed that the battery is charged in advance so that Further, the other storage batteries 11 2 to 11 n are in a state where their respective SOCs are aligned. For example, when there are three storage batteries 11 with the current full charge capacity Y of 100 Ah, 95 Ah, and 105 Ah, when the SOC of the storage battery 11 of 100 Ah is 50% (that is, when the current remaining charge amount is 50 Ah).
- the SOC of the 95 Ah storage battery 11 is also 50% (that is, the current charge remaining amount is 47.5 Ah), and the SOC of the 105 Ah storage battery 11 is also 50% (that is, currently The remaining charge amount is 52.5 Ah).
- each contactor 13 is initially in a disconnected state.
- the DC power supply system 1A for example, initial startup or the DC power supply system 1A, the DC power supply system 1A, such as reboot after prolonged stoppage of the other battery 11 2 to 11 except for the storage battery 11 1 n Is assumed to be in an overdischarged state (a state where the charging voltage Vba falls below the lower limit value of the operating voltage range), first, the power generation device 3a is operated for a certain period to output the AC voltage V1. As a result, the power conditioner 4a operates upon receiving the supply of the AC voltage V1, converts the AC voltage V1 into the bus voltage Vbs, and supplies it to the DC bus 2.
- the DC power supply system 1A such as reboot after prolonged stoppage of the other battery 11 2 to 11 except for the storage battery 11 1 n Is assumed to be in an overdischarged state (a state where the charging voltage Vba falls below the lower limit value of the operating voltage range)
- the power generation device 3a is operated for a certain period to output the AC voltage V1.
- the power conditioner 4a operates upon receiving
- the bus voltage Vbs of the DC bus 2 rises within a predetermined voltage range (a voltage range of DC 340V to DC400V).
- a predetermined voltage range a voltage range of DC 340V to DC400V.
- the power conditioner 4a outputs the bus voltage Vbs at a voltage near the upper limit value of the voltage range, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 rises to a voltage near the upper limit value.
- the power conditioner 4 a measures the generated power W ⁇ b> 1 supplied from the power generation device 3 a to the DC bus 2 and outputs it to the power management device 9.
- the power generation device 3b automatically generates power and outputs a DC voltage V2.
- the power conditioner 4b operates by receiving the supply of the DC voltage V2, converts the DC voltage V2 into the bus voltage Vbs, and supplies it to the DC bus 2. Therefore, the bus voltage Vbs of the DC bus 2 rises within the predetermined voltage range in a shorter time than when only the power generation device 3a operates. Further, the power conditioner 4b measures the generated power W2 supplied to the DC bus 2 from the power generation device 3b and outputs it to the power management device 9.
- DC / DC converter 7 from the storage battery 11 1 and is supplied with a charging voltage Vba is operated, the BMU12 and contactor 13 of each DC power supply device 6, to the power management apparatus 9
- the operating voltage Vop is output (supplied). For this reason, the BMU 12 and the contactor 13 of each DC power supply device 6 and the power management device 9 are in an operating state.
- the BMUs 12 1 to 12 n of the DC power supply devices 6 1 to 6 n measure the charging voltage Vba, SOC, and the like of the corresponding storage batteries 11 1 to 11 n with the period T, and the battery is measured each time these are measured. Information is output to the power management apparatus 9.
- the power management device 9 executes the cycle measurement process to measure the number of cycles m for each storage battery 11 and also executes the capacity calculation process to determine the measured number of cycles m and the specified battery capacity. Based on Wsp and the degree of decrease ⁇ , the current full charge capacity Y of each storage battery 11 is calculated.
- the power management apparatus 9 performs the charge / discharge control process while performing the voltage measurement process to measure the bus voltage Vbs.
- the power management device 9 acquires a new generated power W1 from the power conditioner 4a on the power generation device 3a side (when the power generation device 3b generates power) Every time new generated power W2 is acquired from the power conditioner 4b on the power generation device 3b side, the total generated power (W1 + W2) is calculated.
- the power management device 9 determines that power can be supplied to the load device 71, and supplies power to each DC / DC converter 5a, 5b. Thus, control is performed to convert and output the bus voltage Vbs so that the load voltages VLa and VLb are used in the corresponding load devices 71a and 71b.
- the power generation device 3a is configured to be able to generate power that can simultaneously execute power supply to the load device 71 and charging of the storage battery 11 as described above, total power generation (W1 + W2) Is more than the reference power.
- the power management apparatus 9 converts the bus voltage Vbs to be output to the DC / DC converters 5a and 5b so that the load voltages VLa and VLb used in the corresponding load devices 71a and 71b are obtained. Execute control. As a result, the DC / DC converters 5a and 5b execute supply of load power to the corresponding load devices 71a and 71b. Each DC / DC converter 5a, 5b measures the load power WLa, WLb supplied to the corresponding load device 71a, 71b and outputs it to the power management apparatus 9. The power management device 9 calculates the total load power (WLa + WLb) each time new load power WLa, WLb is acquired.
- the power management device 9 compares the calculated total generated power (W1 + W2) with the total load power (WLa + WLb), and when the total generated power (W1 + W2) exceeds the total load power (WLa + WLb), It is determined that the storage battery 11 can be charged. Since the power generation device 3a of the present example is configured to generate power that can simultaneously supply power to the load device 71 and charge the storage battery 11, the total generated power (W1 + W2) is the total load power (WLa + WLb). Therefore, the power management device 9 determines that the storage battery 11 of each DC power supply device 6 can be charged.
- the power management device 9 can charge the rechargeable battery 11 based on the battery information acquired from the BMU 12 of each DC power supply device 6 (the charging voltage Vba has not reached the upper limit value of the operating voltage range, in other words, the SOC is The DC power supply device 6 having the storage battery 11) not reaching 100% is specified, contact control information indicating a connection instruction is output to the BMU 12 of the specified DC power supply device 6, and both the DC power supply devices 6 Control information indicating a charging instruction is output to the directional DC / DC converter 14 (a charging operation is executed).
- the power management device 9 uses the SOC included in the battery information acquired from the corresponding BMU 12 for the SOC of each storage battery 11, but for each storage battery 11 calculated in the cycle measurement process.
- the other storage batteries 11 2 to 11 n other than the storage battery 11 1 are in an overdischarged state, and the charging voltage Vba of the storage battery 11 1 is also below the upper limit of the operating voltage range.
- the power management device 9 Based on the charging voltage Vba of each storage battery 11 included in the battery information (may be the SOC of each storage battery 11 included in the battery information), the power management device 9 does not fully charge all the storage batteries 11 (that is, It is detected that charging is possible.
- the power management apparatus 9 outputs a contact control information showing the connection instruction to the BMU12 1 ⁇ 12 n for all of the DC power supply device 6 1 ⁇ 6 n, and all of the DC power supply device 6 1 ⁇ 6 n Control information indicating a charging instruction is output to the bidirectional DC / DC converters 14 1 to 14 n .
- the power management device 9 supplies the storage batteries 11 2 to 11 n to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n that perform the CC operation of the DC power supply devices 6 2 to 6 n during the charging operation.
- the control information includes and outputs a specified current value that defines the current value of the charging current to be supplied (a current value at which a charge rate (also referred to as a charge rate) for each of the storage batteries 11 2 to 11 n is common).
- This rate is expressed by the ratio of the current value for charging or discharging the storage battery 11 based on the current value for charging or discharging the full charge capacity (actual total capacity) of the storage battery in one hour.
- a reference current value also referred to as a reference current value
- the numerical value indicating the current full charge capacity Y for each of the storage batteries 11 2 to 11 n calculated by the power management device 9 executing the capacity calculation process is the current at 1C of each of the storage batteries 11 2 to 11 n. It also indicates the value (reference current value).
- the rate will be described with a specific example.
- the current value of the charge current is 50% of the reference current value (a value indicating the current full charge capacity Y). It is a value.
- the discharge rate (also referred to as discharge rate) is the same, and the discharge rate of 0.4 C indicates that the current value of the discharge current is 40% of the reference current value. ing.
- the power management apparatus 9 calculates individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n as follows.
- the power management apparatus 9 the calculated excess current overall predefined percentage of the excess current of (hereinafter, "specific excess current” also called) For power corresponding to, for charging the storage battery 11 1 Use as power. For this reason, the power management device 9 determines the remaining surplus current obtained by subtracting the specific surplus current from the calculated surplus current (for example, when the above-described ratio for the specific surplus current is 10%, The surplus current for 90% remaining after subtracting the specific surplus current for 10% (hereinafter also referred to as “residual surplus current”) is calculated as the surplus current for charging each of the storage batteries 11 2 to 11 n .
- the remaining residual surplus current to charge the battery 11 2 ⁇ 11 n by having a configuration in which, in the DC power supply system 1A, charging of the storage battery 11 1 it is preferentially executed. Therefore, the storage battery 11 1, the charging voltage Vba is always charged to be the upper limit vicinity of the voltage range.
- the power management apparatus 9 calculates individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n in the period T based on the charging rate Ra. Specifically, the power management apparatus 9 multiplies the current full charge capacity Y of each of the storage batteries 11 2 to 11 n corresponding to each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n by this common charge rate Ra. As a result, individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n are calculated. For example, when there are three storage batteries 11 with the current full charge capacity Y of 100 Ah, 95 Ah, and 105 Ah, and the charging rate Ra is 0.667 C, the bidirectional DC / DC converter 14 corresponding to the storage battery 11 with 100 Ah is used.
- the power management device 9 outputs contact control information indicating connection instructions to the BMUs 12 1 to 12 n of all the DC power supply devices 6 1 to 6 n , and all the DC power supply devices 6 1 to 6 by for n bidirectional DC / DC converter 14 1 ⁇ 14 n for outputting the control information indicating the charging indication, in each DC power supply device 6, since each contactor 13 is shifted to the connected state, the storage battery 11 1 Is connected to the CV type bi-directional DC / DC converter 14 1 that performs the charging operation through the contactor 13 1 in a connected state, and as a result, constant voltage charging is performed on the storage battery 11 1 .
- the storage batteries 11 2 to 11 n are connected to CC type bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n that perform charging operation via the contactors 13 2 to 13 n in a connected state. As a result, the storage batteries 11 2 to 11 n are connected. Constant current charging at the same charging rate for 11 n is performed.
- the power management device 9 determines whether or not the charging voltage Vba included in the battery information output in the cycle T from the BMU 12 of each DC power supply device 6 has reached the upper limit value of the operating voltage range (or the battery information When it is determined that the SOC included in the battery is fully charged while detecting whether or not the included SOC has reached 100% (that is, whether or not the battery 11 is fully charged), the DC power supply device including the battery 11
- the contact control information indicating the disconnection instruction is output to the BMU 12 of 6 and the contactor 13 is shifted to the disconnection state to disconnect the storage battery 11 from the bidirectional DC / DC converter 14. Thereby, the overcharge with respect to the storage battery 11 is prevented.
- the power management device 9 thus stores each storage battery 11 2 in each cycle T after the charging of the storage battery 11 1 that has been preferentially charged is completed (the storage battery 11 1 is fully charged).
- charging for 11 n charging is performed for charging each storage battery 11 2 to 11 n by calculating individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n with the specific surplus current being zero. A discharge control process is executed.
- the power management device 9 measures the voltage with respect to the designated current value to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n performing the CC operation calculated as described above during the execution of the charge / discharge control process.
- the final designated current value (the designated current value actually included in the control information to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n ) is obtained. That is, the bus voltage Vbs is maintained within a predetermined voltage range by controlling the specified current value to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n .
- the power management device 9 increases the common charge rate for the storage batteries 11 2 to 11 n when the measured bus voltage Vbs rises and exceeds an intermediate value in a predetermined voltage range (specifically, the final specification of the current value obtained by adding a correction to increase the specified current value to the bidirectional DC / DC converter 14 2 ⁇ 14 n to operate calculated CC, the bidirectional DC / DC converter 14 2 ⁇ 14 n Current value).
- the electric power supplied from the direct current bus 2 to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC increases, so that the rise of the bus voltage Vbs is suppressed.
- the power management device 9 reduces the common charge rate for the storage batteries 11 2 to 11 n when the measured bus voltage Vbs falls below an intermediate value in a predetermined voltage range (specifically, The final designation to the bi-directional DC / DC converters 14 2 to 14 n is made the corrected current value to reduce the designated current value to the bi-directional DC / DC converters 14 2 to 14 n that operates the calculated CC. Current value).
- the power supplied from the direct current bus 2 to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC is reduced, so that the reduction of the bus voltage Vbs is suppressed. In this way, the bus voltage Vbs is maintained within a predetermined voltage range.
- the bus voltage Vbs of the DC bus 2 undergoes a rapid fluctuation (voltage fluctuation that cannot be reduced by the control with respect to the specified current value to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC). even if it is occurring, in the ready discharge of the charge and the storage battery 11 1 relative to the storage battery 11 1, the bidirectional DC / DC converter 14 1 from the charging or accumulator 11 1 for storage batteries 11 1 CV method Discharging is performed to reduce rapid fluctuations in the bus voltage Vbs.
- the power generation device 3a is operated for a certain period and supplied to the DC bus 2 at the time of initial startup or restart after a long-term shutdown. Therefore, in this fixed period, the storage battery 11 included in each DC power supply device 6 is sufficiently supplied while supplying the load voltages VLa and VLb with sufficient power from the DC bus 2 to the load devices 71a and 71b. Charging (charging in a state where the charging voltage Vba reaches the upper limit of the operating voltage range (fully charged state)) is possible.
- the power management device 9 executes the cycle measurement process and the capacity calculation process to calculate the current full charge capacity Y of each of the storage batteries 11 2 to 11 n in the period T, while storing the storage batteries 11 2 to 11.
- n is calculated based on the specified current value (current full charge capacity Y and charge rate) for each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC so as to always charge at a common charge rate. Specified current value). For this reason, each of the storage batteries 11 2 to 11 n is charged to the fully charged state with the respective SOCs being prepared. Therefore, since the charging voltages Vba of the storage batteries 11 2 to 11 n rise in a substantially uniform state, the storage batteries 11 2 to 11 n reach a fully charged state at substantially the same timing.
- the power management device 9 When all of the storage batteries 11 of the DC power supply devices 6 are fully charged before this fixed period of time during which the power generation device 3a is operated, the power management device 9 performs the power control process described above. By executing the second converter 5, the total load power (WLa + WLb) may be further increased, and the power allocated to the charging of the storage battery 11 may be directed to the load device 71. In addition, an indicator or the like for notifying an operator at the installation location of the power generation device 3a that all the storage batteries 11 have been fully charged may be provided to prompt the stop of the power generation device 3a.
- the power generator 3a When the fixed period ends, the power generator 3a is stopped. Thereby, after the end of the certain period, the DC power feeding system 1A shifts to a normal operation state in which only the power generation device 3b automatically operates according to the natural state to generate power.
- the power management device 9 executes the cycle measurement process (measurement of the number of cycles m for each storage battery 11) and the capacity calculation process (the current full charge capacity of each storage battery 11).
- the following charge / discharge control process is executed while continuing the calculation of Y) and the execution of the voltage measurement process (measurement of the bus voltage Vbs).
- the power management device 9 is First, new generated power W2 is acquired from the power conditioner 4b of the power generation device 3b, or new load power WLa, WLb is acquired from the DC / DC converters 5a, 5b of the load devices 71a, 71b. Each time, the total generated power (in this case, only the generated power W2) and the total load power (WLa + WLb) are calculated.
- the power management apparatus 9 executes the charge / discharge control process with the same content as the charge / discharge control process during the operation of the power generation apparatus 3a. That is, the power management apparatus 9 preferentially charges the storage battery 11 1 with respect to each bidirectional DC / DC converter 14 1 that performs CV operation, and each bidirectional DC / DC converter 14 2 to 14 that performs CC operation. against n, the corresponding storage battery 11 2 ⁇ 11 n are always each specified current value to be charged by a common charging rate (specified current value calculated based on the current full charge capacity Y and the charging rate ) To control the charging operation of each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n .
- a common charging rate specified current value calculated based on the current full charge capacity Y and the charging rate
- each of the storage batteries 11 2 to 11 n is charged in a state where the respective SOCs are aligned, that is, in a state where the respective charging voltages Vba are aligned.
- the power management device 9 performs voltage measurement processing on the specified current value to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n that perform the CC operation calculated in the cycle T during execution of the charge / discharge control processing.
- the bus voltage Vbs is maintained within a predetermined voltage range by adding a correction based on the measured bus voltage Vbs to obtain a final designated current value.
- the power management device 9 determines whether or not the charging voltage Vba included in the battery information output in the cycle T from the BMU 12 of the DC power supply device 6 during the charging operation has reached the upper limit value of the operating voltage range (or the battery When it is determined that the SOC included in the information has reached 100% (that is, whether or not the storage battery 11 has been fully charged), it is determined that the storage battery 11 has been fully charged.
- Contact control information indicating a disconnection instruction is output to the BMU 12 of the power supply device 6, and the storage battery 11 is disconnected from the bidirectional DC / DC converter 14 by shifting the contactor 13 to the disconnected state. Thereby, the overcharge with respect to the storage battery 11 is prevented.
- each of the storage batteries 11 2 to 11 n is charged in a state where the respective SOCs are aligned as described above, the storage batteries 11 2 to 11 n reach the fully charged state at almost the same timing. Therefore, the storage batteries 11 2 to 11 n are disconnected from the corresponding bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n at substantially the same timing.
- the power management device 9 specifies the DC power supply device 6 having the rechargeable storage battery 11 based on the battery information acquired from the BMU 12 of each DC power supply device 6, and for the specified BMU 12 of the DC power supply device 6.
- the contact control information indicating the connection instruction is output, and the control information indicating the discharge instruction is output to the bidirectional DC / DC converter 14 of the DC power supply device 6 (the discharge operation is executed).
- the power management device 9 can discharge always identify DC power supply device 61 as a DC power supply device 6 having a storage battery 11. Further, the power management device 9 can connect the DC power supply device 6 when any one of the DC power supply devices 6 2 to 6 n corresponds to the DC power supply device 6 having the dischargeable storage battery 11.
- the DC power supply device 6 having the dischargeable storage battery 11 is specified. In this example, each of the storage batteries 11 2 to 11 n is charged in a state where the respective SOCs are aligned, that is, in a state where the respective charging voltages Vba are aligned.
- the power management device 9 specifies all of the DC power supply devices 6 2 to 6 n having the storage batteries 11 2 to 11 n as the DC power supply device 6 having the dischargeable storage battery 11.
- the specified DC power supply device 6 includes the DC power supply devices 6 2 to 6 n will be described.
- the power management device 9 first instructs the BMUs 12 2 to 12 n of the DC power supply devices 6 2 to 6 n to perform a discharge operation in order to cause the DC power supply devices 6 2 to 6 n to perform a discharging operation. Is output, and control information indicating a discharge instruction is output to each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n . In this case, the power management device 9 causes the currents to be discharged from the storage batteries 11 2 to 11 n to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n of the DC power supply devices 6 2 to 6 n during the discharging operation.
- the control information includes a specified current value that individually defines the current value of (discharge current) (a current value at which a rate (also referred to as a discharge rate) during discharge of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is common).
- discharge current a current value at which a rate (also referred to as a discharge rate) during discharge of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is common.
- the power management apparatus 9 calculates individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n as follows.
- the power management device 9 divides the calculated shortage current by the total sum of the current full charge capacities Y of the storage batteries 11 2 to 11 n in the same manner as when the charge rate Ra is calculated.
- the common discharge rate Rb is calculated.
- the power management apparatus 9 calculates individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n in the period T based on the discharge rate Rb. Specifically, the power management device 9 multiplies the current full charge capacity Y of each of the storage batteries 11 2 to 11 n corresponding to each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n by this common discharge rate Rb. As a result, individual designated current values for the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n are calculated.
- the power management unit 9 in this way, the DC power supply 6 2-output contact control information showing the connection instruction to the BMU12 2 ⁇ 12 n of 6 n, and bi-directional DC power supply device 6 2 ⁇ 6 n
- control information indicating a discharge instruction to the DC / DC converters 14 2 to 14 n in each DC power supply device 6, each contactor 13 shifts to a connected state, so that the storage batteries 11 2 to 11 n Are connected to the CC-type bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in a discharging manner via the contactors 13 2 to 13 n connected to each other, and as a result, the same discharge rate Rb for the storage batteries 11 2 to 11 n is obtained. Constant current discharge is performed.
- the power management device 9 determines that the charging voltage Vba of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is the lower limit value of the operating voltage range. that reached, upon detecting, based on the acquired battery information from the BMU12 2 ⁇ 12 n, the contact control information indicating shutoff instruction to BMU12 2 ⁇ 12 n of the DC power supply device 6 2 ⁇ 6 n Output.
- the power management apparatus 9 specifies the specified current value (so that the discharge rate for the corresponding storage batteries 11 2 to 11 n is always the same for each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC.
- the specified current value calculated based on the current full charge capacity Y and the discharge rate) is individually defined. Therefore, each of the storage batteries 11 2 to 11 n is discharged in a state where the respective SOCs are aligned.
- the power management device 9 performs voltage measurement processing on the specified current value to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n that perform the CC operation calculated in the cycle T during execution of the charge / discharge control processing.
- the bus voltage Vbs is maintained within a predetermined voltage range by adding a correction based on the measured bus voltage Vbs to obtain a final designated current value.
- the power management device 9 DC power supply device 6 2 - Contact control information indicating a blocking instruction is output to 6 n BMUs 12 2 to 12 n at the same timing.
- the contactors 13 2 to 13 n are shifted to the shut-off state by the BMUs 12 2 to 12 n at the same timing, so that the storage batteries 11 2 to 11 n Disconnected from the DC converters 14 2 to 14 n at the same timing (the discharge operation is stopped at the same timing). This prevents overdischarge of the storage batteries 11 2 to 11 n .
- the power management apparatus 9 outputs a contact control information showing the connection instruction to BMU12 1 of the DC power supply device 61, and the control information indicating the discharge instruction to the bidirectional DC / DC converter 14 1 Output.
- BMU12 1 is, by shifting the contactor 13 1 to the connection state based on the contact control information showing the connection instruction acquired from the power management device 9, the bidirectional DC / DC converter storage battery 11 1 14 Connect to 1 .
- the bidirectional DC / DC converter 14 1 that is discharging based on the control information indicating the discharge instruction acquired from the power management device 9 boosts or steps down (voltage converts) the charging voltage Vba of the storage battery 11 1. and outputs to the DC bus 2 (discharging the storage battery 11 1).
- the power management apparatus 9 so that bus voltage Vbs which are measured is maintained within a predetermined voltage range as described above, by controlling the time for executing the discharging operation with respect to the DC power supply device 61, The discharge power supplied from the DC power supply device 6 to the DC bus 2 is controlled.
- the power management unit 9 includes a DC power supply device 61 results above discharge operation is executed continuously in, it reaches the voltage threshold to which the storage battery 11 1 of the charging voltage Vba is defined within the operating voltage range decreases things, upon detection based on the acquired battery information from BMU12 1 outputs a contact control information indicating shutoff instruction to BMU12 1 of the DC power supply device 61.
- the DC power supply device 61 by the contactor 13 1 is caused to transition to the cutoff state by the BMU12 1, the storage battery 11 1 is disconnected from the bidirectional DC / DC converter 14 (discharging operation is stopped).
- DC / DC converter 7 is based on the storage battery 11 1 of the charging voltage Vba, operating voltage over a sufficiently long period Vop can be generated and output.
- charge / discharge control processing when the power generation device 3b is in a natural state where the power generation device 3b is in a non-power generation state (power generation stop state) (in this example, since the power generation device 3b is configured by a solar power generation device, it is at night) Will be described.
- the power management device 9 performs the same operation as when the total generated power (W2) is lower than the total load power (WLa + WLb). To do. Therefore, the power management device 9 first detects whether or not the DC power supply device 6 having the rechargeable storage battery 11 exists based on the battery information acquired from the BMU 12 of each DC power supply device 6. Then, the DC power supply device 6 is specified and discharged so that the load voltages VLa and VLb to the corresponding load devices 71a and 71b can be generated in the DC / DC converters 5a and 5b.
- the DC power supply 6 2 ⁇ 6 n when the charging voltage Vba of the battery 11 2 ⁇ 11 n has reached the lower limit of the voltage range (in this case, the charging voltage Vba of the battery 11 2 ⁇ 11 n is nearly reaches the lower limit of the voltage range at the same time), the DC power supply device 61, when the storage battery 11 1 of the charging voltage Vba reaches a voltage threshold, the shut-off instruction from the power management apparatus 9 The discharge operation is stopped by shifting each contactor 13 to the cut-off state based on the contact control information shown.
- the power management device 9 sends control information indicating a stop instruction to the bidirectional DC / DC converters 14 of all the DC power supply devices 6.
- the DC power supply system 1 ⁇ / b> A is in a sleep state (a state in which the power charged in each storage battery 11 is least consumed in the DC power supply system 1 ⁇ / b> A).
- a sleep state a state in which the power charged in each storage battery 11 is least consumed in the DC power supply system 1 ⁇ / b> A.
- each charging voltage Vba of the storage batteries 11 2 to 11 n reaches the lower limit value of the working voltage range at almost the same timing and shifts to the sleep state.
- the SOCs of the storage batteries 11 2 to 11 n are maintained in a uniform state.
- a contactor 13 is disposed between the storage battery 11 and the bidirectional DC / DC converter 14, and the above-described DC bus 2 is connected.
- a configuration is adopted in which, when there is no power supply source, all the contactors 13 are switched to a cut-off state, and the storage battery 11 and the bidirectional DC / DC converter 14 are cut off (disconnected).
- the sleep state is substantially Migrate to
- a DC power supply device having a configuration without the contactor 13 a DC power supply device having a configuration in which the storage battery 11 and the bidirectional DC / DC converter 14 are directly connected
- a DC power supply system including a DC power supply device having this configuration the operation of the bidirectional DC / DC converter 14 is stopped to shift to the sleep state.
- the storage battery 11 1 and bidirectional DC / DC converter 14 1 is in the blocked (disconnected) state contactor 13 1, also in the DC power supply system provided with a DC power supply device of the structure without the contactor 13 as described above, since the two-way DC / DC converter 14 1 connected to the battery 11 1 is stopped, the storage battery 11 1 of the charging power Is configured to be supplied only to the DC / DC converter 7 that generates and outputs the operation voltage Vop.
- the conversion efficiency from the charging voltage Vba to the operating voltage Vop in the DC / DC converter 7 is good. and when the power consumption in BMU12 and contactor 13 and the power management unit 9, of the direct-current power supply 6 to maintain the operating state by being supplied with operating voltage Vop is small both the charging power of the storage battery 11 1 is consumed Thus, the time until the charging voltage Vba decreases from the voltage threshold value to the lower limit value of the operating voltage range (that is, the operation time of the BMU 12, the contactor 13, and the power management device 9) can be sufficiently increased.
- the BMU 12 and the contactor 13 of each direct current power supply device 6 and the power management device 9 can be maintained in an operating state until the power generation device 3b resumes power generation. Therefore, when the power generation by the power generation device 3b is resumed, the power management device 9 and the like operate as described above to charge the storage batteries 11 and supply the load voltages VLa and VLb to the load devices 71a and 71b. Operation is possible.
- the power management device 9 compares the total generated power (W2) with the total load power (WLa + WLb), and when the total generated power (W2) matches the total load power (WLa + WLb), the DC power supply devices 6 It is determined that charging of the storage battery 11 is not possible, and discharging from the storage battery 11 of each DC power supply device 6 is also unnecessary, and charging / discharging of the storage battery 11 of each DC power supply device 6 is not executed.
- CC operation is performed as a bidirectional DC / DC converter for charging / discharging the storage batteries 11 2 to 11 n that mainly function as the storage battery 11 that supplies power to the DC bus 2 (constant).
- Bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n current type
- the power management device 9 charges or discharges the storage batteries 11 2 to 11 n with respect to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n .
- Individual specified current values are defined so that the respective charge rates and discharge rates are the same.
- each of the storage batteries 11 2 to 11 n can be charged / discharged in a state where the respective SOCs are always aligned (that is, the fully charged state is reached at substantially the same timing, or substantially the same). Therefore, even when charging / discharging of each storage battery 11 2 to 11 n is repeated, there is a difference in the number of cycles m between the storage batteries 11 2 to 11 n. As a result, the occurrence of variations in the battery life of each of the storage batteries 11 2 to 11 n can be greatly reduced.
- charging power management device 9 while executing the capacity calculation process of calculating the current full charge capacity Y of the plurality of storage batteries 11 2 ⁇ 11 n, each battery 11 2 ⁇ 11 n
- the charging current supplied to each of the storage batteries 11 2 to 11 n to each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n based on the calculated current full charge capacity Y and the common charging rate
- each bidirectional DC / DC converter is based on the calculated current full charge capacity Y and a common discharge rate.
- a designated current value of a discharge current (DC constant current) supplied from each of the storage batteries 11 2 to 11 n to the DC bus 2 is calculated for 14 2 to 14 n .
- the DC power supply system 1A even when the full charge capacity Y of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is changed as the number of cycles m is increased, the storage batteries 11 2 to 11 n are charged. is when it is possible to specify an electric current value that the charging rate is common for each storage battery 11 2 ⁇ 11 n for each bidirectional DC / DC converter 14 2 ⁇ 14 n, to discharge the battery 11 2 ⁇ 11 n Can designate a specified current value at which the discharge rates of the storage batteries 11 2 to 11 n are common to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n .
- the DC power supply system 1A even when the full charge capacity Y of each of the storage batteries 11 2 to 11 n changes as described above, the respective SOCs of the storage batteries 11 2 to 11 n are always aligned. variations in the fact that it is possible to charge and discharge, the generation of the storage battery 11 2 ⁇ 11 n situation in which a difference in cycle number m is generated between can be more reliably avoided, the battery life of the battery 11 2 ⁇ 11 n Can be further reduced.
- the power management device 9 executes the cycle measurement process for measuring the current cycle number m of the plurality of storage batteries 11 2 to 11 n , and in the capacity calculation process, In order to calculate the current full charge capacity Y based on the number of cycles m (specifically, based on the number of cycles m and the battery capacity Wsp in the specifications of each storage battery 11 and the degree of decrease ⁇ ), Since the full charge capacity Y can be accurately calculated, a designated current value designated for each of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n (a designated current value at which the charging rates of the storage batteries 11 2 to 11 n are common).
- each of the storage batteries 11 2 to 11 n can be charged and discharged more accurately in a state where the respective SOCs are always aligned, and as a result, the battery life of each of the storage batteries 11 2 to 11 n is further varied. Can be reduced.
- a CV operation is performed as a bidirectional DC / DC converter that is connected between the storage battery 11 1 and the storage battery 11 1 and the DC bus 2 to charge and discharge the storage battery 11 1 (constant voltage). scheme) and a bidirectional DC / DC converter 14 1. Therefore, according to the DC power supply system 1A, when a sudden change occurs in the bus voltage Vbs of the DC bus 2 (a change that cannot be reduced by the control of the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC).
- the direct current power supply devices 6 2 to 6 n are configured to include the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n that perform CC operation, but are not limited to this configuration.
- all of the plurality of DC power supply devices 6 are configured to include a bidirectional DC / DC converter 14 that performs CC operation, and abruptly generated in the bus voltage Vbs.
- a configuration in which the capacitor 21 is connected to the DC bus 2 can also be adopted as means for reducing such fluctuations.
- the DC power supply system 1B will be described.
- symbol is attached
- the DC power supply system 1B the DC power supply system by omitting 1A a DC power supply device 61 that is included in, provided by all of the DC power supply device 6 (DC power supply device 6 2 - 6 n ) is employed as a bidirectional DC / DC converter 14 that performs CC operation.
- the DC power supply system 1 ⁇ / b> B is disposed corresponding to the DC bus 2, 1, or two or more power generation devices 3 (in this example, two power generation devices 3 a and 3 b) and the power generation device 3.
- two power conditioners 4a and 4b serving as the first converter 4 and load devices 71 connected to the DC power supply system 1B (in this example, two load devices 71a and 71b as an example)
- Two second converters 5a and 5b as two converters 5, a plurality of DC power supply devices 6 (DC power supply devices 6 2 , 6 3 ,..., 6 n ), a third converter 7, a power management device 9 and a capacitor 21
- DC power supply devices 6 2 , 6 3 ,..., 6 n are arranged.
- Each of the DC power supply devices 6 2 to 6 n includes storage batteries 11 2 to 11 n , BMUs 12 2 to 12 n , contactors 13 2 to 13 n, and bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n . .
- the DC power supply 6 2 is configured the same structure as the DC power supply device 61 in the DC power supply system 1A as described above, the battery 11 2 is connected to the third converter 7.
- the one battery 11 2 although also used for the supply of power to the DC bus 2, and BMU12 and contactor 13 of each DC power supply device 6 2 ⁇ 6 n, the power management apparatus 9 It mainly functions as a storage battery that supplies power for operation (operation voltage Vop).
- the charging voltage Vba is the voltage range
- Charging / discharging control is performed by the power management device 9 so as to be equal to or higher than a predetermined voltage threshold that is lower than the upper limit value and higher than the lower limit value.
- a predetermined voltage threshold that is lower than the upper limit value and higher than the lower limit value.
- the storage battery 11 3 ⁇ 11 n other than the storage battery 11 2 is used mainly for power supply to the DC bus 2, the number is large.
- the storage batteries 11 3 to 11 n are generally high-capacity and inexpensive storage batteries such as lead storage batteries and nickel-metal hydride batteries, and are composed of storage batteries of the same type and the same capacity. .
- Bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n step up or step down (voltage convert) bus voltage Vbs input from the other pair of input / output terminals when the control information received from power management device 9 is a charge instruction. Then, by supplying the storage battery 11 from one pair of input / output terminals, the charging current is supplied to the storage battery 11 at the specified current value included in the control information, and the storage battery 11 is charged (the charging operation at a constant current is performed). Run).
- Bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n step up or step down (voltage convert) charging voltage Vba of storage battery 11 inputted from one pair of input / output terminals when the received control information is a discharge instruction. By outputting to the DC bus 2 from the other pair of input / output terminals, the discharge current is output from the storage battery 11 at the specified current value included in this control information (the storage battery 11 is discharged (the discharge operation at a constant current is performed). Run)).
- the capacitor 21 is directly connected to the DC bus 2. With this configuration, the capacitor 21 is always charged to the bus voltage Vbs.
- the operation of the DC power supply system 1B shown in FIG. 2 will be described. Note that the same operation as the operation of the DC power supply system 1A will be omitted, different operations, that is, mainly the operation of the DC power supply device 6 2 operation, and a capacitor 21. Further, the storage batteries 11 3 to 11 n are in a state where their respective SOCs are aligned.
- the power management device 9 responds to each of the DC / DC converters 5a and 5b. Control for converting and outputting the bus voltage Vbs so as to be the load voltages VLa and VLb used in the load devices 71a and 71b is executed. As a result, the load devices 71a and 71b operate.
- the storage battery 11 of the device 6 is charged.
- the power management device 9 supplies the rechargeable batteries 11 2 to 11 n to the bi-directional DC / DC converters 14 2 to 14 n performing the CC operation of the DC power supply devices 6 2 to 6 n during the charging operation.
- the control information includes the specified current value of the charging current to be output.
- the power management apparatus 9 calculates this designated current value as follows. First, the power management device 9 calculates the surplus current in the entire DC power supply system 1B by dividing the surplus power by the measured bus voltage Vbs. Then, the power management apparatus 9, the calculated excess current overall predefined percentage of the excess current of the (specific excess current) is defined as for charging the storage battery 11 2, based on the particular excess current, corresponding calculating a specified current value to the bidirectional DC / DC converter 14 2 (current value of the charging current in the period T) to. In this way, the storage battery 11 2, regardless of the slight whether other battery 11 3 ⁇ 11 n, because it is always charged with a current value calculated from a specific excess current, the other storage battery 11 3 ⁇ 11 n Is preferentially charged.
- the power management device 9 defines the remaining surplus current (residual surplus current) obtained by subtracting the specific surplus current from the calculated surplus current for charging the storage batteries 11 3 to 11 n , based on the sum of the current full charge capacity Y of the storage battery 11 3-11 n, DC power supply system 1A and similarly, the storage battery 11 3-11 specified current charging rate becomes a common charging current to the n (corresponding The specified current values to the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n are calculated individually.
- each of the storage batteries 11 3 to 11 n is charged at a common charge rate, so that the storage batteries 11 3 to 11 n are charged in a state where the respective SOCs are aligned, that is, in a state where the charging voltages Vba are aligned.
- the power management device 9 determines whether or not the charging voltage Vba included in the battery information output at the period T from the BMU 12 of each DC power supply device 6 has reached the upper limit value of the operating voltage range (or included in the battery information).
- DC power supply 6 including the storage battery 11 is detected while determining whether or not the SOC reached 100%, that is, whether or not the storage battery 11 is fully charged.
- the contact control information indicating the disconnection instruction is output to the BMU 12 and the contactor 13 is shifted to the disconnection state to disconnect the storage battery 11 from the bidirectional DC / DC converter 14. Thereby, the overcharge with respect to the storage battery 11 is prevented.
- Battery 11 2 is charged with priority as described above will initially fully charged (charging is completed).
- the power management apparatus 9 the residual surplus upon charging for each battery 11 3 ⁇ 11 n in each period T after the charging of the storage battery 11 2 is completed, as described above the excess current in the entire DC power supply system 1B
- a specific current value that shares the charging rate of the charging current to the storage batteries 11 3 to 11 n is calculated individually and included in the control information to the corresponding bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n .
- a charge / discharge control process for continuing charging the storage batteries 11 3 to 11 n is executed. Therefore, the storage battery 11 3 ⁇ 11 n after full charge of the battery 11 2 is also in each of the state where the SOC is aligned, i.e., is charged in a state in which the charging voltage Vba aligned.
- the storage batteries 11 3 to 11 n Since the storage batteries 11 3 to 11 n are charged in a state where the respective SOCs are aligned as described above, the storage batteries 11 3 to 11 n reach a fully charged state at almost the same timing.
- the power management device 9 In the charge / discharge control process at this time, the power management device 9 is in a state in which the storage battery 11 of each DC power supply device 6 can be charged when the total generated power (W2) exceeds the total load power (WLa + WLb). It discriminate
- the storage battery 11 2 is charged with priority over other battery 11 3 ⁇ 11 n. Further, each of the storage batteries 11 3 to 11 n is charged in a state where the respective SOCs are aligned.
- the power management device 9 discharges from the storage battery 11 of each DC power supply device 6. Execute. In this case, the power management device 9 discharges each of the storage batteries 11 2 to 11 n to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n performing the CC operation of the DC power supply devices 6 2 to 6 n during the discharging operation.
- the specified current value of the discharge current to be included is included in the control information and output.
- the power management apparatus 9 first causes each of the BMUs 12 3 to 12 n of the DC power supply apparatuses 6 3 to 6 n to cause the DC power supply apparatuses 6 3 to 6 n to perform a discharging operation.
- the control information indicating the connection instruction is output to the bi-directional DC / DC converters 14 3 to 14 n .
- the power management device 9 individually calculates and controls a specified current value for which the discharge rates of the discharge currents from the storage batteries 11 3 to 11 n are common to the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n . Output in the information.
- each DC / DC converter 5a, 5b can continuously supply the load power WLa, WLb to the corresponding load device 71a, 71b.
- the storage currents 11 3 to 11 n are calculated in the same manner as the DC power supply system 1A.
- Designated current values (designated current values to the corresponding bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n ) with a common discharge rate are calculated individually.
- the power management device 9 detects whether or not the charging voltage Vba included in the battery information output from the BMU 12 of each DC power supply device 6 in the cycle T has reached the lower limit value of the operating voltage range, When it is detected that Vba has reached this lower limit value, contact control information indicating a disconnection instruction is output to the BMU 12 of the DC power supply device 6 including the storage battery 11, and the contactor 13 is shifted to the disconnected state.
- the storage battery 11 is disconnected from the bidirectional DC / DC converter 14. Thereby, the overdischarge with respect to the storage battery 11 is prevented.
- the power management apparatus 9 controls the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n operating in the CC operation so as to perform the discharging operation with the individual designated current values calculated as described above. For this reason, each of the storage batteries 11 3 to 11 n is discharged at a common discharge rate, so that it is discharged in a state where the respective SOCs are aligned, that is, in a state where the charging voltages Vba are aligned.
- the power management apparatus 9 includes a DC power supply device 6 2 results discharging operation is executed continuously in, reaches a voltage threshold charging voltage Vba of the battery 11 2 is defined within the voltage range decreases that was, when it detects on the basis of the acquired battery information from BMU12 2 are allowed to migrate contactor 13 2 to the cutoff state, the storage battery 11 2 by separating from the bidirectional DC / DC converter 14 2, the battery 11 2 The situation where the charging voltage Vba falls below the voltage threshold is prevented.
- the bus voltage Vbs of the DC bus 2 undergoes abrupt fluctuations (voltage fluctuations that cannot be reduced by controlling the specified current values to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n operating in CC). Even if it occurs, the capacitor 21 connected to the DC bus 2 reduces this sudden fluctuation.
- charge / discharge control processing when the power generation device 3b is in a natural state where the power generation device 3b is in a non-power generation state (power generation stop state) (in this example, since the power generation device 3b is configured by a solar power generation device, it is at night). Will be described.
- the power management device 9 performs the same operation as when the total generated power (W2) is lower than the total load power (WLa + WLb). Then, by causing the specified DC power supply device 6 to perform a discharging operation, the DC / DC converters 5a and 5b are brought into a state in which the load voltages VLa and VLb to the corresponding load devices 71a and 71b can be generated.
- the DC power supply 6 3 ⁇ 6 n when the charging voltage Vba of the battery 11 3 ⁇ 11 n has reached the lower limit of the working voltage range and DC power supply device 6 2, charging of the battery 11 2
- the discharge operation is stopped by shifting each contactor 13 to the cutoff state based on the contact control information indicating the cutoff instruction from the power management device 9.
- the power management device 9 shifts the DC power supply system 1B to the sleep state in the same manner as the operation in the DC power supply system 1A.
- a bidirectional DC / DC converter 14 that performs CC operation as a bidirectional DC / DC converter for charging / discharging the storage batteries 11 3 to 11 n that mainly function as the storage battery 11 that supplies power to the DC bus 2. 3 to 14 n , and the power management device 9 charges and discharges the corresponding storage batteries 11 3 to 11 n at a common designated current value with respect to the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n .
- the power management device 9 measures the specified current value to the calculated bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n performing the CC operation by the voltage measurement process during the execution of each of the charge / discharge control processes described above. By making a correction based on the bus voltage Vbs, the final designated current value (the designated current value actually included in the control information to the bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n ) is obtained.
- the bus voltage Vbs is maintained within a predetermined voltage range by controlling the designated current value to the direct-current DC / DC converters 14 2 to 14 n .
- this DC power supply system 1B also performs CC operation as a bidirectional DC / DC converter for charging / discharging the storage batteries 11 3 to 11 n that mainly function as the storage battery 11 that supplies power to the DC bus 2 (constant Bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n ( current type) are provided, and the power management apparatus 9 charges or discharges the storage batteries 11 3 to 11 n with respect to the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n . Individual specified current values are defined so that the respective charge rates and discharge rates are the same.
- each of the storage batteries 11 3 to 11 n can be charged / discharged in a state where the respective SOCs are always aligned (that is, the fully charged state is reached at substantially the same timing, or almost the same timing). Therefore, even when charging / discharging of each of the storage batteries 11 3 to 11 n is repeated, a difference in the cycle number m occurs between the storage batteries 11 2 to 11 n. As a result, it is possible to greatly reduce the occurrence of variations in the battery life of each of the storage batteries 11 3 to 11 n .
- the power management apparatus 9 performs a capacity calculation process for calculating the current full charge capacity Y of the plurality of storage batteries 11 3 to 11 n based on the current full charge capacity Y. Te, designated current of the storage battery 11 3 to 11 when charging the n-charging current to be supplied to each battery 11 3-11 n for each bidirectional DC / DC converter 14 3 ⁇ 14 n (DC constant current)
- a discharge current which is supplied to the DC bus 2 from each of the storage batteries 11 3 to 11 n to each of the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n ( Calculate the specified current value of DC constant current.
- each of the storage batteries 11 3 to 11 n can be charged / discharged in a state where the respective SOCs are always aligned. Occurrence of a difference in the number of cycles m between 3 to 11 n can be avoided more reliably, and variations in the battery life of the storage batteries 11 3 to 11 n can be further reduced.
- the power management device 9 performs cycle measurement processing for measuring the current cycle number m of the plurality of storage batteries 11 3 to 11 n , and this cycle number m and each storage battery 11 Since the current full charge capacity Y of each of the storage batteries 11 3 to 11 n is calculated based on the battery capacity Wsp on the specifications of 3 to 11 n and the degree of decrease ⁇ , these full charge capacities Y are accurately calculated. Therefore, the designated current value designated for each of the bidirectional DC / DC converters 14 3 to 14 n (the designated current value at which the charging rate of each of the storage batteries 11 3 to 11 n is common, and each of the storage batteries 11 3 to 11 n Can be calculated more accurately.
- each of the storage batteries 11 3 to 11 n can be charged and discharged more accurately in a state where the respective SOCs are always aligned. As a result, the battery life of each of the storage batteries 11 3 to 11 n is further varied. Can be reduced.
- the capacitor 21 since the capacitor 21 is connected to the DC bus 2, the DC voltage 2 of the DC bus 2 is rapidly changed (bidirectional DC / DC converters 14 2 to 14 n performing CC operation). Even when a fluctuation that cannot be reduced by the control for the above occurs, the electric power stored in the capacitor 21 is discharged to the DC bus 2, so that the rapid fluctuation of the bus voltage Vbs can be reduced.
- the power management device 9 performs a capacity calculation process for calculating the current full charge capacity Y of the plurality of storage batteries 11, and is common to the calculated current full charge capacity Y. And a specified current value of a charging current (DC constant current) supplied to each storage battery 11 corresponding to each bidirectional DC / DC converter 14 based on the charging rate of Based on the common discharge rate, a preferred configuration for calculating a specified current value of a discharge current (DC constant current) to be supplied to the DC bus 2 from each storage battery 11 corresponding to each bidirectional DC / DC converter 14 is adopted.
- a storage battery having a small change in the full charge capacity Y (a storage battery in which the actual full charge capacity Y does not change much from the initial battery capacity (battery capacity Wsp in the specification)) 11
- DC constant current supplied to each storage battery 11 corresponding to each bidirectional DC / DC converter 14 based on the specified battery capacity Wsp and the common charging rate.
- a simple configuration for calculating a specified current value of (DC constant current) can also be adopted. According to this configuration, the cycle measurement process and the capacity calculation process can be omitted, so that the burden on the power management apparatus 9 can be reduced.
- direct-current power supply system 1A, 1B operates on the basis of the charging power of the storage battery 11 1 and the storage battery 11 2, BMU12, DC / DC converter for supplying an operating voltage Vop to the contactor 13 and the power management apparatus 9
- the structure provided with 7 is employ
- the configuration is such that the bus voltage Vbs of the DC bus 2 can be sufficiently maintained within a predetermined voltage range by the DC power supply device 6 after the power generation device 3b stops generating power and restarts power generation (specifically Specifically, when the capacity of each storage battery 11 is sufficiently large and the charging voltage Vba does not exceed the lower limit value of the operating voltage range), the BMU 12 and the contactor 13 are connected to the charging voltage Vba of the corresponding storage battery 11.
- the power management device 9 may be configured to operate at the charging voltage Vba of at least one of the storage batteries 11, and the DC / DC converter 7 may be omitted.
- the present invention since the progress of the deterioration of the storage battery due to the occurrence of a difference in the number of charge / discharge cycles of the storage battery can be delayed, the present invention is an independent DC power supply system that requires the storage battery. Can be widely applied to.
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Abstract
複数の蓄電池についての寿命のばらつきを低減する。 発電装置3bの発電電力W2を直流バス2に供給するパワーコンディショナ4bと、バス電圧Vbsを電圧変換して負荷機器71a,71bに負荷電力(WLa+WLb)を供給するDC/DCコンバータ5a,5bと、直流バス2から蓄電池112~11nへ、または蓄電池112~11nから直流バス2へ直流定電流を供給する双方向DC/DCコンバータ142~14nと、電力管理装置9とを備え、電力管理装置9は、発電電力W2が負荷電力(WLa+WLb)を上回るときには、コンバータ142~14nに対して蓄電池112~11nに共通の充電レートで直流定電流を供給させて充電させ、発電電力W2が負荷電力(WLa+WLb)を下回るときには、コンバータ142~14nに対して蓄電池112~11nから直流バス2に共通の放電レートで直流定電流を供給させて放電させる。
Description
本発明は、商用電源に接続されない独立型の直流給電システムに関するものである。
この種の直流給電システムとして、下記の特許文献1に開示された直流給電システムが知られている。この直流給電システムは、分散電源装置(例えば、太陽光発電装置、風力発電装置および燃料電池などの装置)と、分散電源装置を負荷に接続する直流バスと、複数の直流電源装置(蓄電池を含み、充放電可能な電源装置)と、直流バスに複数の直流電源装置をそれぞれ接続するコンバータ(例えば双方向DC/DCコンバータ)と、これらの複数のコンバータを制御する制御器とを備えている。また、この直流給電システムでは、エアコン、テレビおよび照明装置などの家電機器や、パソコンなどの情報機器が負荷として直流バスに接続されて、直流バスから直流電力(直流電圧)の供給を受けて動作する。また、この直流給電システムでは、制御器は、分散電源装置より直流バスに供給される電圧が所定値と異なるとき、少なくとも1つのコンバータによって1つの直流電源装置から直流バスへ電力供給し、他の少なくとも1つのコンバータによって、直流バスの電圧を所定値に保つように直流バスから他の直流電源装置へ直流電力を供給するように制御する。
この直流給電システムによれば、分散電源装置から直流バスに出力される直流電圧の変動が大きくても、直流バスの電圧(直流電圧)を安定させることができることから、直流バスに接続された負荷に対して安定な出力電圧(直流電圧)を供給することが可能となっている。
しかしながら、上記した従来の直流給電システムを含む公知の直流給電システムでは、複数の直流電源装置としての蓄電池と直流バスとの間に接続されるコンバータ(双方向DC/DCコンバータ)はすべてCV型(定電圧(constant voltage)充電型)であることから、各蓄電池として同じ仕様のものを使用し、かつ各コンバータとして同じ仕様のものを使用したとしても、各蓄電池および各コンバータには製造誤差が存在し、また蓄電池とコンバータとを接続する配線や、コンバータと直流バスとを接続する配線についても全く同じ長さにすることは困難なため(つまり、配線抵抗にばらつきが生じるため)、各蓄電池の充放電電流の電流値は同じ値とはならない。このため、各蓄電池に対する充放電が繰り返された際には、蓄電池毎に電池残量に差が生じ、これに起因して蓄電池毎に充放電サイクル数にも差が生じるようになることから、各蓄電池の電池寿命にばらつきが生じるという改善すべき課題が存在している。
そこで、本願出願人は、各蓄電池として同じ仕様のもの(つまり、定格充電容量(公称容量)も同じもの)を使用している構成においては、CC型(定電流(constant current)充電型)の双方向DC/DCコンバータを使用して、各蓄電池に対する充電の際にも共通の電流値で充電し、また放電の際にも共通の電流値で放電させるようにすることで、各蓄電池間に生じる電池残量の差を低減し、これによって各蓄電池間に生じる充放電サイクル数の差について低減する直流給電システムを開発した。
しかしながら、この直流給電システムを構成する際に、定格充電容量の同じ蓄電池を必要な個数用意できたとしても、すべての蓄電池の実際の満充電容量(満充電のときに実際に充電されている容量値をいうものとする)が完全に一致することは希である。また、定格充電容量の同じ蓄電池を必要な個数用意できないこともあり、この場合には、一部の蓄電池の実際の満充電容量が他の蓄電池の実際の満充電容量と必然的に異なることになる。このため、この直流給電システムには、このようにすべての蓄電池の実際の満充電容量が揃っていない状況下では、CC型の各双方向DC/DCコンバータが対応する蓄電池の充放電を共通の電流値で行ったとしても、各蓄電池間に生じる電池残量の差を十分に低減することはできず、このため、各蓄電池間に生じる充放電サイクル数の差についてもさらなる低減が難しいという改善すべき課題が存在している。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、直流バスに接続される複数の蓄電池の満充電容量が揃っていない場合での電池寿命のばらつきを大幅に低減し得る直流給電システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係る直流給電システムでは、商用電源に接続されない独立型の直流給電システムであって、直流給電の母線となる直流バスと、発電装置と、前記発電装置の発電電力を前記直流バスに供給する第1コンバータと、前記直流バスに供給されている直流電圧を電圧変換して負荷機器に供給する第2コンバータと、満充電容量の異なる複数の第1蓄電池と、前記複数の第1蓄電池の各々と前記直流バスとの間に接続されて、当該直流バスに供給されている直流電圧と当該第1蓄電池の直流電圧とを双方向に電圧変換して、当該直流バスから当該第1蓄電池へ、または当該第1蓄電池から当該直流バスへ直流定電流を供給する定電流方式の複数の第1双方向コンバータと、制御部とを備え、前記制御部は、前記発電装置での前記発電電力と前記第2コンバータから前記負荷機器に供給されている負荷電力とを比較して、当該発電電力が当該負荷電力を上回るときには、前記各第1双方向コンバータに対して当該発電電力および当該負荷電力の差分電力と前記直流バスの前記直流電圧とに基づく共通の充電レートで対応する前記第1蓄電池に前記直流定電流を供給させて当該第1蓄電池を充電させ、当該発電電力が当該負荷電力を下回るときには、前記各第1双方向コンバータに対して前記差分電力と前記直流バスの前記直流電圧とに基づく共通の放電レートで前記対応する第1蓄電池から前記直流バスに前記直流定電流を供給させて当該第1蓄電池を放電させる。
本発明によれば、直流バスに電力を供給する複数の第1蓄電池を共通の充電レートや放電レートで充放電させる構成のため、各第1蓄電池を、それぞれのSOCが揃った状態(つまり、充電電圧が揃った状態)で充放電させることができることから、各第1蓄電池に対する充放電が繰り返された際にも、この比率(つまり、充電電圧)に差が生じることに起因して充放電サイクル数に差が生じる事態の発生を回避することができ、その結果として、各第1蓄電池の電池寿命にばらつきが生じることを大幅に低減することができる。
好ましくは、前記制御部は、前記複数の第1蓄電池の現在の満充電容量を算出する容量算出処理を実行しつつ、前記第1蓄電池を充電させる際には、前記算出した現在の満充電容量と前記共通の充電レートとに基づいて前記各第1双方向コンバータに対して当該第1蓄電池に供給させる前記直流定電流を算出し、前記第1蓄電池を放電させる際には、前記算出した現在の満充電容量と前記共通の放電レートとに基づいて前記各第1双方向コンバータに対して当該第1蓄電池から前記直流バスに供給させる前記直流定電流を算出するとよい。この場合、第1蓄電池の現在の満充電容量が変化した場合においても、各第1双方向コンバータに対して各第1蓄電池の充電レートが共通となる直流定電流を指定できると共に、各第1双方向コンバータに対して各第1蓄電池の放電レートが共通となる直流定電流を指定できるため、このように各第1蓄電池の満充電容量が変化した場合においても、各第1蓄電池をそれぞれのSOCが常に揃った状態で充放電させることができることから、各第1蓄電池の電池寿命にばらつきが生じることをより一層低減することができる。
好ましくは、前記制御部は、前記複数の第1蓄電池の現在のサイクル数を計測するサイクル計測処理を実行しつつ、前記容量算出処理において、当該計測した現在のサイクル数に基づいて前記現在の満充電容量を算出するとよい。この場合、現在の満充電容量を正確に算出できることから、各第1双方向コンバータに対して指定する直流定電流(充電レートが共通となる直流定電流や、放電レートが共通となる直流定電流)をより正確に算出することができる。したがって、各第1蓄電池をそれぞれのSOCが常に揃った状態でより正確に充放電させることができ、この結果として、各第1蓄電池の電池寿命にばらつきが生じることをさらに低減することができる。
好ましくは、第2蓄電池と、前記第2蓄電池および前記直流バスの間に接続されて、当該直流バスに供給されている前記直流電圧と当該第2蓄電池の直流電圧とを双方向に電圧変換して、当該直流バスに供給されている当該直流電圧が予め設定された電圧を下回るときには当該第2蓄電池から当該直流バスへ、また当該直流バスに供給されている当該直流電圧が予め設定された電圧を上回るときには当該直流バスから当該第2蓄電池へ供給する定電圧方式の第2双方向コンバータとを備えているとよい。この場合、直流バスの直流電圧に急激な変動(定電流方式の第1双方向コンバータに対する制御では低減し切れない変動)が生じた場合であっても、第2蓄電池に対する充電および第2蓄電池からの放電が可能な状態においては、第2双方向コンバータが定電圧方式で第2蓄電池に対する充電または第2蓄電池からの放電を実行して、直流バスの直流電圧の急激な変動を低減することができる。
また、好ましくは、前記直流バスに接続されて当該直流バスの前記直流電圧で充電されるコンデンサを備えているとよい。この場合、直流バスの直流電圧に急激な変動(定電流方式の第1双方向コンバータに対する制御では低減し切れない変動)が生じた場合であっても、直流バスに接続されているコンデンサがこの急激な変動を低減することができる。
本発明によれば、直流バスに電力を供給する複数の第1蓄電池の電池寿命にばらつきが生じることを大幅に低減することができる。
以下、直流給電システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、直流給電システムは以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれると共に、その構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。
最初に、直流給電システムとしての直流給電システム1Aの構成について説明する。
直流給電システム1Aは、直流バス2、1または2以上の発電装置3(本例では一例として2つの発電装置3a,3b。以下、区別しないときには「発電装置3」ともいう)、発電装置3に対応して配設された第1コンバータ4(本例では一例として後述する2つのパワーコンディショナ4a,4b)、直流給電システム1Aに接続される負荷機器71(本例では一例として2つの負荷機器71a,71b。以下、区別しないときには「負荷機器71」ともいう)に対応して配設された第2コンバータ5(本例では一例として後述する2つの第2コンバータ5a,5b。以下、区別しないときには「第2コンバータ5」ともいう)、複数の直流電源装置6(直流電源装置61,62,・・・,6n)、第3コンバータ7、および電力管理装置9を備え、発電装置3で発電された電力に基づいて直流電圧を生成して、1または2以上の負荷機器71に供給可能な独立型の直流給電システム(商用電源(商用交流電源)に接続されない直流給電システム)として構成されている。
直流バス2は、発電装置3の設置場所、各直流電源装置6の設置場所および負荷機器71の設置場所に亘って敷設されて、直流給電の母線として機能する。また、直流バス2は、複数の直流電源装置6内の後述する双方向DC/DCコンバータ14の充放電動作が電力管理装置9によって制御されることにより、公称バス電圧を含む所定の電圧範囲内(例えば、公称バス電圧としてのDC370Vを含むDC340V以上DC400V以下の電圧範囲内)にバス電圧Vbsが規定される。
発電装置3は、分散型電源装置で構成されている。この場合、分散型電源装置は、太陽光発電装置および風力発電装置などの自然再生エネルギーを利用した発電装置や、軽油およびガソリンなどの化石エネルギーを利用したエンジン方式の発電装置で構成することが可能である。本例では、理解の容易のため、一例として、エンジン方式の1つの発電装置3aと、自然再生エネルギーを利用した1つの発電装置3bとで構成されている。発電装置3aは、オペレータによる操作(手動)によって起動・停止が行われて、動作状態において、所定の電圧値の交流電圧V1を生成して出力する。また、電力管理装置9により起動・停止を制御することもできる。また、発電装置3aは、直流給電システム1Aの最初の起動時や、直流給電システム1Aの長期停止後の再起動時などのときのように、複数の直流電源装置6に含まれている後述の蓄電池11に対する充電のために多くの充電電力が一時的に必要なときに起動される。このため、本例では一例として、発電装置3aは、負荷機器71に対して負荷電力を供給しつつ、蓄電池11を十分に充電可能な電力を発電可能に構成されているものとする。また、発電装置3bは、一例として1または2以上の太陽光発電装置で構成されて、昼間には自動的に発電して、直流電圧V2を生成して出力する。
第1コンバータ4は、本例では2つの発電装置3a,3bに対応して配設された2つのパワーコンディショナ4a,4bで構成されている。本例では一例として、パワーコンディショナ4aは、AC/DCコンバータを含んで構成されて、発電装置3aに対応して配設されている。また、パワーコンディショナ4aは、交流電圧V1に基づいて内部で生成した直流電圧で動作すると共に、電力管理装置9によって制御されて、発電装置3aから出力される発電電力としての交流電圧V1をバス電圧Vbs(例えば、第1コンバータ4では、所定の電圧範囲の上限電圧値を下回り、かつ公称バス電圧を上回る電圧。この上限電圧値近傍の電圧値)に変換して、直流バス2に供給する。また、パワーコンディショナ4aは、発電装置3aから直流バス2に供給している発電電力W1を計測して(所定の周期T(例えば数秒~数分間隔)で計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
パワーコンディショナ4bは、一例としてDC/DCコンバータを含んで構成されて、発電装置3bに対応して配設されている。また、パワーコンディショナ4bは、直流電圧V2に基づいて内部で生成した直流電圧で動作すると共に、電力管理装置9によって制御されて、対応する発電装置3bの発電動作を制御することで発電電力を制御可能に構成されると共に、発電装置3bから出力される発電電力としての直流電圧V2をバス電圧Vbsに変換して、直流バス2に供給する。また、パワーコンディショナ4bは、発電装置3bから直流バス2に供給されている発電電力W2を計測して(例えば周期Tで計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
第2コンバータ5は、例えば、バス電圧Vbsに基づいて内部で生成した直流電圧で動作するDC/DCコンバータで構成されている。本例では、理解の容易のため、一例として、直流給電システム1Aに接続される負荷機器71(直流負荷)は負荷機器71a,71bの2つであるとして、第2コンバータ5は、負荷機器71aに対応する第2コンバータ5a(DC/DCコンバータ5aともいう)と、負荷機器71bに対応する第2コンバータ5b(DC/DCコンバータ5bともいう)の2つで構成されているものとする。この場合、DC/DCコンバータ5aは、電力管理装置9によって制御されて、バス電圧Vbsを負荷機器71aで使用される直流電圧である負荷電圧VLaに変換(直流電圧変換)して、負荷機器71aに供給する。また、DC/DCコンバータ5aは、直流バス2から負荷機器71aに供給される負荷電流について、電力管理装置9から設定された上限電流値で制限する電流制限機能を有している。また、DC/DCコンバータ5aは、この負荷電圧VLaおよび負荷電流に基づき、直流バス2から負荷機器71aに供給されている負荷電力WLaを計測して(例えば周期Tで計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
DC/DCコンバータ5bは、電力管理装置9によって制御されて、バス電圧Vbsを負荷機器71bで使用される直流電圧である負荷電圧VLbに変換(直流電圧変換)して、負荷機器71bに供給する。また、DC/DCコンバータ5bは、直流バス2から負荷機器71bに供給される負荷電流について、電力管理装置9から設定された上限電流値で制限する電流制限機能を有している。また、DC/DCコンバータ5bは、この負荷電圧VLbおよび負荷電流に基づき、直流バス2から負荷機器71bに供給されている負荷電力WLbを計測して(例えば周期Tで計測して)電力管理装置9に出力する電力計測機能を有している。
なお、負荷機器71a,71bは、直流電圧である負荷電圧VLa,VLb(以下、特に区別しないときには、負荷電圧VLともいう)の供給を受けて動作する直流負荷であって、例えば、直流電圧で動作する照明機器、直流電圧で動作するテレビおよび冷蔵庫などの家電製品、並びに直流電圧で動作するパソコンや携帯端末などの情報機器などで構成される。
直流電源装置6は、直流電源装置61,62,・・・,6nのn個(nは2以上の整数。以下、特に区別しないときには、直流電源装置6ともいう)配設されている。各直流電源装置6は、蓄電池11、電池管理装置(BMU(Battery Management Unit ))12、コンタクタ13および双方向DC/DCコンバータ14をそれぞれ備えて構成されている。蓄電池111,112,・・・,11n(以下、特に区別しないときには、蓄電池11ともいう)は、規定の電力容量(公称容量(定格充電容量))をそれぞれ有して、公称電圧を含む所定の使用電圧範囲内で、充電動作および放電動作が可能に構成されている。
また、蓄電池11のうちの1つ(第2蓄電池としての蓄電池111)は、直流バス2への電力の供給のためにも使用されるものの、各直流電源装置61~6nのBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9との動作のための電力(動作用電圧Vop)の供給を行う蓄電池として主として機能する。このため、この蓄電池111は、後述するスリープ状態、および蓄電池111に対応するコンタクタ131が遮断状態に移行した状態の2つの状態を除く他の動作状態において、後述するように、その充電電圧Vbaがその使用電圧範囲の上限値を下回り、かつ下限値を上回る予め規定された電圧閾値以上となるように、電力管理装置9によって充放電制御される。また、蓄電池111は、他の蓄電池112~11nとは異なり、後述するようにCV動作する双方向DC/DCコンバータ141によって充放電される。このため、蓄電池111は、他の蓄電池112~11nと比較して一般的に充放電回数が多くなることから、充放電回数が多くなった場合でも劣化の少ない(寿命に与える影響の少ない)高価な蓄電池(例えば、リチウムイオン電池やNAS電池(ナトリウム硫黄電池)など)で構成されている。なお、直流給電システム1Aの装置コストの上昇を抑えるためには、この高価な第2蓄電池は本例のように最小限の数(1つの蓄電池111だけ)であるのが好ましいが、許容される範囲内で、個数を増やすこともできる。
一方、蓄電池111以外の第1蓄電池としての蓄電池112~11nは、主として直流バス2への電力の供給のために使用され、個数も多い。このため、蓄電池112~11nは、一般的に、大容量であって、かつ安価な鉛蓄電池やニッケル水素電池などの蓄電池で構成されている。また、本例では一例として、蓄電池112~11nは、同種で、かつ同容量(同じ公称容量)の蓄電池で構成されている。ただし、公称容量が同じ蓄電池でも、実際の満充電容量には個体差(ばらつき)がある。この各蓄電池112~11nの実際の満充電容量については、公知の測定方法(例えば、電流積算法(クーロンカウンタ方式)など)を利用して予め測定されて、電力管理装置9に記憶されているものとする。なお、蓄電池112~11nには、公称容量の異なる蓄電池を使用することもできるが、この場合においても、各蓄電池112~11nの実際の満充電容量は予め測定されて電力管理装置9に記憶されているものとする。
BMU121,122,・・・,12n(以下、特に区別しないときには、BMU12ともいう)は、対応する各蓄電池111,112,・・・,11nにそれぞれ配設されて、後述する動作用電圧Vopで動作する。また、各BMU12は、動作状態において、一例として蓄電池11の充電電圧Vbaを計測する機能と、蓄電池11の充放電電流の電流値を計測してSOC(State of charge:電池残量(残容量))を演算する機能と、計測した充電電圧Vbaや充放電電流の電流値や算出したSOCを含む情報を電池情報として所定の周期Tで電力管理装置9に出力する機能とを有している。また、BMU12は、電力管理装置9からコンタクタ制御情報を入力したときには、このコンタクタ制御情報で示される制御内容をコンタクタ13に対して実行する(制御内容が遮断指示のときにはコンタクタ13を遮断状態に移行させ、制御内容が連結指示のときにはコンタクタ13を連結状態に移行させる)機能も有している。なお、各BMU12には、対応する蓄電池11についての充電電圧VbaとSOCとの関係(充電電圧Vbaが高くなるに従い、SOCが大きくなるとの関係)を示すデータテーブルが予め記憶されており、各BMU12は、このデータテーブルを参照することで、計測した充電電圧Vbaから現在のSOCを求める(演算する)ように構成されている。
コンタクタ131,132,・・・,13n(以下、特に区別しないときには、コンタクタ13ともいう)は、対応する蓄電池111,112,・・・,11nの正極および負極と、対応する双方向DC/DCコンバータ141,142,・・・,14nにおける蓄電池111,112,・・・,11n側の一対の入出力端子との間に配設されて、後述する動作用電圧Vopで動作する。また、各コンタクタ13は、対応するBMU12によって制御されて、遮断状態および連結状態のうちの任意の一方の状態に移行し、遮断状態のときには、この正極および負極と、この一対の入出力端子とを遮断し(切り離し)、連結状態のときには、この正極および負極と、この一対の入出力端子とを連結する。
双方向DC/DCコンバータ141,142,・・・,14n(以下、特に区別しないときには、双方向DC/DCコンバータ14ともいう)は、上記したように蓄電池11側の一対の入出力端子(一方の一対の入出力端子)がコンタクタ13を介して蓄電池11に接続されると共に、他方の一対の入出力端子が直流バス2に接続されることで、蓄電池11と直流バス2との間に接続(配設)されている。双方向DC/DCコンバータ14については、例えば特開2016-152641号公報に開示の公知の双方向DC/DCコンバータで構成することができる。
また、第2双方向コンバータとしての双方向DC/DCコンバータ141は、バス電圧Vbsに基づいて内部で生成した直流電圧でCV動作(定電圧方式での充電・放電動作)すると共に、電力管理装置9によって動作制御される。また、第1双方向コンバータとしての他の双方向DC/DCコンバータ142,・・・,14n(以下、特に区別しないときには、「双方向DC/DCコンバータ142等」ともいう)は、バス電圧Vbsに基づいて内部で生成した直流電圧でCC動作(定電流方式での充電・放電動作)すると共に、電力管理装置9によって動作制御される。
具体的には、双方向DC/DCコンバータ141は、電力管理装置9から受信した制御情報が充電指示のときには、他方の一対の入出力端子から入力したバス電圧Vbsを昇圧または降圧(電圧変換)して一方の一対の入出力端子から蓄電池11に出力することにより、蓄電池11を充電する(充電動作を実行する)。これにより、直流バス2のバス電圧Vbsが低下させられる。一方、双方向DC/DCコンバータ141は、受信した制御情報が放電指示のときには、一方の一対の入出力端子から入力した蓄電池11の充電電圧Vbaを、例えば、バス電圧Vbsについての所定の電圧範囲の上限電圧値近傍の電圧値に昇圧または降圧(電圧変換)して他方の一対の入出力端子から直流バス2に出力することにより、蓄電池11を放電させる(放電動作を実行する)。これにより、直流バス2のバス電圧Vbsが上昇させられる。
また、双方向DC/DCコンバータ142等は、電力管理装置9から受信した制御情報が充電指示のときには、他方の一対の入出力端子から入力したバス電圧Vbsを昇圧または降圧(電圧変換)して一方の一対の入出力端子から蓄電池11に出力することにより、この制御情報に含まれる指定電流値(後述する充電レートに対応する電流値)で充電電流を蓄電池11に供給して、蓄電池11を充電する(定電流での充電動作を実行する)。これにより、直流バス2のバス電圧Vbsが低下させられる。一方、双方向DC/DCコンバータ142等は、受信した制御情報が放電指示のときには、一方の一対の入出力端子から入力した蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して他方の一対の入出力端子から直流バス2に出力することにより、この制御情報に含まれる指定電流値(後述する放電レートに対応する電流値)で放電電流を蓄電池11から出力させる(蓄電池11を放電させる(定電流での放電動作を実行する))。これにより、直流バス2のバス電圧Vbsが上昇させられる。
また、双方向DC/DCコンバータ14は、制御情報が停止指示のときには、自身の動作を停止させて消費電力を低減させるスリープ状態に移行する。また、双方向DC/DCコンバータ14は、スリープ状態において制御情報として充電指示または放電指示を受信したときには、スリープ状態から脱して、充電動作または放電動作を実行する。また、双方向DC/DCコンバータ14は、蓄電池11に供給する充電電流および蓄電池11から放電する放電電流の各電流値を蓄電池11の最大電流値(本例では、後述するように、一例として45A)以下に制限する電流制限機能を有している。
第3コンバータ7は、DC/DCコンバータで構成されている(以下、DC/DCコンバータ7ともいう)。また、DC/DCコンバータ7は、その一対の入力端子が直流電源装置61の蓄電池111における正極および負極に、コンタクタ131を介することなく接続されて、この蓄電池111の充電電圧Vbaで動作する。また、DC/DCコンバータ7は、動作状態において、この蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)することにより、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9とで使用される動作用電圧Vopを生成して出力する。
電力管理装置9は、動作用電圧Vopで動作するコンピュータで構成されて、制御部として機能する。この電力管理装置9は、各直流電源装置6に対する充放電制御処理、発電装置3(手動で動作制御される発電装置3aを除く他の発電装置3。本例では、発電装置3b)に対する発電制御処理、および第2コンバータ5に対する電力制御処理を実行する。また、電力管理装置9は、バス電圧Vbsを計測する電圧計測処理を実行する。この場合、電力管理装置9は、バス電圧Vbsを直接的に計測する構成を採用することもできるし、例えば、第1コンバータ4(パワーコンディショナ4a,4bのうちの少なくとも一方)が発電電力と共にバス電圧Vbsを計測して電力管理装置9に出力する機能を有するようにして、電力管理装置9が第1コンバータ4を介してバス電圧Vbsを間接的に計測する構成を採用することもできる。
また、各蓄電池112~11nには、使用状況に応じて(時間の経過に伴い)、実際の満充電容量Yが初期の電池容量(仕様上の電池容量Wsp)から徐々に減少するという特性が存在している。そこで、電力管理装置9は、各蓄電池112~11nについての現在の満充電容量Yを算出する容量算出処理を実行する。この容量算出処理では、電力管理装置9は、各蓄電池112~11nについての現在のサイクル数m(充放電のサイクル数)を計測するサイクル計測処理を実行しつつ、それぞれの仕様上の電池容量Wspと計測している現在のサイクル数mとから現在の満充電容量Yを算出する。本例の直流給電システム1Aでは、後述するように、各蓄電池112~11nは共通の充電レートで充電されると共に、共通の放電レートで放電されることから、電力管理装置9が計測する蓄電池112~11nのそれぞれの現在のサイクル数mはほぼ同じになる。また、各蓄電池112~11nについては、1サイクル当たりの電池容量の低下の度合いαがそれぞれ既知であり、この低下の度合いαと仕様上の電池容量Wspとについては、各蓄電池112~11nに対応させられて電力管理装置9に予め記憶されているものとする。例えば、仕様上の電池容量Wspが60Ahであり、低下の度合いαが0.01%であるある蓄電池11について、現在のサイクル数mが1000のときには、電力管理装置9は、容量算出処理において、この蓄電池11の現在の満充電容量Yを、
Y=Wsp×(1-α/100)m
=60×(1-0.01/100)1000
=54.29Ah
と算出する。
Y=Wsp×(1-α/100)m
=60×(1-0.01/100)1000
=54.29Ah
と算出する。
また、電力管理装置9は、サイクル計測処理において、各蓄電池11について新たなサイクルの計測の開始時点からのそれぞれの蓄電池11に対する充電量(Ah)と放電量(Ah)とをそれぞれ積算しつつ、充電量(Ah)の積算値(充電積算値)と放電量(Ah)の積算値(放電積算値)の双方が現在の満充電容量Yに達した蓄電池11については、計測している1つのサイクルが完了したとして、この蓄電池11のサイクル数mを1つ増加させる。例えば、電力管理装置9は、ある1つの蓄電池11についてのサイクルの計測を新たに開始した時点での現在の満充電容量Yが60Ahであって、現在の充電残量が40Ahのときに、充電残量が10Ahになるまで放電(放電量30Ahの放電)を行ったときには、放電積算値は30Ahと計算する(充電積算値は0Ah)。その後、電力管理装置9は、充電残量が50Ahになるまでの充電(充電量40Ahの充電)と、充電残量が10Ahになるまでの放電(放電量40Ahの放電)とを実行したときには、充電積算値を40Ahと積算すると共に、放電積算値を70Ah(=30Ah+40Ah)と積算する。
この場合、電力管理装置9は、2回目の放電において充電残量が20Ahに達した時点(以下、説明のため、第1時点ともいう)で、放電積算値を60Ahと算出する(つまり、現在の満充電容量60Ahに達する)が、この第1時点では、積算している充電積算値は40Ahであって現在の満充電容量60Ahに達していないことから、計測中のサイクルが完了していないと判別する。その後、電力管理装置9は、充電量が60Ahになるまでの充電(充電量50Ahの充電)を実行したときには、2回目の充電において充電残量が30Ahに達した時点(以下、説明のため、第2時点ともいう)で、充電積算値を60Ah(=40Ah+20Ah)と算出する(つまり、現在の満充電容量60Ahに達する)。したがって、電力管理装置9は、この第2時点で充電積算値および放電積算値の双方が現在の満充電容量60Ahに達したことから、計測中の1つのサイクルが完了したと判別して、サイクル数mを1つ増加させる。
電力管理装置9は、サイクル計測処理において、この第2時点から、新たなサイクルの計測を開始するが、この計測の開始に際して、それまで積算してきた充電積算値および放電積算値の双方を常にゼロに戻す構成を採用してもよいし、充電積算値および放電積算値のうちの遅れて現在の満充電容量Yに達した一方の積算値については常にゼロに戻すものの、既に現在の満充電容量Yに達している(現在の満充電容量Yを超えている)他方の積算値については、現在の満充電容量Yとの差分(=他方の積算値-現在の満充電容量Y)を、新たなサイクルの計測でのこの他方の積算値についての初期値とする構成を採用することもできる。
例えば、上記の具体例(現在の満充電容量が60Ahの蓄電池11に対して、充電残量が40Ahの状態から、放電量30Ahの放電と、充電量40Ahの充電と、放電量40Ahの放電と、充電量50Ahの充電とを実行する例)において、後者の構成を採用したときには、電力管理装置9は、新たなサイクルの計測を開始する上記の第2時点で、遅れて現在の満充電容量60Ahに達した充電積算値についてはゼロに戻し、また既に現在の満充電容量60Ahに達して70Ahとなっている放電積算値については、現在の満充電容量60Ahとの差分10Ah(=70Ah-60Ah)を初期値として設定して、この新たなサイクルの計測を開始する。この後者の構成では、前者の構成(充電積算値および放電積算値の双方を常にゼロに戻す構成)と比較して、直前のサイクルの計測中での充電量や放電量の残量(現在の満充電容量Yとの差分)を反映させて次の新たなサイクルを計測することができることから、より正確なサイクルの計測(つまり、より正確なサイクル数mの計測)が可能となっている。一方、この前者の構成(充電積算値および放電積算値の双方を常にゼロに戻す構成)では、サイクル計測処理がより簡易に行えることから、例えば、蓄電池11の数が極めて多い場合には、この前者の構成を採用することにより、電力管理装置9でのサイクル数mの計算に要する負担を軽減できるというメリットがある。
次に、図1に示した直流給電システム1Aの動作について説明する。なお、蓄電池111については、上記したように、電力管理装置9等の構成要素への電力供給に用いられるものであるため、充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値を下回り、かつ電圧閾値以上となるように予め充電されているものとする。また、他の蓄電池112~11nについては、それぞれのSOCが揃った状態にあるものとする。例えば、現在の満充電容量Yが100Ah,95Ah,105Ahの3つの蓄電池11が存在するときにおいて、100Ahの蓄電池11のSOCが50%のとき(つまり、現在の充電残量が50Ahのとき)には、95Ahの蓄電池11のSOCも50%となっており(つまり、現在の充電残量が47.5Ahとなっており)、105Ahの蓄電池11のSOCも50%となっている(つまり、現在の充電残量が52.5Ahとなっている)ものとする。また、各コンタクタ13は、当初、遮断状態にあるものとする。
この直流給電システム1Aでは、例えば、直流給電システム1Aの最初の起動時や、直流給電システム1Aの長期停止後の再起動時などのように、蓄電池111を除く他の蓄電池112~11nが過放電状態(充電電圧Vbaが使用電圧範囲の下限値を下回る状態)であると想定されるときには、まず、発電装置3aを一定期間だけ動作させて、交流電圧V1を出力させる。これにより、パワーコンディショナ4aが、交流電圧V1の供給を受けて動作して、この交流電圧V1をバス電圧Vbsに変換して直流バス2に供給する。したがって、直流バス2のバス電圧Vbsが所定の電圧範囲(DC340V以上DC400V以下の電圧範囲)内に上昇する。本例では、パワーコンディショナ4aがこの電圧範囲の上限値近傍の電圧でバス電圧Vbsを出力するため、直流バス2のバス電圧Vbsはこの上限値近傍の電圧に上昇する。また、パワーコンディショナ4aは、発電装置3aから直流バス2に供給されている発電電力W1を計測して電力管理装置9に出力する。
また、昼間であれば、発電装置3bが自動的に発電して、直流電圧V2を出力している。これにより、パワーコンディショナ4bが、直流電圧V2の供給を受けて動作して、この直流電圧V2をバス電圧Vbsに変換して直流バス2に供給する。したがって、発電装置3aだけが動作する場合と比べて、直流バス2のバス電圧Vbsはより短時間に上記した所定の電圧範囲内に上昇する。また、パワーコンディショナ4bは、発電装置3bから直流バス2に供給されている発電電力W2を計測して電力管理装置9に出力する。
また、この直流給電システム1Aでは、蓄電池111から充電電圧Vbaの供給を受けているDC/DCコンバータ7が動作して、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9とに動作用電圧Vopを出力(供給)している。このため、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9はそれぞれ動作状態にある。
したがって、各直流電源装置61~6nのBMU121~12nは、対応する蓄電池111~11nについての充電電圧VbaおよびSOC等を周期Tで計測すると共に、これらを計測する都度、電池情報として電力管理装置9に出力している。
また、電力管理装置9は、サイクル計測処理を実行して、各蓄電池11についてのサイクル数mを計測すると共に、容量算出処理を実行して、この計測したサイクル数mと、仕様上の電池容量Wspおよび低下の度合いαとに基づいて各蓄電池11の現在の満充電容量Yを算出している。
また、電力管理装置9は、電圧計測処理を実行してバス電圧Vbsを計測しつつ、充放電制御処理を実行している。
この発電装置3aの動作時の充放電制御処理では、電力管理装置9は、発電装置3a側のパワーコンディショナ4aから新たな発電電力W1を取得する都度(発電装置3bが発電しているときには、発電装置3b側のパワーコンディショナ4bから新たな発電電力W2を取得する都度)、総発電電力(W1+W2)を算出する。
また、電力管理装置9は、この総発電電力(W1+W2)が予め規定された基準電力以上のときには、負荷機器71への電力供給が可能と判別して、各DC/DCコンバータ5a,5bに対して、対応する負荷機器71a,71bで使用される負荷電圧VLa,VLbとなるようにバス電圧Vbsを変換して出力させる制御を実行する。本例では発電装置3aは、上記したように、負荷機器71への電力供給と、蓄電池11に対する充電とを同時に実行し得る電力を発電可能に構成されていることから、総発電電力(W1+W2)は基準電力以上となっている。このため、電力管理装置9は、各DC/DCコンバータ5a,5bに対して、対応する負荷機器71a,71bで使用される負荷電圧VLa,VLbとなるようにバス電圧Vbsを変換して出力させる制御を実行する。これにより、DC/DCコンバータ5a,5bは、対応する負荷機器71a,71bに対して負荷電力の供給を実行する。また、各DC/DCコンバータ5a,5bは、対応する負荷機器71a,71bに供給されている負荷電力WLa,WLbを計測して電力管理装置9に出力する。電力管理装置9は、新たな負荷電力WLa,WLbを取得する都度、総負荷電力(WLa+WLb)を算出する。
電力管理装置9は、算出した総発電電力(W1+W2)と総負荷電力(WLa+WLb)とを比較して、総発電電力(W1+W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を上回るときには、各直流電源装置6の蓄電池11への充電が可能な状態にあると判別する。本例の発電装置3aは、負荷機器71への電力供給と、蓄電池11に対する充電とを同時に実行可能な電力を発電可能な構成のため、総発電電力(W1+W2)は総負荷電力(WLa+WLb)を上回ることから、電力管理装置9は、各直流電源装置6の蓄電池11への充電が可能な状態にあると判別する。
この場合、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から取得した電池情報に基づいて充電可能な蓄電池11(充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値に達していない、言い換えれば、SOCが100%に達していない蓄電池11)を有する直流電源装置6を特定すると共に、特定した直流電源装置6のBMU12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつこの直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して充電指示を示す制御情報を出力する(充電動作を実行する)。電力管理装置9は、この各蓄電池11のSOCについては、本例では、対応するBMU12から取得した電池情報に含まれるSOCを使用しているが、サイクル計測処理において算出している各蓄電池11についての充電積算値と放電積算値とから各蓄電池11の現在の充電残量を算出し、この算出した各蓄電池11の充電残量と各蓄電池11の現在の満充電容量Yとに基づいて各蓄電池11のSOCを算出して使用する構成を採用することもできる。
本例において、この時点では、蓄電池111を除く他の蓄電池112~11nが過放電状態であり、また蓄電池111についてもその充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値を下回ることから、電力管理装置9は、電池情報に含まれる各蓄電池11の充電電圧Vba(電池情報に含まれる各蓄電池11のSOCであってもよい)に基づいてすべての蓄電池11が満充電ではない(つまり、充電が可能な状態である)ことを検出する。
このため、電力管理装置9は、すべての直流電源装置61~6nのBMU121~12nに対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつすべての直流電源装置61~6nの双方向DC/DCコンバータ141~14nに対して充電指示を示す制御情報を出力する。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置62~6nのCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに対しては、充電動作の際に各蓄電池112~11nに供給する充電電流の電流値を規定する指定電流値(各蓄電池112~11nに対する充電時のレート(充電レートともいう)が共通となる電流値)を制御情報に含めて出力する。
このレートとは、蓄電池11に対する充電または放電のための電流値について、蓄電池の満充電容量(実際の全容量)を1時間で充電または放電する電流値を基準とし、この基準に対する比率によって表したものである。この場合、1時間で充電または放電する基準の電流値(基準電流値ともいう)は「1C」と表される。したがって、電力管理装置9が容量算出処理を実行して算出している各蓄電池112~11nについての現在の満充電容量Yを示す数値は、各蓄電池112~11nの1Cでの電流値(基準電流値)を示すものでもある。レートについて具体例を挙げて説明すると、例えば、充電レートが0.5Cであるとは、充電電流の電流値が、基準の電流値(現在の満充電容量Yを示す数値)の50%の電流値であることを示している。また、放電時のレート(放電レートともいう)も同様であり、放電レートが0.4Cであるとは、放電電流の電流値が、基準の電流値の40%の電流値であることを示している。
電力管理装置9は、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を次のようにして算出する。
電力管理装置9は、まず、総発電電力(W1+W2)についての余剰電力(=総発電電力(W1+W2)-総負荷電力(WLa+WLb)。つまり、差分電力)を算出し、この算出した余剰電力を計測されたバス電圧Vbsで除算することにより、直流給電システム1A全体での余剰電流(=余剰電力/バス電圧Vbs)を算出する。
次いで、電力管理装置9は、算出した余剰電流全体のうちの予め規定された割合の余剰電流(以下、「特定余剰電流」ともいう)に相当する電力については、蓄電池111の充電のための電力として使用する。このため、電力管理装置9は、算出した余剰電流全体からこの特定余剰電流を差し引いた残りの余剰電流(例えば、特定余剰電流についての上記した割合が10%のときには、算出した余剰電流全体からその10%分の特定余剰電流を差し引いた残り90%分の余剰電流。以下、「残存余剰電流」ともいう)を各蓄電池112~11nの充電のための余剰電流として算出する。このようにして、算出した余剰電流全体のうちの特定余剰電流に相当する電力を常に蓄電池111に対する充電のために割り当てて、残りの残存余剰電流を各蓄電池112~11nの充電に使用する構成としたことにより、直流給電システム1Aでは、蓄電池111に対する充電が優先的に実行される。このため、蓄電池111は、その充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値近傍になるように常時充電される。
続いて、電力管理装置9は、各蓄電池112~11nの現在の満充電容量Yの総和を算出し、上記した各蓄電池112~11nの充電のための残存余剰電流をこの総和で除算することにより、1時間当たりの共通の充電レートRaを算出する。例えば、現在の満充電容量Yが100Ah,95Ah,105Ahと算出された3つの蓄電池11が存在するときにおいて、残存余剰電流が200Aのときには、
100×Ra+95×Ra+105×Ra=200
との式が成り立つ。よって、電力管理装置9は、充電レートRaを、
0.667C(=200/(100+95+105))と算出する。
100×Ra+95×Ra+105×Ra=200
との式が成り立つ。よって、電力管理装置9は、充電レートRaを、
0.667C(=200/(100+95+105))と算出する。
最後に、電力管理装置9は、この充電レートRaに基づき、周期Tでの各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を算出する。具体的には、電力管理装置9は、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対応する各蓄電池112~11nの現在の満充電容量Yにこの共通の充電レートRaを乗算することにより、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を算出する。例えば、現在の満充電容量Yが100Ah,95Ah,105Ahの3つの蓄電池11が存在するときにおいて、充電レートRaが0.667Cのときには、100Ahの蓄電池11に対応する双方向DC/DCコンバータ14に対する指定電流値は、66.7A(=0.667×100)と算出し、95Ahの蓄電池11に対応する双方向DC/DCコンバータ14に対する指定電流値は、63.365A(=0.667×95)と算出し、105Ahの蓄電池11に対応する双方向DC/DCコンバータ14に対する指定電流値は、70.035A(=0.667×105)と算出する。
このようにして電力管理装置9が、すべての直流電源装置61~6nのBMU121~12nに対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつすべての直流電源装置61~6nの双方向DC/DCコンバータ141~14nに対して充電指示を示す制御情報を出力することで、各直流電源装置6では、各コンタクタ13が連結状態に移行することから、蓄電池111が、充電動作するCV型の双方向DC/DCコンバータ141に連結状態のコンタクタ131を介して接続され、この結果、蓄電池111に対する定電圧充電が実行される。また、蓄電池112~11nが、充電動作するCC型の双方向DC/DCコンバータ142~14nに連結状態のコンタクタ132~13nを介して接続され、この結果、蓄電池112~11nに対する同じ充電レートでの定電流充電が実行される。
この場合、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から周期Tで出力される電池情報に含まれる充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値に達したか否か(または、電池情報に含まれるSOCが100%に達したか否か。つまり、蓄電池11が満充電状態になったか否か)を検出しつつ、満充電状態になったと判別したときには、その蓄電池11を含む直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力して、コンタクタ13を遮断状態に移行させることでこの蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14から切り離す。これにより、蓄電池11に対する過充電が防止される。
また、電力管理装置9は、このようにして優先的に充電していた蓄電池111の充電が完了した(蓄電池111が満充電状態になった)後の各周期Tでの各蓄電池112~11nに対する充電においては、特定余剰電流をゼロとして各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を算出して、各蓄電池112~11nに対する充電を継続する充放電制御処理を実行する。
また、電力管理装置9は、この充放電制御処理の実行中において、上記したようにして算出したCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値に対して、電圧計測処理で計測したバス電圧Vbsに基づいて修正を加えて、最終的な指定電流値(実際に双方向DC/DCコンバータ142~14nへの制御情報に含める指定電流値)とすることにより、つまり、双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値を制御することにより、バス電圧Vbsを所定の電圧範囲内に維持する。
例えば、電力管理装置9は、計測しているバス電圧Vbsが上昇して所定の電圧範囲の中間値を上回ったときには、蓄電池112~11nに対する共通の充電レートを増加させる(具体的には、算出したCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値を増加させる修正を加えた電流値を、双方向DC/DCコンバータ142~14nへの最終的な指定電流値とする)。これにより、直流バス2からCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに供給される電力が増加することから、バス電圧Vbsの上昇が抑制される。一方、電力管理装置9は、計測しているバス電圧Vbsが低下して所定の電圧範囲の中間値を下回ったときには、蓄電池112~11nに対する共通の充電レートを減少させる(具体的には、算出したCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値を減少させる修正を加えた電流値を、双方向DC/DCコンバータ142~14nへの最終的な指定電流値とする)。これにより、直流バス2からCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに供給される電力が減少することから、バス電圧Vbsの低下が抑制される。このようにして、バス電圧Vbsは、所定の電圧範囲内に維持される。
また、直流給電システム1Aでは、直流バス2のバス電圧Vbsに急激な変動(CC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値に対する制御では低減し切れない電圧変動)が生じた場合であっても、蓄電池111に対する充電および蓄電池111からの放電が可能な状態においては、双方向DC/DCコンバータ141がCV方式で蓄電池111に対する充電または蓄電池111からの放電を実行して、バス電圧Vbsの急激な変動を低減する。
上記したようにして、この直流給電システム1Aでは、最初の起動時や長期停止後の再起動時などにおいて、発電装置3aを一定期間だけ動作させてその発電電力W1を直流バス2に供給する構成のため、この一定期間において、直流バス2から各負荷機器71a,71bに対して十分な電力で負荷電圧VLa,VLbを供給しつつ、各直流電源装置6に含まれている蓄電池11を十分に充電(充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値となる状態(満充電状態)に充電)することが可能となっている。この場合、電力管理装置9は、サイクル計測処理および容量算出処理を実行することにより、周期Tで、蓄電池112~11nの現在の満充電容量Yをそれぞれ算出しつつ、蓄電池112~11nに対して常に共通の充電レートで充電するように、CC動作する各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する指定電流値(現在の満充電容量Yと充電レートとに基づいて算出される指定電流値)を個別に規定する。このため、各蓄電池112~11nは、それぞれのSOCが揃った状態で、満充電状態まで充電される。したがって、各蓄電池112~11nの充電電圧Vbaはほぼ揃った状態で上昇することから、各蓄電池112~11nは、ほぼ同じタイミングで満充電状態に達することになる。
なお、発電装置3aを動作させているこの一定期間が終了する前に、各直流電源装置6の蓄電池11がすべて満充電状態に充電されたときには、電力管理装置9は、上記の電力制御処理を第2コンバータ5に対して実行することで、総負荷電力(WLa+WLb)をより増加させ得る状態にして、蓄電池11の充電に割り当てられていた電力を負荷機器71に振り向けるようにしてもよいし、またすべての蓄電池11が満充電状態に充電されたことを発電装置3aの設置場所に居るオペレータに報知する表示器などを設けて発電装置3aの停止を促すようにしてもよい。
一定期間が終了した時点で、発電装置3aは停止される。これにより、この一定期間の終了後は、直流給電システム1Aは、発電装置3bだけが自然状態に応じて自動的に動作して発電する通常動作状態に移行する。
この通常動作状態において直流給電システム1Aでは、電力管理装置9は、サイクル計測処理の実行(各蓄電池11についてのサイクル数mの計測)、容量算出処理の実行(各蓄電池11の現在の満充電容量Yの算出)、および電圧計測処理の実行(バス電圧Vbsの計測)を継続しつつ、次のような充放電制御処理を実行している。
まず、発電装置3bが発電状態となる自然状態のとき(本例では、発電装置3bが太陽光発電装置で構成されているため、昼間のとき)の充放電制御処理では、電力管理装置9は、まず、発電装置3bのパワーコンディショナ4bから新たな発電電力W2を取得したり、また負荷機器71a,71bの各DC/DCコンバータ5a,5bから新たな負荷電力WLa,WLbを取得したりする都度、総発電電力(この場合、発電電力W2のみである)および総負荷電力(WLa+WLb)を算出する。
次いで、電力管理装置9は、算出した総発電電力(W2)と総負荷電力(WLa+WLb)とを比較して、総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を上回るとき(例えば、日照量が多いため、発電装置3bの発電電力W2が大きいとき)には、余剰電力が生じるため(差分電力(=総発電電力(W2)-総負荷電力(WLa+WLb))が正となるため)、各直流電源装置6の蓄電池11への充電が可能な状態にあると判別する。
この場合、電力管理装置9は、上記した発電装置3aの動作時での充放電制御処理と同じ内容で充放電制御処理を実行する。つまり、電力管理装置9は、CV動作する各双方向DC/DCコンバータ141に対して蓄電池111を優先的に充電するようにし、かつCC動作する各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して、対応する蓄電池112~11nが常に共通の充電レートで充電されるようにそれぞれの指定電流値(現在の満充電容量Yと充電レートとに基づいて算出される指定電流値)を規定して、各双方向DC/DCコンバータ142~14nの充電動作を制御する。これにより、各蓄電池112~11nは、それぞれのSOCが揃った状態で、つまりそれぞれの充電電圧Vbaが揃った状態で充電される。また、電力管理装置9は、この充放電制御処理の実行中において、周期Tで算出したCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値に対して、電圧計測処理で計測したバス電圧Vbsに基づく修正を加えて、最終的な指定電流値とすることにより、バス電圧Vbsを所定の電圧範囲内に維持する。
また、電力管理装置9は、充電動作中の直流電源装置6のBMU12から周期Tで出力される電池情報に含まれる充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値に達したか否か(または、電池情報に含まれるSOCが100%に達したか否か。つまり、蓄電池11が満充電状態になったか否か)を検出しつつ、満充電状態になったと判別したときには、その蓄電池11を含む直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力して、コンタクタ13を遮断状態に移行させることでこの蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14から切り離す。これにより、蓄電池11に対する過充電が防止される。この場合、各蓄電池112~11nは、上記したようにそれぞれのSOCが揃った状態で充電されるため、ほぼ同じタイミングで満充電状態に達する。このため、各蓄電池112~11nは、ほぼ同じタイミングで対応する双方向DC/DCコンバータ142~14nから切り離される。
一方、電力管理装置9は、総発電電力(W2)と総負荷電力(WLa+WLb)との比較の結果、総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を下回るとき(例えば、日照量が少ないため、発電装置3bの発電電力W2が小さいとき)には、総負荷電力(WLa+WLb)に関して不足電力が生じるため(差分電力(=総発電電力(W2)-総負荷電力(WLa+WLb))が負となるため))、各直流電源装置6の蓄電池11からの放電が必要な状態にあると判別する。この場合、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から取得した電池情報に基づいて放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6を特定すると共に、特定した直流電源装置6のBMU12に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつこの直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して放電指示を示す制御情報を出力する(放電動作を実行させる)。
この直流給電システム1Aでは、上記したように蓄電池111はその充電電圧Vbaが常時、使用電圧範囲の上限値近傍の電圧となるように充電される構成のため、電力管理装置9は、放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として直流電源装置61を常に特定する。また、電力管理装置9は、放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として、直流電源装置62~6nのうちのいずれかの直流電源装置6が該当するときには、この直流電源装置6を放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として特定する。本例では、各蓄電池112~11nは上記したようにそれぞれのSOCが揃った状態で、つまりそれぞれの充電電圧Vbaが揃った状態で充電される。このため、電力管理装置9は、各蓄電池112~11nを有する直流電源装置62~6nのすべてを、放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6として特定する。また、電力管理装置9は、特定した直流電源装置6の中に直流電源装置62~6nが含まれているときには、直流電源装置61に対して直流電源装置62~6nを優先的に放電動作させる。以下、特定した直流電源装置6の中に直流電源装置62~6nが含まれている例を挙げて説明する。
この例では、電力管理装置9は、まず、直流電源装置62~6nに放電動作を実行させるために、この直流電源装置62~6nの各BMU122~12nに対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつ各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して放電指示を示す制御情報を出力する。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置62~6nの双方向DC/DCコンバータ142~14nに対しては、放電動作の際に各蓄電池112~11nから放電させる電流(放電電流)の電流値を個別に規定する指定電流値(各蓄電池112~11nの放電時のレート(放電レートともいう)が共通となる電流値)を制御情報に含めて出力する。これにより、直流電源装置62~6nから直流バス2に上記の不足電力に相当する電力が供給される。したがって、各DC/DCコンバータ5a,5bは、対応する負荷機器71a,71bに対して、負荷電力WLa,WLbを継続して供給することが可能となる。
電力管理装置9は、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を次のようにして算出する。
電力管理装置9は、まず、総発電電力(W2)についての不足電力(=総負荷電力(WLa+WLb)-総発電電力(W2)。つまり、差分電力)を算出し、この算出した不足電力を計測されたバス電圧Vbsで除算することにより、直流給電システム1A全体での不足電流(=不足電力/バス電圧Vbs)を算出する。
次いで、電力管理装置9は、充電レートRaを算出したときと同様にして、算出した不足電流を各蓄電池112~11nの現在の満充電容量Yの総和で除算することにより、1時間当たりの共通の放電レートRbを算出する。
最後に、電力管理装置9は、この放電レートRbに基づき、周期Tでの各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を算出する。具体的には、電力管理装置9は、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対応する各蓄電池112~11nの現在の満充電容量Yにこの共通の放電レートRbを乗算することにより、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する個別の指定電流値を算出する。
このようにして電力管理装置9が、直流電源装置62~6nのBMU122~12nに対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつ直流電源装置62~6nの双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して放電指示を示す制御情報を出力することで、各直流電源装置6では、各コンタクタ13が連結状態に移行することから、蓄電池112~11nが、放電動作するCC型の双方向DC/DCコンバータ142~14nに連結状態のコンタクタ132~13nを介して接続され、この結果、蓄電池112~11nに対する同じ放電レートRbでの定電流放電が実行される。
電力管理装置9は、直流電源装置62~6nにおいて上記の放電動作が継続して実行された結果、このようにして各蓄電池112~11nの充電電圧Vbaが使用電圧範囲の下限値に達したことを、そのBMU122~12nから取得した電池情報に基づいて検出したときには、この直流電源装置62~6nのBMU122~12nに対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力する。この場合、電力管理装置9は、CC動作する各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して、対応する蓄電池112~11nに対する放電レートが常に同じになるように指定電流値(現在の満充電容量Yと放電レートとに基づいて算出される指定電流値)を個別に規定する。このため、各蓄電池112~11nは、それぞれのSOCが揃った状態で放電される。また、電力管理装置9は、この充放電制御処理の実行中において、周期Tで算出したCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値に対して、電圧計測処理で計測したバス電圧Vbsに基づく修正を加えて、最終的な指定電流値とすることにより、バス電圧Vbsを所定の電圧範囲内に維持する。
したがって、各蓄電池112~11nの充電電圧Vbaは、ほぼ揃った状態で低下して、ほぼ同じタイミングで使用電圧範囲の下限値に達することから、電力管理装置9は直流電源装置62~6nのBMU122~12nに対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を同じタイミングで出力する。これにより、この直流電源装置62~6nでは、BMU122~12nによってコンタクタ132~13nが遮断状態に同じタイミングで移行させられることで、蓄電池112~11nが双方向DC/DCコンバータ142~14nから同じタイミングで切り離される(放電動作が同じタイミングで停止させられる)。このため、蓄電池112~11nに対する過放電が防止される。
電力管理装置9は、直流電源装置62~6nに対して放電動作を停止させたときには、次に、直流電源装置61に放電動作を実行させる。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置61のBMU121に対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつ双方向DC/DCコンバータ141に対して放電指示を示す制御情報を出力する。直流電源装置61では、BMU121が、電力管理装置9から取得した連結指示を示すコンタクト制御情報に基づいてコンタクタ131を連結状態に移行させることで、蓄電池111を双方向DC/DCコンバータ141に接続させる。また、電力管理装置9から取得した放電指示を示す制御情報に基づいて放電動作している双方向DC/DCコンバータ141は、蓄電池111の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して直流バス2に出力する(蓄電池111を放電する)。
この場合、電力管理装置9は、計測しているバス電圧Vbsが上記した所定の電圧範囲内に維持されるように、直流電源装置61に対して放電動作を実行させる時間を制御して、直流電源装置6から直流バス2に供給される放電電力を制御する。
電力管理装置9は、直流電源装置61において上記の放電動作が継続して実行された結果、その蓄電池111の充電電圧Vbaが低下して使用電圧範囲内に規定された電圧閾値に達したことを、BMU121から取得した電池情報に基づいて検出したときには、直流電源装置61のBMU121に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力する。これにより、直流電源装置61では、BMU121によってコンタクタ131が遮断状態に移行させられることで、蓄電池111が双方向DC/DCコンバータ14から切り離される(放電動作が停止させられる)。このため、蓄電池111の充電電圧Vbaが電圧閾値を下回る事態が防止されて、DC/DCコンバータ7が、この蓄電池111の充電電圧Vbaに基づいて、十分に長い期間に亘って動作用電圧Vopを生成して出力することが可能となっている。
これにより、直流電源装置6から直流バス2への電力供給がすべて停止される。直流給電システム1Aでは、総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を下回る状態で、DC/DCコンバータ5a,5bが上記動作をそのまま継続したときには、バス電圧Vbsが低下して、所定の電圧範囲(本例ではDC340V以上DC400V以下の範囲)の下限電圧値(DC340V)を下回る恐れがある。このため、電力管理装置9は、計測しているバス電圧Vbsが上記した所定の電圧範囲(DC340V以上DC400V以下の電圧範囲)内に維持されるように、第2コンバータ5(本例では、DC/DCコンバータ5a,5bの少なくとも一方)に対して設定する上限電流値を変更して、総負荷電力(WLa+WLb)を減少させる(発電電力W2が増加したときには、増加させる)電力制御処理を実行する。
次に、発電装置3bが非発電状態(発電停止状態)となる自然状態のとき(本例では、発電装置3bが太陽光発電装置で構成されているため、夜間のとき)の充放電制御処理について説明する。
この充放電制御処理では、総発電電力(W2)はほぼゼロであることから、電力管理装置9は、上記した総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を下回るときと同じ動作を実行する。したがって、電力管理装置9は、まず、各直流電源装置6のBMU12から取得した電池情報に基づいて放電可能な蓄電池11を有する直流電源装置6が存在するか否かを検出して、存在するときには、この直流電源装置6を特定して放電動作させることにより、DC/DCコンバータ5a,5bにおいて対応する負荷機器71a,71bへの負荷電圧VLa,VLbを生成可能な状態とする。
その後、直流電源装置62~6nは、その蓄電池112~11nの充電電圧Vbaが使用電圧範囲の下限値に達したとき(この場合、蓄電池112~11nの各充電電圧Vbaはほぼ同じタイミングで使用電圧範囲の下限値に達する)に、また、直流電源装置61は、その蓄電池111の充電電圧Vbaが電圧閾値に達したときに、電力管理装置9からの遮断指示を示すコンタクト制御情報に基づいてそれぞれのコンタクタ13を遮断状態に移行させることで、放電動作を停止する。この場合、直流バス2への電力の供給源が存在しない状態になるため、電力管理装置9は、すべての直流電源装置6の双方向DC/DCコンバータ14に対して停止指示を示す制御情報を出力して、双方向DC/DCコンバータ14の動作を停止させることで、直流給電システム1Aをスリープ状態(各蓄電池11に充電されている電力の直流給電システム1A内での消費が最も少ない状態)に移行させる。また、直流給電システム1Aでは、上記したように蓄電池112~11nの各充電電圧Vbaがほぼ同じタイミングで使用電圧範囲の下限値に達してスリープ状態に移行する構成のため、スリープ状態における各蓄電池112~11nのSOCは揃った状態に維持される。
なお、本例の直流給電システム1Aでは、すべての直流電源装置6において、蓄電池11と双方向DC/DCコンバータ14との間にコンタクタ13が配設されて、上記のような直流バス2への電力の供給源が存在しない状態になったときには、すべてのコンタクタ13を遮断状態に移行させて、蓄電池11と双方向DC/DCコンバータ14とを遮断する(切り離す)構成が採用されている。このため、本例の直流給電システム1Aでは、さらに双方向DC/DCコンバータ14の動作を停止させるまでもなく、すべてのコンタクタ13を遮断状態に移行させた時点で、実質的に上記のスリープ状態に移行する。ただし、コンタクタ13の無い構成の直流電源装置(蓄電池11と双方向DC/DCコンバータ14とが直結された構成の直流電源装置)も考えられ、この構成の直流電源装置を備えた直流給電システムでは、双方向DC/DCコンバータ14の動作を停止させることで、スリープ状態に移行させる。
このスリープ状態への移行後において、この直流給電システム1Aでは、蓄電池111と双方向DC/DCコンバータ141とがコンタクタ131で遮断された(切り離された)状態となっているため、また、上記したコンタクタ13の無い構成の直流電源装置を備えた直流給電システムでは、蓄電池111に接続されている双方向DC/DCコンバータ141が停止させられているため、蓄電池111の充電電力は、動作用電圧Vopを生成して出力しているDC/DCコンバータ7だけに供給される構成となっている。
したがって、このようにしてスリープ状態への移行が可能な直流給電システム(直流給電システム1Aを含む)では、DC/DCコンバータ7での充電電圧Vbaから動作用電圧Vopへの変換効率が良好で、かつ動作用電圧Vopの供給を受けて動作状態を維持する各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13、並びに電力管理装置9での消費電力がいずれも小さいときには、蓄電池111の充電電力が消費されることによって充電電圧Vbaが電圧閾値から使用電圧範囲の下限値まで低下するまでの時間(つまり、BMU12、コンタクタ13、および電力管理装置9の動作時間)を十分に長くすることができる。これにより、この直流給電システム(直流給電システム1Aを含む)では、発電装置3bが発電を再開するまで、各直流電源装置6のBMU12およびコンタクタ13、並びに電力管理装置9を動作状態に維持し得ることから、発電装置3bによる発電の再開時において、上記したように電力管理装置9などが動作して、各蓄電池11への充電動作および各負荷機器71a,71bへの負荷電圧VLa,VLbの供給動作が可能となっている。
また、電力管理装置9は、総発電電力(W2)と総負荷電力(WLa+WLb)とを比較して、総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)と一致するときには、各直流電源装置6の蓄電池11への充電は不可であり、また各直流電源装置6の蓄電池11からの放電も不要であると判別して、各直流電源装置6の蓄電池11に対する充放電は実行しない。
このように、この直流給電システム1Aでは、主として直流バス2に電力を供給する蓄電池11として機能する蓄電池112~11nを充放電させるための双方向DC/DCコンバータとして、CC動作する(定電流方式の)双方向DC/DCコンバータ142~14nを備え、電力管理装置9は、双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して、蓄電池112~11nの充電時や放電時においてそれぞれの充電レートや放電レートが同じになるように個別の指定電流値を規定する。
したがって、この直流給電システム1Aによれば、各蓄電池112~11nをそれぞれのSOCが常に揃った状態で充放電させることができる(つまり、ほぼ同じタイミングで満充電状態に達したり、ほぼ同じタイミングで使用電圧範囲の下限値に達したりするようにできる)ため、各蓄電池112~11nに対する充放電が繰り返された際にも、各蓄電池112~11n間にサイクル数mに差が生じる事態の発生を回避することができ、その結果として、各蓄電池112~11nの電池寿命にばらつきが生じることを大幅に低減することができる。
また、この直流給電システム1Aでは、電力管理装置9が、複数の蓄電池112~11nの現在の満充電容量Yを算出する容量算出処理を実行しつつ、各蓄電池112~11nを充電させる際には、算出した現在の満充電容量Yと共通の充電レートとに基づいて各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して各蓄電池112~11nに供給させる充電電流(直流定電流)の指定電流値を算出し、各蓄電池112~11nを放電させる際には、算出した現在の満充電容量Yと共通の放電レートとに基づいて各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して各蓄電池112~11nから直流バス2に供給させる放電電流(直流定電流)の指定電流値を算出する。
したがって、この直流給電システム1Aによれば、サイクル数mの増加に伴って各蓄電池112~11nの満充電容量Yが変化した場合においても、各蓄電池112~11nを充電させる際には、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して各蓄電池112~11nの充電レートが共通となる指定電流値を指定できると共に、各蓄電池112~11nを放電させる際には、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して各蓄電池112~11nの放電レートが共通となる指定電流値を指定できる。このため、この直流給電システム1Aによれば、このように各蓄電池112~11nの満充電容量Yが変化した場合においても、各蓄電池112~11nをそれぞれのSOCが常に揃った状態で充放電させることができることから、各蓄電池112~11n間にサイクル数mに差が生じる事態の発生をより確実に回避することができ、各蓄電池112~11nの電池寿命にばらつきが生じることをより一層低減することができる。
また、この直流給電システム1Aによれば、電力管理装置9が、複数の蓄電池112~11nの現在のサイクル数mを計測するサイクル計測処理を実行しつつ、容量算出処理において、この現在のサイクル数mに基づいて(具体的には、このサイクル数mと、各蓄電池11の仕様上の電池容量Wspおよび低下の度合いαとに基づいて)、現在の満充電容量Yを算出するため、この満充電容量Yを正確に算出できることから、各双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して指定する指定電流値(各蓄電池112~11nの充電レートが共通となる指定電流値、および各蓄電池112~11nの放電レートが共通となる指定電流値)をより正確に算出することができる。したがって、各蓄電池112~11nをそれぞれのSOCが常に揃った状態でより正確に充放電させることができ、この結果として、各蓄電池112~11nの電池寿命にばらつきが生じることをさらに低減することができる。
また、この直流給電システム1Aでは、蓄電池111と、蓄電池111および直流バス2の間に接続されて、蓄電池111を充放電させるための双方向DC/DCコンバータとしてCV動作する(定電圧方式の)双方向DC/DCコンバータ141とを備えている。したがって、この直流給電システム1Aによれば、直流バス2のバス電圧Vbsに急激な変動(CC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する制御では低減し切れない変動)が生じた場合であっても、蓄電池111に対する充電および蓄電池111からの放電が可能な状態においては、双方向DC/DCコンバータ141がCV方式で蓄電池111に対する充電または蓄電池111からの放電を実行して、バス電圧Vbsの急激な変動を低減することができる。
なお、上記した直流給電システム1Aでは、複数の直流電源装置61~6nのうちの1つの直流電源装置61を、CV動作する双方向DC/DCコンバータ141を備えた構成とし、残りの直流電源装置62~6nを、CC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nを備えた構成としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、図2に示す構成の直流給電システム1Bのように、複数の直流電源装置6のすべてを、CC動作する双方向DC/DCコンバータ14を備えた構成とし、かつバス電圧Vbsに生じた急激な変動を低減するための手段として直流バス2にコンデンサ21を接続する構成を採用することもできる。
以下、直流給電システム1Bについて説明する。なお、直流給電システム1Aと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成を主に説明する。また、理解の容易のため、直流給電システム1Bでは、直流給電システム1Aに含まれている直流電源装置61を省くことで、配設されたすべての直流電源装置6(直流電源装置62~6n)をCC動作する双方向DC/DCコンバータ14とする構成を採用している。
最初に、直流給電システムとしての直流給電システム1Bの構成について説明する。
直流給電システム1Bは、図2に示すように、直流バス2、1または2以上の発電装置3(本例では一例として2つの発電装置3a,3b)、発電装置3に対応して配設された第1コンバータ4としての2つのパワーコンディショナ4a,4b、直流給電システム1Bに接続される負荷機器71(本例では一例として2つの負荷機器71a,71b)に対応して配設された第2コンバータ5としての2つの第2コンバータ5a,5b、複数の直流電源装置6(直流電源装置62,63,・・・,6n)、第3コンバータ7、電力管理装置9およびコンデンサ21を備え、発電装置3で発電された電力に基づいて直流電圧を生成して、負荷機器71a,71bに供給可能な独立型の直流給電システムとして構成されている。
直流電源装置6は、直流電源装置62,63,・・・,6nの(n-1)個配設されている。各直流電源装置62~6nは、蓄電池112~11n、BMU122~12n、コンタクタ132~13nおよび双方向DC/DCコンバータ142~14nをそれぞれ備えて構成されている。
また、直流電源装置62は、上記した直流給電システム1Aにおける直流電源装置61と同様の構成に構成されて、その蓄電池112が第3コンバータ7に接続されている。これにより、この1つの蓄電池112は、直流バス2への電力の供給のためにも使用されるものの、各直流電源装置62~6nのBMU12およびコンタクタ13と、電力管理装置9との動作のための電力(動作用電圧Vop)の供給を行う蓄電池として主として機能する。このため、蓄電池112は、スリープ状態、および蓄電池112に対応するコンタクタ132が遮断状態に移行した状態の2つの状態を除く他の動作状態において、その充電電圧Vbaがその使用電圧範囲の上限値を下回り、かつ下限値を上回る予め規定された電圧閾値以上となるように、電力管理装置9によって充放電制御される。これにより、蓄電池112は、他の蓄電池113~11nと比較して一般的に充放電回数が多くなることから、充放電回数が多くなった場合でも劣化の少ない(寿命に与える影響の少ない)高価な蓄電池(例えば、リチウムイオン電池やNAS電池(ナトリウム硫黄電池)など)で構成されている。なお、直流給電システム1Bの装置コストの上昇を抑えるためには、この高価な蓄電池は本例のように最小限の数(1つの蓄電池112だけ)とするのが好ましいが、許容される範囲内で、個数を増やすこともできる。
一方、蓄電池112以外の蓄電池113~11nは、主として直流バス2への電力の供給のために使用され、個数も多い。このため、蓄電池113~11nは、一般的に、大容量であって、かつ安価な鉛蓄電池やニッケル水素電池などの蓄電池であって、同種で、かつ同容量の蓄電池で構成されている。
双方向DC/DCコンバータ142~14nは、電力管理装置9から受信した制御情報が充電指示のときには、他方の一対の入出力端子から入力したバス電圧Vbsを昇圧または降圧(電圧変換)して一方の一対の入出力端子から蓄電池11に出力することにより、この制御情報に含まれる指定電流値で充電電流を蓄電池11に供給して、蓄電池11を充電する(定電流での充電動作を実行する)。また、双方向DC/DCコンバータ142~14nは、受信した制御情報が放電指示のときには、一方の一対の入出力端子から入力した蓄電池11の充電電圧Vbaを昇圧または降圧(電圧変換)して他方の一対の入出力端子から直流バス2に出力することにより、この制御情報に含まれる指定電流値で放電電流を蓄電池11から出力させる(蓄電池11を放電させる(定電流での放電動作を実行する))。
コンデンサ21は、直流バス2に直接接続されている。この構成により、コンデンサ21は、バス電圧Vbsに常時充電されている。
次に、図2に示した直流給電システム1Bの動作について説明する。なお、直流給電システム1Aの動作と同じ動作については説明を省略し、異なる動作、つまり、直流電源装置62の動作、およびコンデンサ21の動作について主として説明する。また、蓄電池113~11nについては、それぞれのSOCが揃った状態にあるものとする。
まず、発電装置3aが動作する一定期間の各構成要素の動作について説明する。
この発電装置3aの動作時の充放電制御処理では、総発電電力(W1+W2)は基準電力以上となっているため、電力管理装置9は、各DC/DCコンバータ5a,5bに対して、対応する負荷機器71a,71bで使用される負荷電圧VLa,VLbとなるようにバス電圧Vbsを変換して出力させる制御を実行する。これにより、負荷機器71a,71bは動作する。
また、総発電電力(W1+W2)は総負荷電力(WLa+WLb)を上回るため、電力管理装置9は、余剰電力(差分電力=総発電電力(W1+W2)-総負荷電力(WLa+WLb))で、各直流電源装置6の蓄電池11への充電を実行する。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置62~6nのCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して、充電動作の際に各蓄電池112~11nに供給する充電電流の指定電流値を制御情報に含めて出力する。
電力管理装置9は、この指定電流値を次のようにして算出する。まず、電力管理装置9は、余剰電力を計測されたバス電圧Vbsで除算することにより、直流給電システム1B全体での余剰電流を算出する。次いで、電力管理装置9は、算出した余剰電流全体のうちの予め規定された割合の余剰電流(特定余剰電流)については、蓄電池112の充電用として規定して、特定余剰電流に基づき、対応する双方向DC/DCコンバータ142への指定電流値(周期Tでの充電電流の電流値)を算出する。このようにして、蓄電池112は、他の蓄電池113~11nの多少の如何に関わらず、常に特定余剰電流から算出される電流値で充電されるため、他の蓄電池113~11nよりも優先的に充電される。
また、電力管理装置9は、算出した余剰電流全体からこの特定余剰電流を差し引いた残りの余剰電流(残存余剰電流)については蓄電池113~11nの充電用として規定して、残存余剰電流と蓄電池113~11nの現在の満充電容量Yの総和とに基づき、直流給電システム1Aと同様にして、蓄電池113~11nへの充電電流の充電レートが共通となる指定電流値(対応する双方向DC/DCコンバータ143~14nへの指定電流値)を個別に算出する。このため、各蓄電池113~11nは、共通の充電レートで充電されることから、それぞれのSOCが揃った状態で、つまり、充電電圧Vbaが揃った状態で充電される。
また、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から周期Tで出力される電池情報に含まれる充電電圧Vbaが使用電圧範囲の上限値に達したか否か(または、電池情報に含まれるSOCが100%に達したか否か。つまり、蓄電池11が満充電状態になったか否か)を検出しつつ、満充電状態になったと判別したときには、その蓄電池11を含む直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力して、コンタクタ13を遮断状態に移行させることでこの蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14から切り離す。これにより、蓄電池11に対する過充電が防止される。
上記のようにして優先的に充電された蓄電池112は、最初に満充電状態になる(充電が完了する)。この場合、電力管理装置9は、蓄電池112の充電が完了した後の各周期Tでの各蓄電池113~11nに対する充電に際しては、直流給電システム1B全体での余剰電流を上記した残存余剰電流として、蓄電池113~11nへの充電電流の充電レートが共通となる指定電流値を個別に算出して、対応する双方向DC/DCコンバータ143~14nへの制御情報に含めることで、各蓄電池113~11nに対する充電を継続する充放電制御処理を実行する。したがって、各蓄電池113~11nは、蓄電池112の満充電後も、それぞれのSOCが揃った状態で、つまり、充電電圧Vbaが揃った状態で充電される。
蓄電池113~11nは、上記したようにそれぞれのSOCが揃った状態で充電されるため、ほぼ同じタイミングで満充電状態に達する。
次いで、発電装置3aが停止し、かつ発電装置3bが発電状態となるとき(昼間のとき)の動作について説明する。
このときの充放電制御処理では、電力管理装置9は、総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を上回るときには、各直流電源装置6の蓄電池11への充電が可能な状態にあると判別して、上記した発電装置3aの動作時での充放電制御処理と同じ内容で充放電制御処理を実行する。
これにより、蓄電池112は、他の蓄電池113~11nよりも優先的に充電される。また、各蓄電池113~11nは、それぞれのSOCが揃った状態で充電される。
一方、電力管理装置9は、総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を下回り、総負荷電力(WLa+WLb)に関して不足電力が生じる場合には、各直流電源装置6の蓄電池11からの放電を実行する。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置62~6nのCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに対して、放電動作の際に各蓄電池112~11nから放電させる放電電流の指定電流値を制御情報に含めて出力する。
この場合、直流給電システム1Bでは、電力管理装置9は、まず、直流電源装置63~6nに放電動作を実行させるために、この直流電源装置63~6nの各BMU123~12nに対して連結指示を示すコンタクト制御情報を出力し、かつ各双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して放電指示を示す制御情報を出力する。また、電力管理装置9は、双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して、蓄電池113~11nからの放電電流の放電レートが共通となる指定電流値を個別に算出すると共に制御情報に含めて出力する。これにより、直流電源装置63~6nから直流バス2に上記の不足電力に相当する電力が供給される。したがって、各DC/DCコンバータ5a,5bは、対応する負荷機器71a,71bに対して、負荷電力WLa,WLbを継続して供給することが可能となる。
電力管理装置9は、この指定電流値については、不足電力(=総負荷電力(WLa+WLb)-総発電電力(W2)。つまり、差分電力)をバス電圧Vbsで除算することにより、直流給電システム1B全体での不足電流を算出し、この不足電流と双方向DC/DCコンバータ143~14nの満充電容量の総和とに基づき、直流給電システム1Aと同様にして、蓄電池113~11nからの放電電流の放電レートが共通となる指定電流値(対応する双方向DC/DCコンバータ143~14nへの指定電流値)を個別に算出する。
また、電力管理装置9は、各直流電源装置6のBMU12から周期Tで出力される電池情報に含まれる充電電圧Vbaが使用電圧範囲の下限値に達したか否かを検出しつつ、充電電圧Vbaがこの下限値に達したことを検出したときには、その蓄電池11を含む直流電源装置6のBMU12に対して遮断指示を示すコンタクト制御情報を出力して、コンタクタ13を遮断状態に移行させることでこの蓄電池11を双方向DC/DCコンバータ14から切り離す。これにより、蓄電池11に対する過放電が防止される。この場合、電力管理装置9はCC動作する各双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して上記のようにして算出される個別の指定電流値で放電動作させるように制御する。このため、各蓄電池113~11nは、共通の放電レートで放電されることから、それぞれのSOCが揃った状態で、つまり、充電電圧Vbaが揃った状態で放電される。
電力管理装置9は、直流電源装置63~6nに対して放電動作を停止させたときには、次に、直流電源装置62に放電動作を実行させる。この場合、電力管理装置9は、直流電源装置62において放電動作が継続して実行された結果、その蓄電池112の充電電圧Vbaが低下して使用電圧範囲内に規定された電圧閾値に達したことを、BMU122から取得した電池情報に基づいて検出したときには、コンタクタ132を遮断状態に移行させて、蓄電池112が双方向DC/DCコンバータ142から切り離すことで、蓄電池112の充電電圧Vbaが電圧閾値を下回る事態を防止する。
また、直流給電システム1Bでは、直流バス2のバス電圧Vbsに急激な変動(CC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値に対する制御では低減し切れない電圧変動)が生じた場合であっても、直流バス2に接続されているコンデンサ21がこの急激な変動を低減する。
続いて、発電装置3bが非発電状態(発電停止状態)となる自然状態のとき(本例では、発電装置3bが太陽光発電装置で構成されているため、夜間のとき)の充放電制御処理について説明する。
この充放電制御処理では、総発電電力(W2)はほぼゼロであることから、電力管理装置9は、上記した総発電電力(W2)が総負荷電力(WLa+WLb)を下回るときと同じ動作を実行して、特定した直流電源装置6を放電動作させることにより、DC/DCコンバータ5a,5bにおいて対応する負荷機器71a,71bへの負荷電圧VLa,VLbを生成可能な状態とする。
その後、直流電源装置63~6nは、その蓄電池113~11nの充電電圧Vbaが使用電圧範囲の下限値に達したときに、また直流電源装置62は、その蓄電池112の充電電圧Vbaが電圧閾値に達したときに、電力管理装置9からの遮断指示を示すコンタクト制御情報に基づいてそれぞれのコンタクタ13を遮断状態に移行させることで、放電動作を停止する。この場合、直流バス2への電力の供給源が存在しない状態になるため、電力管理装置9は、直流給電システム1Aでの動作と同様にして、直流給電システム1Bをスリープ状態に移行させる。
この直流給電システム1Bでも、主として直流バス2に電力を供給する蓄電池11として機能する蓄電池113~11nを充放電させるための双方向DC/DCコンバータとしてCC動作する双方向DC/DCコンバータ143~14nを備え、電力管理装置9は、双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して共通の指定電流値で対応する蓄電池113~11nを充放電させる。
また、電力管理装置9は、上記した各充放電制御処理の実行中において、算出したCC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値に対して、電圧計測処理で計測したバス電圧Vbsに基づいて修正を加えて、最終的な指定電流値(実際に双方向DC/DCコンバータ142~14nへの制御情報に含める指定電流値)とすることにより、つまり、双方向DC/DCコンバータ142~14nへの指定電流値を制御することにより、バス電圧Vbsを所定の電圧範囲内に維持する。
このように、この直流給電システム1Bでも、主として直流バス2に電力を供給する蓄電池11として機能する蓄電池113~11nを充放電させるための双方向DC/DCコンバータとして、CC動作する(定電流方式の)双方向DC/DCコンバータ143~14nを備え、電力管理装置9は、双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して、蓄電池113~11nの充電時や放電時においてそれぞれの充電レートや放電レートが同じになるように個別の指定電流値を規定する。
したがって、この直流給電システム1Bによっても、各蓄電池113~11nをそれぞれのSOCが常に揃った状態で充放電させることができる(つまり、ほぼ同じタイミングで満充電状態に達したり、ほぼ同じタイミングで使用電圧範囲の下限値に達するようにできる)ため、各蓄電池113~11nに対する充放電が繰り返された際にも、各蓄電池112~11n間にサイクル数mに差が生じる事態の発生を回避することができ、その結果として、各蓄電池113~11nの電池寿命にばらつきが生じることを大幅に低減することができる。
また、この直流給電システム1Bにおいても、電力管理装置9が、複数の蓄電池113~11nの現在の満充電容量Yを算出する容量算出処理を実行しつつこの現在の満充電容量Yに基づいて、各蓄電池113~11nを充電させる際には各双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して各蓄電池113~11nに供給させる充電電流(直流定電流)の指定電流値を算出し、各蓄電池113~11nを放電させる際には各双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して各蓄電池113~11nから直流バス2に供給させる放電電流(直流定電流)の指定電流値を算出する。このため、各蓄電池113~11nの満充電容量Yが変化した場合においても、各蓄電池113~11nをそれぞれのSOCが常に揃った状態で充放電させることができることから、各蓄電池113~11n間にサイクル数mに差が生じる事態の発生をより確実に回避することができ、各蓄電池113~11nの電池寿命にばらつきが生じることをより一層低減することができる。
また、この直流給電システム1Bにおいても、電力管理装置9が、複数の蓄電池113~11nの現在のサイクル数mを計測するサイクル計測処理を実行しつつ、このサイクル数mと、各蓄電池113~11nの仕様上の電池容量Wspおよび低下の度合いαとに基づいて、各蓄電池113~11nの現在の満充電容量Yを算出するため、これらの満充電容量Yを正確に算出できることから、各双方向DC/DCコンバータ143~14nに対して指定する指定電流値(各蓄電池113~11nの充電レートが共通となる指定電流値、および各蓄電池113~11nの放電レートが共通となる指定電流値)をより正確に算出することができる。したがって、各蓄電池113~11nをそれぞれのSOCが常に揃った状態でより正確に充放電させることができ、この結果として、各蓄電池113~11nの電池寿命にばらつきが生じることをさらに低減することができる。
また、この直流給電システム1Bによれば、直流バス2にコンデンサ21が接続されているため、直流バス2のバス電圧Vbsに急激な変動(CC動作する双方向DC/DCコンバータ142~14nに対する制御では低減し切れない変動)が生じた場合であっても、コンデンサ21が蓄電している電力を直流バス2に放電するので、バス電圧Vbsの急激な変動を低減することができる。
また、上記の直流給電システム1A,1Bでは、電力管理装置9が、複数の蓄電池11の現在の満充電容量Yを算出する容量算出処理を実行しつつ、算出した現在の満充電容量Yと共通の充電レートとに基づいて各双方向DC/DCコンバータ14に対して対応する各蓄電池11に供給させる充電電流(直流定電流)の指定電流値を算出し、算出した現在の満充電容量Yと共通の放電レートとに基づいて各双方向DC/DCコンバータ14に対して対応する各蓄電池11から直流バス2に供給させる放電電流(直流定電流)の指定電流値を算出する好ましい構成を採用しているが、例えば、満充電容量Yの変化の少ない蓄電池(実際の満充電容量Yが初期の電池容量(仕様上の電池容量Wsp)からあまり変化しない蓄電池)を複数の蓄電池11として使用するような場合には、仕様上の電池容量Wspと共通の充電レートとに基づいて各双方向DC/DCコンバータ14に対して対応する各蓄電池11に供給させる充電電流(直流定電流)の指定電流値を算出し、仕様上の電池容量Wspと共通の放電レートとに基づいて各双方向DC/DCコンバータ14に対して対応する各蓄電池11から直流バス2に供給させる放電電流(直流定電流)の指定電流値を算出する簡易な構成を採用することもできる。この構成によれば、上記のサイクル計測処理および容量算出処理を省くことができることから、電力管理装置9の負担を軽減することができる。
また、上記の直流給電システム1A,1Bでは、蓄電池111や蓄電池112の充電電力に基づいて動作して、BMU12、コンタクタ13および電力管理装置9へ動作用電圧Vopを供給するDC/DCコンバータ7を備える構成を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、発電装置3bが発電を停止してから発電を再開するまでの間に、直流電源装置6によって直流バス2のバス電圧Vbsを所定の電圧範囲内に十分に維持し得る構成のとき(具体的には、各蓄電池11の容量が十分に大きく、充電電圧Vbaが使用電圧範囲の下限値を上回ることのない構成のとき)には、BMU12およびコンタクタ13は、対応する蓄電池11の充電電圧Vbaで動作し、また電力管理装置9は、各蓄電池11のうちの少なくとも1つの蓄電池11の充電電圧Vbaで動作する構成として、DC/DCコンバータ7の配設を省略することもできる。
本願発明によれば、蓄電池の充放電サイクル数に差が生じる事態の発生に起因する蓄電池の劣化の進行を遅くすることができるため、本発明は、蓄電池を必須とする独立型の直流給電システムに広く適用することができる。
1A,1B 直流給電システム
2 直流バス
3a,3b 発電装置
4a,4b 第1コンバータ
5a,5b 第2コンバータ
9 電力管理装置
112~11n 蓄電池
142~14n 双方向DC/DCコンバータ
71a,71b 負荷機器
W1,W2 発電電力
Wla,Wlb 負荷電力
2 直流バス
3a,3b 発電装置
4a,4b 第1コンバータ
5a,5b 第2コンバータ
9 電力管理装置
112~11n 蓄電池
142~14n 双方向DC/DCコンバータ
71a,71b 負荷機器
W1,W2 発電電力
Wla,Wlb 負荷電力
Claims (5)
- 商用電源に接続されない独立型の直流給電システムであって、
直流給電の母線となる直流バスと、
発電装置と、
前記発電装置の発電電力を前記直流バスに供給する第1コンバータと、
前記直流バスに供給されている直流電圧を電圧変換して負荷機器に供給する第2コンバータと、
満充電容量の異なる複数の第1蓄電池と、
前記複数の第1蓄電池の各々と前記直流バスとの間に接続されて、当該直流バスに供給されている直流電圧と当該第1蓄電池の直流電圧とを双方向に電圧変換して、当該直流バスから当該第1蓄電池へ、または当該第1蓄電池から当該直流バスへ直流定電流を供給する定電流方式の複数の第1双方向コンバータと、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記発電装置での前記発電電力と前記第2コンバータから前記負荷機器に供給されている負荷電力とを比較して、
当該発電電力が当該負荷電力を上回るときには、前記各第1双方向コンバータに対して当該発電電力および当該負荷電力の差分電力と前記直流バスの前記直流電圧とに基づく共通の充電レートで対応する前記第1蓄電池に前記直流定電流を供給させて当該第1蓄電池を充電させ、
当該発電電力が当該負荷電力を下回るときには、前記各第1双方向コンバータに対して前記差分電力と前記直流バスの前記直流電圧とに基づく共通の放電レートで前記対応する第1蓄電池から前記直流バスに前記直流定電流を供給させて当該第1蓄電池を放電させる直流給電システム。 - 前記制御部は、前記複数の第1蓄電池の現在の満充電容量を算出する容量算出処理を実行しつつ、前記第1蓄電池を充電させる際には、前記算出した現在の満充電容量と前記共通の充電レートとに基づいて前記各第1双方向コンバータに対して当該第1蓄電池に供給させる前記直流定電流を算出し、前記第1蓄電池を放電させる際には、前記算出した現在の満充電容量と前記共通の放電レートとに基づいて前記各第1双方向コンバータに対して当該第1蓄電池から前記直流バスに供給させる前記直流定電流を算出する請求項1記載の直流給電システム。
- 前記制御部は、前記複数の第1蓄電池の現在のサイクル数を計測するサイクル計測処理を実行しつつ、前記容量算出処理において、当該計測した現在のサイクル数に基づいて前記現在の満充電容量を算出する請求項2記載の直流給電システム。
- 第2蓄電池と、
前記第2蓄電池および前記直流バスの間に接続されて、当該直流バスに供給されている前記直流電圧と当該第2蓄電池の直流電圧とを双方向に電圧変換して、当該直流バスに供給されている当該直流電圧が予め設定された電圧を下回るときには当該第2蓄電池から当該直流バスへ、また当該直流バスに供給されている当該直流電圧が予め設定された電圧を上回るときには当該直流バスから当該第2蓄電池へ供給する定電圧方式の第2双方向コンバータとを備えている請求項1から3のいずれかに記載の直流給電システム。 - 前記直流バスに接続されて当該直流バスの前記直流電圧で充電されるコンデンサを備えている請求項1から3のいずれかに記載の直流給電システム。
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