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公開番号2021103909
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019233455
出願日20191224
発明の名称蓄電池ユニット、蓄電池装置及びハイブリッド式電源システム
出願人株式会社セイブ・ザ・プラネット
代理人特許業務法人 天城国際特許事務所
主分類H02J 7/34 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】各ユニット間の電気的な接続作業に相当な労力と時間とを要することなしに、誤配線のリスクを軽減できる蓄電池ユニットを提供することにある。
【解決手段】パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニットであって、筐体と、直流電力を蓄える蓄電池と、蓄電池の充放電を行うDC/DCコンバータと、を備え、筐体は、DC/DCコンバータの出力を交流電力に変換するDC/ACインバータを含まない構成とした上で、蓄電池とDC/DCコンバータとを有している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニットであって、
筐体と、直流電力を蓄える蓄電池と、前記蓄電池の充放電を行うDC/DCコンバータと、を備え、
前記筐体は、
前記DC/DCコンバータの出力を交流電力に変換するDC/ACインバータを含まない構成とした上で、前記蓄電池と前記DC/DCコンバータとを有している蓄電池ユニット。
続きを表示(約 630 文字)【請求項2】
請求項1記載の蓄電池ユニットを複数有する蓄電池装置であって、前記各DC/DCコンバータはそれぞれ隣接して配置される蓄電池装置。
【請求項3】
請求項2記載の蓄電池装置を有するハイブリッド式電源システムであって、
前記各DC/DCコンバータは、それぞれ直列接続されたコンバータ群を形成し、
前記パワーコンディショナは、前記コンバータ群の一端のDC/DCコンバータによる出力電圧を交流電圧に変換するDC/ACインバータを含むハイブリッド式電源システム。
【請求項4】
前記パワーコンディショナは第1制御部を有し、
前記各蓄電池ユニットは第2制御部をそれぞれ有し、
前記各第2制御部は、前記各蓄電池ユニットの蓄電池の電圧値を計測して充電率をそれぞれ算出して、前記充電率を示す充電情報又は充電信号として前記第1制御部にそれぞれ送信し、
前記第1制御部は、受信した前記充電情報または前記充電信号に基づいて、前記コンバータ群の一端のDC/DCコンバータの出力電圧が所定の電圧となるように、前記各蓄電池の放電を制御する制御信号を前記各第2制御部に対してそれぞれ生成する請求項3記載のハイブリッド式電源システム。
【請求項5】
前記第1制御部は、前記第2制御部の各々に設定されたアドレス情報に基づいて、前記各第2制御部と通信する請求項4記載のハイブリッド式電源システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニット、及び該蓄電池ユニットを複数備えた蓄電池装置、及び該蓄電池装置を備えたハイブリッド式電源システムに関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
地球環境保護の観点から環境への影響の少ない太陽電池、燃料電池等による分散型電源システムの開発が盛んに進められている。このような分散型電源システムでは、太陽電池等によって発電した直流電力を、電力変換器としてのDC/DCコンバータおよびインバータ等を備えるパワーコンディショナによって商用周波数の交流電力に変換し、商用電力系統と連系して負荷に供給するとともに、余剰電力を商用電力系統に逆潮流することが行われている(例えば特許文献1参照)。また、この電源システムでは、蓄電ユニットを追加配備させ、これに余剰電力を供給して発電電力を有効活用させるシステム(以下、ハイブリッド式電源システム)も広く知られている。
【0003】
近時、FIT制度の終期を迎えるにあたり、新たな地域活用電源の枠組みが模索されている。特に、災害時の電源確保対策としては、レジリエンス強化に資する需給一体型のモデル構築が課題とされ、電源供給の安定化を図る取組みが必要とされている。かかる要請を背景に、ハイブリッド式電源システムにあっては、蓄電池が格納された蓄電池ユニットを増設させて、自家消費に関して利用時間を十分に確保するニーズが高まっている。
【0004】
これに関連する分散型電源システムとしては、蓄電池ユニット、蓄電池ユニットからの出力電圧を昇圧する双方向DC/DCコンバータを含む双方向DCDCコンバータユニット及び家庭用の交流電力に変換するインバータを含むインバータユニット(パワーコンディショナ)の3種類のユニットを繋ぎ合わせる三体式のシステムが検討されていた(特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2001−161032号公報
特開平11−163545号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した3種類のユニットにより構成されたハイブリッド型の分散型電源システムでは、コンバータユニットとバッテリユニットが別体なので、1個の蓄電池ユニットを増設するにあたりコンバータユニットを2個増設する必要がある。従って、かかるハイブリッド式電源システムでは、各ユニットのレイアウトが複雑化するとともに、各ユニット間の電気的な接続作業が複雑化して設置構造上及び施工上の問題が顕著となり、その結果、大幅なコストの上昇を招いてしまうという問題が生じていた。
【0007】
また、配線用ケーブルを用いて各ユニット間を電気的に接続する必要があり、ユニット数が増加すると、配線用ケーブルの本数も増加するので、配線の複雑化を招き誤配線のリスクが大きくなるという問題が生じていた。
【0008】
さらに、蓄電池ユニット数を増加すると、パワーコンディショナと各蓄電池ユニットとを接続する配線用ケーブルが長くなってしまい、配線による電気的な損失が大きくなるとともに、配線におけるノイズに起因する誤動作が生じるという問題が生じていた。例えば、配線用ケーブルにおいて、仮に1本あたり0.1オーム、定格電流が50アンペアであると仮定すると、配線用ケーブルを1本増設する毎に、250ワットの損失を招くこととなる。
【0009】
特に、蓄電池ユニットと双方向DC/DCコンバータとの間を電気的に接続する配線用ケーブルが長くなると、蓄電池ユニットが放電動作を行うときには、双方向DC/DCコンバータへの入力電圧がその配線用ケーブルによる電圧降下により大きく低下してしまう。このため、双方向DC/DCコンバータの効率低下や電池(バッテリ)の放電時の許容電流を越えてしまうと(過電流保護機能が働くと)、双方向DC/DCコンバータでは、要求値に従った出力電圧を出力できなくなり、強いてはインバータに必要な電力を供給できなくなるという問題が生じていた。
【0010】
上述したような問題は、蓄電池ユニットの数を増やせば増やすほど、これに応じてより深刻な問題となる。
【0011】
本発明の目的は上記の問題点を解決し、各ユニット間の電気的な接続作業の簡素化での施工費用の削減及び誤配線のリスクを軽減できる蓄電池ユニット、蓄電池装置及びハイブリッド式電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る蓄電池ユニットは、パワーコンディショナに接続される蓄電池ユニットであって、直流電力を蓄える蓄電池と、蓄電池から放電される直流電力の電圧を変換して出力するDC/DCコンバータとを備え、DC/DCコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換するDC/ACインバータを含まないことを特徴としている。
【0013】
この発明の蓄電池ユニットでは、DC/ACインバータを含まないので、蓄電池ユニットをコンパクト及び軽量化することができ、蓄電池ユニットを増設する現場の作業者が、メインの蓄電池ユニットに対して取り付け及び取り外しを容易に行うことが可能となる。
【0014】
別の局面では、本発明の蓄電池装置は、上述の蓄電池ユニットを複数有する蓄電池装置であって、各DC/DCコンバータはそれぞれ隣接して配置されることを特徴としている。
【0015】
この発明の蓄電池装置では、増設用の蓄電池ユニットは、メインの蓄電池ユニットに対して並べて配置(連接)することができる。同様に、3個以上の増設用の蓄電池ユニットをメインの蓄電池ユニットに対して並べて配置(連接)することができる。この構成により、蓄電池ユニットの交換及び増設作業が簡単になるという利点を有する。すなわち、各ユニットのレイアウトを従来と比較すると単純化することができ、各ユニット間の電気的な接続作業に構造上及び施工上の問題が生じず、その結果、大幅なコストの削減をすることが可能となる。
【0016】
また、別の局面では、上述の蓄電池装置を有するハイブリッド式電源システムであって、各DC/DCコンバータはそれぞれ直列接続され、パワーコンディショナは、後段のDC/DCコンバータの出力電圧を交流電圧に変換するDC/ACインバータを含むことを特徴としている。
【0017】
この発明のハイブリッド式電源システムでは、パワーコンディショナと各蓄電池ユニットとをそれぞれ接続する必要がなく、各蓄電池ユニット内の双方向DC/DCコンバータ同士を直列接続することができるので、配線用ケーブルを短くすることが可能となり、配線による電気的な損失を低減できるとともに配線におけるノイズに起因する誤動作を抑制することが可能となる。
【0018】
また、蓄電池ユニットと双方向DC/DCコンバータとの間を電気的に接続する配線用ケーブルを短くすることができるので、蓄電池ユニットが放電動作を行うときには、双方向DC/DCコンバータへの入力電圧がその配線用ケーブルによる電圧降下により大きく低下し、蓄電池(バッテリ)の放電時の許容電流を越え過電流保護機能が働いて、双方向DC/DCコンバータが要求値に従った出力電圧を出力するという問題を軽減することができ、インバータに必要な電力を供給することが可能となる。
【0019】
一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、パワーコンディショナはさらに第1制御部を有し、記各蓄電池ユニットはさらに第2制御部をそれぞれ有し、各第2制御部は、各蓄電池ユニットの蓄電池の電圧値を計測して充電率(SOC)をそれぞれ算出して第1制御部にそれぞれ送信し、第1制御部は、各蓄電池の充電率(SOC)に基づいて、後段のDC/DCコンバータの出力電圧が所定の電圧となるように、各蓄電池の充放電を制御する制御信号を各第2制御部に対してそれぞれ生成することを特徴としている。
【0020】
ここで、「後段のDC/DCコンバータ」とはパワーコンディショナに最も近い位置に配置されるDC/DCコンバータのことを指し、「前段のDC/DCコンバータ」とはパワーコンディショナに最も遠い位置に配置されるDC/DCコンバータのことを指す。
【0021】
この一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、蓄電池ユニット内の蓄電池の出力電圧を昇圧する双方向DC/DCコンバータを各蓄電池ごとに設けるように構成されるので、各双方向DC/DCコンバータが要求値に従った出力電圧を出力することができ、インバータに必要な電力を供給することが可能となる。
【0022】
一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、第1制御部は、第2制御部の位置を示すアドレス情報に基づいて、各第2制御部と通信することを特徴としている。
【0023】
この一実施形態のハイブリッド式電源システムでは、第1制御部は各蓄電池に対応する第2制御部と正確に通信することができるので、第1制御部は各蓄電池の充電率を入手することができる。従って、第1制御部は各蓄電池の充放電を正確に制御する制御信号を生成することができるので、インバータに必要な電力を正確に供給することが可能となる。
【発明の効果】
【0024】
本発明に係る分散型電源システムによれば、各ユニット間の電気的な接続作業の簡素化での施工費用の削減及び誤配線のリスクを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本発明の実施形態に係るハイブリッド式電源システム1の構成要素を示すブロック図である。
図1の蓄電池ユニット3Aの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
【0027】
実施形態1.
本実施形態に係るハイブリッド式電源システム1などの太陽光発電システム(分散型電源システム)等においては、該システム設置後、電源システムのバックアップ機能を充実させる為、ハイブリッド式電源システムにおける電池容量の増大を希望することが予想される。この場合、既存のハイブリッド式電源システムに対して、蓄電池を増設させる対策が考えられる。しかしながら、蓄電池ユニットを増設させると、電池容量や使用状態(蓄電池の健全性(劣化状態)を示すSOH(State of Health)や蓄電池の充電率を示すSOC(States Of Charge))等が異なる蓄電池の性能(スペック)を十分に発揮させるためには、1個の双方向DC/DCコンバータによってすべての蓄電池を制御することは不可能である。これに対して、本実施形態に係るハイブリッド式電源システム1では、各々の蓄電池に対して設けられた双方向DC/DCコンバータにより個別に制御することができるので、各蓄電池の電池容量や使用状態(蓄電池33のSOHやSOC)に応じたスイッチング制御をそれぞれ行うことが可能となるので、各々の蓄電池の性能(スペック)を十分に発揮させることが可能となる。
【0028】
ここで、各蓄電池ユニット3A,3B,3Cに含まれる各蓄電池33にかかる電圧値は各蓄電池33の劣化の度合い又は充電率等の条件によって異なる。例えば、使用回数、使用頻度又は設置環境等の違いにより、蓄電池33の劣化の度合いに差が生じこの劣化の度合いに応じて蓄電池33の充電容量及び放電容量に差が生じる。従って、例えば、満充電又は空の状態における蓄電池33にかかる電圧値は異なる。ここで、SOHは、劣化時の満充電容量の初期の満充電容量に対する比(%)で表される。また、各蓄電池33の充電容量は同一であっても、充電量が異なる場合には、各蓄電池33にかかる電圧値が異なる。ここで、SOCは、満充電容量に対する現在の充電量の比(%)で表される。
【0029】
本実施形態では、既設のハイブリッドの分散型電源システムとしての一部として蓄電池ユニット3Aが設置されており、設置者が後に電池容量をさらに2個増設したいと考え、それに伴い、作業者が2個の蓄電池ユニット3B,3Cを増設したことを例として説明する。なお、本実施形態では、2個を増設したとして説明したが、本発明はこれに限定されず、3個以上増設したとしてもよい。また、本発明では、蓄電池ユニット内に蓄電池からの出力電圧を変圧する双方向DC/DCコンバータの数を蓄電池ユニット数の増加に伴って増加させるとともに、各蓄電池ユニット内の蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータを各蓄電池ユニット内に設けるのではなく、別のユニット内に1つだけ設けそれを各双方向DC/DCコンバータの制御について共有化することを特徴としている。以下に図1及び図2を用いて本発明を詳細に説明する。
【0030】
図1は本発明の実施形態に係るハイブリッド式電源システム1の構成要素を示すブロック図である。図1のハイブリッド式電源システム1は、太陽光から電力に変換させるPV(太陽電池)4と、電力を負荷6に供給するように制御するPCS(パワーコンディショナ)2と、該PCS2に対して外部端子34を介して電気的に接続されるメインの蓄電池ユニットとなる蓄電池ユニット3Aと、該蓄電池ユニット3Aに対して直列接続された増設用の蓄電池ユニットとなる蓄電池ユニット3B,3Cと、増設用の蓄電池ユニットの位置を示すアドレス情報を入力する例えばタッチパネルや操作ボタンなどの入力機構26と、外部商用電源である系統電源7及び家庭用機器や産業用機器等の負荷6(以下、単に負荷という)の相互間の電気的接続をそれぞれオンオフ切り替え可能なように構成された分電盤5とを備えて構成される。ここで、複数の蓄電池ユニット3A,3B,3Cにより蓄電池装置を構成し(以下に、PCS2に最も近い蓄電池ユニット3Aを後段の蓄電池ユニットと、最も遠い蓄電池ユニット3Cを前段の蓄電池ユニットと記す。)、該蓄電池装置は、PCS2を介して、外部商用電源である系統電源7及び太陽電池(PV)4に接続され、系統電源7またはPV4から供給される電力を蓄電池ユニット3A,3B,3Cに蓄電(充電)する。また、蓄電池ユニット3A,3B,3Cに蓄えられた電力は、PCS2の外部端子25を介して分電盤5に入力され負荷6に供給される。
(【0031】以降は省略されています)

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