(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-28
(45)【発行日】2024-09-05
(54)【発明の名称】蓄電池システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/32 20060101AFI20240829BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240829BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240829BHJP
【ＦＩ】
H02J3/32
H02J3/38 130
H02J7/35 K
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020182657
(22)【出願日】2020-10-30
(65)【公開番号】P2022072945
(43)【公開日】2022-05-17
【審査請求日】2023-07-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】100135389
【弁理士】
【氏名又は名称】臼井 尚
(74)【代理人】
【識別番号】100168044
【弁理士】
【氏名又は名称】小淵 景太
(72)【発明者】
【氏名】五十棲 健太
(72)【発明者】
【氏名】川本 哲裕
(72)【発明者】
【氏名】大堀 彰大
【審査官】宮本 秀一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０７５８７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０６７８６８０３（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２６３３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１８３４８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１６８７６９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ３／００－７／１２
Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
パワーコンディショナの直流側に接続される蓄電池システムであって、入力側に太陽電池が接続され、かつ、出力側に前記パワーコンディショナが接続されるＤＣ／ＤＣ変換回路、および、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する制御回路を有するＤＣ／ＤＣ変換装置と、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路と前記パワーコンディショナとを接続する直流バスに接続される蓄電池と、
前記蓄電池の状態に応じて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記蓄電池から充電電力情報を入力され、前記充電電力情報が充電電力上限値以上になったときに、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力を抑制させる、
蓄電池システム。
【請求項2】
前記制御装置は、前記蓄電池からさらに充電率を入力され、前記充電率が充電率上限値以上になったときに、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力を抑制させる、
請求項１に記載の蓄電池システム。
【請求項3】
前記充電率が前記充電率上限値以上になったときと、前記充電電力情報が前記充電電力上限値以上になったときとで、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力の抑制の程度が異なる、
請求項２に記載の蓄電池システム。
【請求項4】
入力側に第２の太陽電池が接続され、かつ、出力側に前記パワーコンディショナが接続される第２のＤＣ／ＤＣ変換回路、および、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する第２の制御回路を有する第２のＤＣ／ＤＣ変換装置をさらに１または複数備え、前記制御装置は、１または複数の前記第２のＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力も制御する、
請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電池システム。
【請求項5】
前記制御装置は、前記蓄電池から蓄電池情報を入力され、前記蓄電池情報が所定値以上になったときに、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置および１または複数の前記第２のＤＣ／ＤＣ変換装置のいずれかの出力を停止させる、請求項４に記載の蓄電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池とパワーコンディショナとを備え、太陽電池が発電した直流電力を、パワーコンディショナが交流電力に変換して、負荷や電力系統に出力する電源システムが知られている。また、太陽電池の出力電力がパワーコンディショナの出力電力を上回る場合に、余剰電力を蓄電池に充電する蓄電池システムが開発されている。蓄電池システムは、太陽電池の出力電力が低下したときに放電を行って、パワーコンディショナに出力する。これにより、蓄電池システムは、パワーコンディショナの出力を平滑化させ、かつ、太陽電池の発電効率の低下を抑制する。特許文献１には、このような蓄電池システムが開示されている。
【0003】
特許文献１に開示された蓄電池システムは、蓄電池、ＤＣ／ＤＣ変換器、および制御部を備えている。ＤＣ／ＤＣ変換器は、太陽電池とパワーコンディショナとを接続する直流電路と蓄電池との間に接続されている。制御部は、ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することで、蓄電池の充放電を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２０－１８１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に開示された蓄電池システムの場合、太陽電池とパワーコンディショナとが直接接続されているので、パワーコンディショナの入力電圧の変動幅は、太陽電池の出力電圧の変動幅に応じたものになる。太陽電池の出力電圧は、ゼロから最大電圧（例えば６００Ｖ）まで変動する。したがって、パワーコンディショナを構成する部品（たとえばスイッチング素子）は、ゼロから最大電圧までの変動幅に対応できるものが必要になる。このようなスペックの高い部品はコストが高いので、パワーコンディショナのコストも高くなる。
【0006】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、パワーコンディショナのコストを抑制可能な蓄電池システムを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0008】
本発明の第１の側面によって提供される蓄電池システムは、パワーコンディショナの直流側に接続される蓄電池システムであって、入力側に太陽電池が接続され、かつ、出力側に前記パワーコンディショナが接続されるＤＣ／ＤＣ変換回路、および、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する制御回路を有するＤＣ／ＤＣ変換装置と、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路と前記パワーコンディショナとを接続する直流バスに接続される蓄電池と、前記蓄電池の状態に応じて、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力を制御する制御装置とを備えている。
【0009】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御装置は、前記蓄電池から蓄電池情報を入力され、前記蓄電池情報が所定値以上になったときに、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力を抑制させる。
【0010】
本発明の好ましい実施の形態においては、入力側に第２の太陽電池が接続され、かつ、出力側に前記パワーコンディショナが接続される第２のＤＣ／ＤＣ変換回路、および、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する第２の制御回路を有する第２のＤＣ／ＤＣ変換装置をさらに１または複数備え、前記制御装置は、１または複数の前記第２のＤＣ／ＤＣ変換装置の出力電力も制御する。
【0011】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御装置は、前記蓄電池から蓄電池情報を入力され、前記蓄電池情報が所定値以上になったときに、前記ＤＣ／ＤＣ変換装置および１または複数の前記第２のＤＣ／ＤＣ変換装置のいずれかの出力を停止させる。
【0012】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記蓄電池情報は、前記蓄電池の充電電力または前記蓄電池の充電率である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によると、太陽電池とパワーコンディショナとの間にＤＣ／ＤＣ変換回路が接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣ変換回路とパワーコンディショナとを接続する直流バスに、蓄電池が接続されている。したがって、パワーコンディショナの入力電圧の変動幅は、太陽電池の出力電圧の変動幅に関係なく、蓄電池の出力電圧の変動幅に応じたものになる。蓄電池の出力電圧の変動幅は、太陽電池の出力電圧の変動幅より小さい。したがって、パワーコンディショナは、太陽電池が直接接続される場合と比較して、スペックの低い部品を用いることができるので、コストを抑制可能である。
【0014】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態に係る蓄電池システムを説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムを備えた電源システムの全体構成を示している。
【図2】太陽電池の電力－電圧特性を説明するための図である。
【図3】太陽電池の出力電力を制御する出力電力制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図5】第２実施形態に係る蓄電池システムを説明するためのブロック図である。
【図6】第３実施形態に係る蓄電池システムを説明するためのブロック図である。
【図7】第４実施形態に係る蓄電池システムを説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【0017】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る蓄電池システムＡ１を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ１を備えた電源システムＢの全体構成を示している。
図１は、第１実施形態に係る蓄電池システムＡ１を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ１を備えた電源システムＢの全体構成を示している。
【0018】
電源システムＢは、蓄電池システムＡ１、太陽電池２、パワーコンディショナ３、および直流バス４を備えている。電源システムＢは、太陽電池２が出力する直流電力をパワーコンディショナ３によって交流電力に変換し、負荷Ｄに供給する。負荷Ｄには、電力系統Ｃからも電力が供給される。また、電源システムＢは、逆潮流ありのシステムであり、交流電力を電力系統Ｃにも供給する。
【0019】
太陽電池２は、多数の太陽電池セルを備えている。各太陽電池セルは、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。太陽電池セルは、複数が直列または並列に接続され、樹脂や強化ガラスなどで保護されてパッケージ化された太陽電池モジュールを構成する。太陽電池モジュールは、いわゆる太陽電池パネルと呼ばれるものである。太陽電池モジュールは、複数が直列接続されて、太陽電池ストリングを構成する。太陽電池ストリングは、複数が並列接続されて、太陽電池アレイを構成する。本実施形態では、太陽電池２は、太陽電池アレイを備えている。なお、太陽電池２は、これに限定されない。太陽電池２は、各太陽電池セルで生成された直流電力を、後述するＤＣ／ＤＣ変換回路１２１を介して、パワーコンディショナ３に出力する。
【0020】
図２は、太陽電池２の電力－電圧特性を説明するための図である。同図において、横軸は太陽電池２の出力電圧であり、縦軸は太陽電池２の出力電力である。同図に示すように、太陽電池２の出力電力は、最大出力動作電圧Ｖpmのときに最大出力Ｐmaxになる。出力電圧が最大出力動作電圧Ｖpm以下の場合、出力電圧が大きくなると出力電力も大きくなり、出力電圧が小さくなると出力電力も小さくなる。一方、出力電圧が最大出力動作電圧Ｖpm以上の場合、出力電圧が大きくなるほど出力電力は小さくなり、出力電圧が小さくなるほど出力電力は大きくなる。開放電圧Ｖocは出力電力がゼロになる電圧であり、太陽電池２の出力電圧は開放電圧Ｖocより大きくならない。
【0021】
パワーコンディショナ３は、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。また、パワーコンディショナ３は、入力される交流電力を直流電力に変換して出力することもできる。パワーコンディショナ３は、直流バス４によって、直流側の端子がＤＣ／ＤＣ変換装置１２の出力側の端子に接続されている。また、パワーコンディショナ３は、交流側に、電力系統Ｃおよび負荷Ｄが接続されている。つまり、パワーコンディショナ３は、直流バス４から入力される直流電力を交流電力に変換して、電力系統Ｃおよび負荷Ｄに供給する。また、パワーコンディショナ３は、電力系統Ｃから入力される交流電力を直流電力に変換して、直流バス４に出力することもできる。
【0022】
パワーコンディショナ３は、図示しないインバータ回路および制御回路を備えている。インバータ回路は、例えば３組６個のスイッチング素子を備えた三相インバータであり、制御回路から入力される制御信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。なお、インバータ回路の構成は限定されない。制御回路は、パワーコンディショナ３の直流側の電圧（直流バス４の電圧）が設定された電圧になるように制御する。また、制御回路は、電源システムＢが電力系統Ｃに接続されている状態のときは、パワーコンディショナ３の交流側の電力が設定された電力になるように制御する。また、制御回路は、電源システムＢが電力系統Ｃから切り離されて、電源システムＢの出力が負荷Ｄだけに出力される状態のときは、負荷Ｄが必要とする交流電圧をパワーコンディショナ３が出力できるように制御を行う。制御回路は、以上の制御を行うための制御信号を生成して、インバータ回路に出力する。
【0023】
電源システムＢは、太陽電池２の発電効率の低下を抑制するために、蓄電池システムＡ１を備えている。蓄電池システムＡ１は、パワーコンディショナ３の直流側に接続されている直流バス４に接続している。蓄電池システムＡ１は、蓄電池１１、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２、および制御装置１３を備えている。本実施形態では、太陽電池２は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２によって、基本的に最大電力を出力するように制御されている。蓄電池システムＡ１は、太陽電池２の出力電力がパワーコンディショナ３の出力電力を上回らないように、余剰電力を蓄電池１１に充電する。また、蓄電池システムＡ１は、太陽電池２の出力電力が低下したとき（例えば日射強度が減少したり太陽電池２が雲の影に入った場合や、夜間、雨天時など）に、蓄電池１１に蓄電された電力の放電を行って、パワーコンディショナ３に出力する。これにより、蓄電池システムＡ１は、パワーコンディショナ３に所定の直流電力を供給する。
【0024】
蓄電池１１は、本実施形態では、繰り返し充放電を行うことができる二次電池である。蓄電池１１は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池などである。なお、蓄電池１１は、二次電池ではなく、電気二重層コンデンサなどのコンデンサであってもよい。蓄電池１１は、分岐線１４を介して、直流バス４に接続されている。蓄電池１１は、太陽電池２の出力電力のうち、パワーコンディショナ３の出力電力を上回る余剰電力が充電される。また、蓄電池１１は、太陽電池２の出力電力が低下したときに、蓄電された電力の放電を行って、太陽電池２の出力電力の不足分を補う。
【0025】
蓄電池１１は、図示しない電圧センサおよび電流センサを備えており、電圧センサが検出した電圧および電流センサが検出した電流に基づいて各種蓄電池情報を算出している。蓄電池情報には、充電電力、放電電力、および充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）などが含まれる。充電電力は、蓄電池１１が充電されているときの電力であり、充電時の電圧および電流から算出される。充電電力には、Ｃレートの許容範囲に応じて算出される上限値が設定されている。Ｃレートとは、蓄電池の全容量に対する充電時または放電時の電流の相対的な比率であり、蓄電池の全容量を１時間で充電または放電する場合を１Ｃとしたものである。蓄電池１１には、充電時のＣレートの上限値（例えば２Ｃ）および放電時のＣレートの上限値（例えば２Ｃ）が設定されている。充電電力の上限値は、充電時のＣレートの上限値に基づいて算出される。放電電力は、蓄電池１１が放電されているときの電力であり、放電時の電圧および電流から算出される。放電電力には、放電時のＣレートの上限値に基づいて算出された上限値が設定されている。充電率は、蓄電池の充電状態を示す指標であって、満充電時の容量に対する充電残量の割合を百分率で示したものである。充電率は、例えば、蓄電池１１の充電電流および放電電流を積算することで算出される。なお、充電率の算出方法は限定されない。充電率には上限値および下限値が設定されている。
【0026】
本実施形態では、蓄電池１１は、蓄電池情報のうち充電電力および充電率を、制御装置１３に送信する。なお、蓄電池１１は、その他の蓄電池情報を制御装置１３に送信してもよい。また、蓄電池１１が各種蓄電池情報を算出する代わりに、制御装置１３が、蓄電池１１の電圧センサによって検出された電圧検出信号および電流センサによって検出された電流検出信号に基づいて、各種蓄電池情報を算出してもよい。
【0027】
ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、太陽電池２の出力電圧を昇圧または降圧して、直流バス４に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、太陽電池２側からパワーコンディショナ３側に電力を出力するが、パワーコンディショナ３側から太陽電池２側に電力を出力しない片方向型である。ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１および制御回路１２２を備えている。
【0028】
ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１は、入力側に太陽電池２が接続され、出力側に直流バス４を介してパワーコンディショナ３が接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１は、太陽電池２の出力電圧を昇圧または降圧して、直流バス４に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１は、たとえば図示しないチョッパ回路を備え、直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１のチョッパ回路は、制御回路１２２から入力される制御信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電圧を所定の直流電圧に変換する。なお、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の構成は限定されない。
【0029】
図示しないが、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の入力電圧（すなわち太陽電池２の出力電圧）を検出する電圧センサを備えている。電圧センサは、検出した電圧検出信号を制御回路１２２に出力する。また、図示しないが、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の入力電流（すなわち太陽電池２の出力電流）を検出する電流センサを備えている。電流センサは、検出した電流検出信号を制御回路１２２に出力する。なお、電圧センサおよび電流センサは、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２に備えられずに、太陽電池２に備えられてもよいし、太陽電池２とＤＣ／ＤＣ変換装置１２との間に配置されてもよい。
【0030】
制御回路１２２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路１２２は、電圧センサから入力される電圧検出信号および電流センサから入力される電流検出信号に基づいて制御信号を生成して、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１に出力する。制御回路１２２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の入力電圧（太陽電池２の出力電圧）が設定された電圧になるように制御する。
【0031】
電源システムＢでは、太陽電池２の電力－電圧特性（図２参照）を利用して、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が行われている。ＭＰＰＴ制御は、太陽電池２の出力電力が最大になるように、太陽電池２の出力電圧を制御する制御方法である。本実施形態では、制御回路１２２が、ＭＰＰＴ制御を行う。制御回路１２２は、電圧センサから入力される電圧検出信号に基づいて、太陽電池２の出力電圧Ｖｄｃを検出する。また、制御回路１２２は、電圧センサから入力される電圧検出信号および電流センサから入力される電流検出信号に基づいて、太陽電池２の出力電力Ｐを検出する。制御回路１２２は、太陽電池２の出力電圧Ｖｄｃの目標値Ｖｄｃ*を微小変化させて、出力電圧Ｖｄｃを制御し、太陽電池２の出力電力Ｐがより大きくなるように目標値Ｖｄｃ*を変更する。すなわち、制御回路１２２は、目標値Ｖｄｃ*を微小変化させたときに、出力電力Ｐが大きくなれば、目標値Ｖｄｃ*を同じ方向に変化させ、出力電力Ｐが小さくなれば、最大電力点（図２の点Ｍ参照）を超えたとして、目標値Ｖｄｃ*を逆の方向に変化させる。制御回路１２２は、これを繰り返すことで、動作点を最大電力点Ｍの近傍に位置させて、出力電力Ｐをできるだけ最大の状態に保つ。
【0032】
また、制御回路１２２は、制御装置１３から後述する抑制指令を受信した場合、太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。具体的には、制御回路１２２は、出力電力Ｐの目標値Ｐ*を設定して、出力電力Ｐが目標値Ｐ*になるように、出力電圧Ｖｄｃの目標値Ｖｄｃ*を増加させる。これにより、動作点が最大電力点Ｍから移動して、出力電力Ｐが減少する。目標値Ｐ*は、パワーコンディショナ３の出力電力などに応じて、適宜設定される。本実施形態では、抑制指令には、第１抑制指令と第２抑制指令とが含まれている。制御回路１２２は、受信した抑制指令が第１抑制指令か第２抑制指令かによって、異なる目標値Ｐ*を設定する。なお、目標値Ｐ*の設定方法は限定されず、制御回路１２２は、目標値Ｐ*として固定値を設定してもよい。また、出力電力Ｐの抑制方法は、目標値Ｐ*の設定に限定されない。例えば、制御回路１２２は、目標値Ｖｄｃ*を所定電圧Ｖｘに変更することで、動作点を最大電力点Ｍから移動させて、出力電力Ｐを減少させてもよい。所定電圧Ｖｘは、最大出力動作電圧Ｖpmより小さく、開放電圧Ｖoc以上の電圧であればよい。所定電圧Ｖｘは、パワーコンディショナ３の出力電力や、抑制指令の種類などに応じて設定されてもよいし、例えば開放電圧Ｖocなどの固定値が設定されてもよい。
【0033】
制御装置１３は、蓄電池１１から入力される蓄電池情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。本実施形態では、制御装置１３は、蓄電池１１から、蓄電池情報のうち充電電力および充電率を受信する。制御装置１３は、充電電力の上限値を記憶しており、蓄電池１１から受信した充電電力が当該上限値以上の場合、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に第１抑制指令を送信する。制御回路１２２は、制御装置１３から第１抑制指令を受信した場合、太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力が抑制されて、蓄電池１１の充電電力が減少する。
【0034】
また、制御装置１３は、充電率の上限値を記憶しており、蓄電池１１から受信した充電率が当該上限値以上の場合、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に第２抑制指令を送信する。制御回路１２２は、制御装置１３から第２抑制指令を受信した場合、太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。このとき、制御回路１２２は、太陽電池２の出力電力Ｐを、パワーコンディショナ３の出力電力より小さくなるように抑制させる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力が抑制されて、蓄電池１１は放電に転じるので、蓄電池１１の充電率は減少する。
【0035】
図３は、太陽電池２の出力電力を制御する出力電力制御処理を説明するためのフローチャートである。出力電力制御処理は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の制御回路１２２が行うＭＰＰＴ制御処理と、制御装置１３が行う蓄電池状態検出処理とからなる。
【0036】
図３（ａ）は、制御装置１３が行う蓄電池状態検出処理の一例を示すフローチャートである。当該蓄電池状態検出処理は、蓄電池１１の状態を検出する処理であり、常時実行されている。
【0037】
まず、蓄電池１１の充電電力が上限値以上であるか否かが判別される（Ｓ１）。具体的には、制御装置１３が、蓄電池１１から受信した充電電力と、あらかじめ記憶している充電電力の上限値とを比較し、充電電力が上限値以上であるか否かを判別する。充電電力が上限値未満である場合（Ｓ１：ＮＯ）、蓄電池１１の充電率が上限値以上であるか否かが判別される（Ｓ３）。具体的には、制御装置１３が、蓄電池１１から受信した充電率と、あらかじめ記憶している充電率の上限値とを比較し、充電率が上限値以上であるか否かを判別する。充電率が上限値未満である場合（Ｓ２：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１およびステップＳ３の判別が繰り返される。
【0038】
ステップＳ１において、充電電力が上限値以上である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、第１抑制指令が、制御回路１２２に送信され（Ｓ２）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ３において、充電率が上限値以上である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、第２抑制指令が、制御回路１２２に送信され（Ｓ４）、ステップＳ１に戻る。
【0039】
図３（ｂ）は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の制御回路１２２が行うＭＰＰＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。当該ＭＰＰＴ制御処理は、いわゆるＭＰＰＴ制御を行いつつ、制御装置１３から抑制指令を受信したときに抑制制御を行う制御処理である。当該ＭＰＰＴ制御処理は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２が起動されたときに、実行が開始される。
【0040】
まず、目標値Ｖｄｃ*に初期値Ｖ0が設定され、探索方向が設定される（Ｓ１１）。本実施形態では、初期値Ｖ0として開放電圧Ｖocが設定されている。また、探索方向としては、目標値Ｖｄｃ*を減少させる減少方向が設定される。なお、各設定はこれに限定されない。制御回路１２２は、目標値Ｖｄｃ*に応じて制御を行い、太陽電池２の出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｄｃ*に制御される。次に、太陽電池２の出力電力Ｐが検出され、前回出力電力Ｐ0に設定される（Ｓ１２）。 次に、制御装置１３から抑制指令を受信したか否かが判別される（Ｓ１３）。
【0041】
抑制指令を受信していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＭＰＰＴ制御が行われる。まず、現在設定されている探索方向が減少方向であるか否かが判別される（Ｓ１４）。探索方向が減少方向である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、目標値Ｖｄｃ*が増減幅ΔＶだけ減少され（Ｓ１５）、探索方向が減少方向でない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、すなわち増加方向である場合、目標値Ｖｄｃ*が増減幅ΔＶだけ増加される（Ｓ１６）。増減幅ΔＶは、例えば開放電圧Ｖocや設定された分解能に応じて設定される。なお、増減幅ΔＶの設定方法は限定されず、増減幅ΔＶは、例えば固定値であってもよい。制御回路１２２は、目標値Ｖｄｃ*に応じて制御を行い、太陽電池２の出力電圧Ｖｄｃが目標値Ｖｄｃ*に制御される。次に、太陽電池２の出力電力Ｐが検出され、出力電力Ｐが前回出力電力Ｐ0より大きいか否かが判別される（Ｓ１７）。出力電力Ｐが前回出力電力Ｐ0より大きい場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、探索方向は変更されずに、前回出力電力Ｐ0に出力電力Ｐが設定されて（Ｓ１９）、ステップＳ１３に戻る。一方、出力電力Ｐが前回出力電力Ｐ0以下の場合（Ｓ１７：ＮＯ）、最大電力点Ｍを超えたとして探索方向は反転される（Ｓ１８）。すなわち、探索方向が減少方向であった場合には増加方向が設定され、探索方向が増加方向であった場合には減少方向が設定される。そして、前回出力電力Ｐ0に出力電力Ｐが設定されて（Ｓ１９）、ステップＳ１３に戻る。
【0042】
ステップＳ１３において、抑制指令を受信した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、抑制制御が行われる。まず、目標値Ｐ*が設定される（Ｓ２０）。目標値Ｐ*は、パワーコンディショナ３の出力電力などに応じて、適宜設定される。次に、太陽電池２の出力電力Ｐが検出され、出力電力Ｐが目標値Ｐ*以下であるか否かが判別される（Ｓ２１）。出力電力Ｐが目標値Ｐ*より大きい場合（Ｓ２１：ＮＯ）、目標値Ｖｄｃ*が増減幅ΔＶだけ増加され（Ｓ２２）、ステップＳ２１に戻る。なお、増減幅ΔＶは、ステップＳ１５，Ｓ１６で用いられる増減幅ΔＶと異なってもよい。一方、出力電力Ｐが目標値Ｐ*以下である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、出力電力Ｐが抑制されたので、ステップＳ１３に戻る。
【0043】
つまり、制御回路１２２は、制御装置１３から抑制指令を受信しないかぎり、ＭＰＰＴ制御（ステップＳ１４～Ｓ１９）を継続する。一方、制御回路１２２は、制御装置１３から抑制指令を受信したときには、抑制制御（ステップＳ２０～Ｓ２２）を行って、出力電力Ｐが目標値Ｐ*に抑制されると、ＭＰＰＴ制御を再開する。
【0044】
なお、図３のフローチャートに示す処理は一例であって、制御回路１２２が行うＭＰＰＴ制御処理、および、制御装置１３が行う蓄電池状態検出処理は、上述したものに限定されない。例えば、ＭＰＰＴ制御は、従来知られた他の方法が採用されてもよい。また、抑制制御は、目標値Ｖｄｃ*を所定電圧Ｖｘに変更する方法などでもよい。
【0045】
図４は、電源システムＢにおける電力の流れる方向を示す図である。図４の各図においては、電力の流れる方向を破線矢印で示している。図４（ａ）は、太陽電池２の出力電力がパワーコンディショナ３の出力電力より大きい場合を示している。この場合、太陽電池２の出力電力からパワーコンディショナ３の出力電力を減じた余剰電力が、蓄電池１１に充電される。蓄電池１１の充電電力が大きくなり上限値になった場合は、制御装置１３から第１抑制指令が送信されて、太陽電池２の出力電力が抑制される。これにより、蓄電池１１の充電電力が減少する。
【0046】
また、蓄電池１１の充電率が大きくなり上限値になった場合は、制御装置１３から第２抑制指令が送信されて、太陽電池２の出力電力が抑制される。この場合、太陽電池２の出力電力がパワーコンディショナ３の出力電力より小さくなり、図４（ｂ）に示す状態になる。パワーコンディショナ３の出力電力を補うために、蓄電池１１は放電に転じるので、蓄電池１１の充電率は減少する。なお、日射強度が減少したり太陽電池２が雲の影に入った場合や、夜間、雨天時などに、太陽電池２の出力電力が減少またはゼロになった場合も、図４（ｂ）に示す状態になる。
【0047】
図４（ｂ）の状態で蓄電池１１の放電が続き、蓄電池１１の充電率が小さくなると、図４（ｃ）に示すように、パワーコンディショナ３が交流電力を直流電力に変換して、蓄電池１１に供給する状態になる。これにより、蓄電池１１は充電されて、充電率が増加する。
【0048】
次に、本実施形態に係る蓄電池システムＡ１の作用効果について説明する。
【0049】
本実施形態によると、太陽電池２とパワーコンディショナ３との間にＤＣ／ＤＣ変換回路１２１が接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１とパワーコンディショナ３とを接続する直流バス４に、蓄電池１１が接続されている。したがって、パワーコンディショナ３の入力電圧の変動幅は、太陽電池２の出力電圧の変動幅に関係なく、蓄電池１１の出力電圧の変動幅に応じたものになる。蓄電池１１の出力電圧の変動幅（例えば４９０Ｖ～５９０Ｖ）は、太陽電池２の出力電圧の変動幅（例えば０Ｖ～６００Ｖ）より小さい。したがって、パワーコンディショナ３は、太陽電池２が直接接続される場合と比較して、スペックの低い部品を用いることができるので、コストを抑制可能である。
【0050】
また、本実施形態によると、制御装置１３は、蓄電池１１の充電電力が上限値以上の場合、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に第１抑制指令を送信する。制御回路１２２は、制御装置１３から第１抑制指令を受信した場合、太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力が抑制されて、蓄電池１１の充電電力が減少する。以上のように、蓄電池１１の充電電力は、上限値を超えた状態が継続しないように制御される。また、制御装置１３は、蓄電池１１の充電率が上限値以上の場合、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に第２抑制指令を送信する。制御回路１２２は、制御装置１３から第２抑制指令を受信した場合、太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。このとき、制御回路１２２は、太陽電池２の出力電力Ｐを、パワーコンディショナ３の出力電力より小さくなるように抑制させる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力が抑制されて、蓄電池１１は放電に転じるので、蓄電池１１の充電率は減少する。以上のように、蓄電池１１の充電率は、上限値を超えた状態が継続しないように制御される。
【0051】
また、本実施形態によると、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、太陽電池２側からパワーコンディショナ３側に電力を出力するが、パワーコンディショナ３側から太陽電池２側に電力を出力しない片方向型である。したがって、従来技術（特許文献１参照）のように双方向型のＤＣ／ＤＣ変換装置を用いる場合と比較して、蓄電池システムＡ１のコストを抑制可能である。
【0052】
また、本実施形態によると、制御回路１２２および制御装置１３が行う制御処理は、従来技術（特許文献１参照）における制御と比較して、簡易であり、演算量が少ない。したがって、制御回路１２２および制御装置１３として演算処理能力の低いものを用いることができる。これにより、蓄電池システムＡ１のコストを抑制可能である。
【0053】
なお、本実施形態では、制御装置１３が、充電電力の上限値との比較および充電率の上限値との比較の両方を行う場合について説明したが、これに限られない。制御装置１３は、充電電力の上限値との比較および充電率の上限値との比較のいずれか一方のみを行ってもよい。また、制御装置１３は、他の蓄電池情報を上限値または下限値と比較して、抑制指令を送信してもよい。また、本実施形態では、制御装置１３が上限値と比較する場合について説明したが、制御装置１３は、上限値より少し小さい値と比較してもよい。この場合、制御装置１３は、充電電力および充電率が上限値に達する前に、抑制指令を送信できる。
【0054】
また、本実施形態では、制御装置１３は、充電電力が上限値以上になったときと、充電率が上限値以上になったときとで、異なる抑制指令を送信し、制御回路１２２は受信した抑制指令に応じて、異なる抑制を行う場合について説明したが、これに限られない。制御装置１３は、充電電力が上限値以上になったときと、充電率が上限値以上になったときとで、同じ抑制指令を送信し、制御回路１２２は同じ抑制を行ってもよい。
【0055】
また、本実施形態では、制御装置１３が蓄電池１１から受信した充電電力および蓄電率をそれぞれの上限値と比較する場合について説明したが、これに限られない。例えば、蓄電池１１が、充電電力および蓄電率をそれぞれの上限値と比較してもよい。この場合、いずれかが上限値以上になった場合に、蓄電池１１が制御装置１３に抑制指令を出力してもよいし、蓄電池１１が直接、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２に抑制指令を出力してもよい。また、蓄電池システムＡ１が制御装置１３を備えず、蓄電池１１が充電電力および蓄電率を制御回路１２２に送信し、制御回路１２２が蓄電池状態検出処理も行ってもよい。この場合、制御回路１２２が、本発明の「制御装置」を兼用する。
【0056】
【0057】
〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る蓄電池システムＡ２を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ２を備えた電源システムＢの全体構成を示している。本実施形態に係る蓄電池システムＡ２は、太陽電池２の出力電力の抑制方法が、第１実施形態に係る蓄電池システムＡ１と異なる。
図５は、第２実施形態に係る蓄電池システムＡ２を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ２を備えた電源システムＢの全体構成を示している。本実施形態に係る蓄電池システムＡ２は、太陽電池２の出力電力の抑制方法が、第１実施形態に係る蓄電池システムＡ１と異なる。
【0058】
蓄電池システムＡ２は、開閉器１５をさらに備えている。開閉器１５は、直流バス４上の分岐線１４との交点よりＤＣ／ＤＣ変換回路１２１側に配置されている。制御装置１３は、抑制指令をＤＣ／ＤＣ変換装置１２ではなく、開閉器１５に送信する。開閉器１５は、通常時は閉路されており、制御装置１３から抑制指令を受信した場合に開放される。開閉器１５が開放された場合、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力は、開閉器１５より下流側（パワーコンディショナ３および蓄電池１１側）に流れず、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の出力が抑制（停止）される。これにより、蓄電池１１は放電に転じるので、蓄電池１１の充電率は減少する。また、充電電力の増大も解消される。
【0059】
本実施形態においても、太陽電池２とパワーコンディショナ３との間にＤＣ／ＤＣ変換回路１２１が接続され、直流バス４に蓄電池１１が接続されている。したがって、パワーコンディショナ３の入力電圧の変動幅は、太陽電池２の出力電圧の変動幅に関係なく、蓄電池１１の出力電圧の変動幅に応じたものになる。よって、パワーコンディショナ３は、太陽電池２が直接接続される場合と比較して、スペックの低い部品を用いることができるので、コストを抑制可能である。
【0060】
また、本実施形態によると、制御装置１３は、蓄電池１１の充電電力が上限値以上の場合、または、蓄電池１１の充電率が上限値以上の場合、開閉器１５に抑制指令を送信する。開閉器１５は、制御装置１３から抑制指令を受信した場合に開放される。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の出力が抑制（停止）されるので、蓄電池１１の充電率は減少し、充電電力の増大も解消される。以上のように、蓄電池１１の充電電力および充電率は、上限値を超えた状態が継続しないように制御される。また、蓄電池システムＡ２は、蓄電池システムＡ１と共通する構成により、蓄電池システムＡ１と同等の効果を奏する。
【0061】
〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る蓄電池システムＡ３を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ３を備えた電源システムＢの全体構成を示している。なお、図６においては、電力系統Ｃおよび負荷Ｄの記載を省略している。また、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の内部構成の記載を省略している。本実施形態に係る蓄電池システムＡ３は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２を複数備えている点で、第１実施形態に係る蓄電池システムＡ１と異なる。
図６は、第３実施形態に係る蓄電池システムＡ３を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ３を備えた電源システムＢの全体構成を示している。なお、図６においては、電力系統Ｃおよび負荷Ｄの記載を省略している。また、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の内部構成の記載を省略している。本実施形態に係る蓄電池システムＡ３は、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２を複数備えている点で、第１実施形態に係る蓄電池システムＡ１と異なる。
【0062】
蓄電池システムＡ３は、複数のＤＣ／ＤＣ変換装置１２を備えている。各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２は、第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣ変換装置１２と同様のものであり、それぞれ、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１および制御回路１２２（図６においては省略）を備えている。各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１）の出力側は互いに接続され、直流バス４を介してパワーコンディショナ３が接続されている。また、各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１）は、それぞれ、入力側に太陽電池２が接続されている。本実施形態に係る各太陽電池２は、太陽電池アレイではなく、太陽電池ストリングである。すなわち、本実施形態に係る各太陽電池２は、第１実施形態に係る太陽電池２を太陽電池ストリング毎に分けたものである。各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）は、それぞれ、接続された太陽電池２の出力電圧が設定された電圧になるように制御し、ＭＰＰＴ制御処理（図３（ｂ）参照）を行う。制御装置１３は、抑制指令を、すべてのＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に送信する。各制御回路１２２は、制御装置１３から第２抑制指令を受信した場合、すべての太陽電池２の出力電力Ｐの合計電力がパワーコンディショナ３の出力電力より小さくなるように、接続された太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。
【0063】
本実施形態によると、各太陽電池２とパワーコンディショナ３との間に、それぞれＤＣ／ＤＣ変換回路１２１が接続され、直流バス４に蓄電池１１が接続されている。したがって、パワーコンディショナ３の入力電圧の変動幅は、各太陽電池２の出力電圧の変動幅に関係なく、蓄電池１１の出力電圧の変動幅に応じたものになる。よって、パワーコンディショナ３は、各太陽電池２が直接接続される場合と比較して、スペックの低い部品を用いることができるので、コストを抑制可能である。
【0064】
また、本実施形態によると、制御装置１３は、蓄電池１１の充電電力が上限値以上の場合、各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に第１抑制指令を送信する。各制御回路１２２は、制御装置１３から第１抑制指令を受信した場合、接続された太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。これにより、各ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力が抑制されて、蓄電池１１の充電電力が減少する。以上のように、蓄電池１１の充電電力は、上限値を超えた状態が継続しないように制御される。また、制御装置１３は、蓄電池１１の充電率が上限値以上の場合、各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（制御回路１２２）に第２抑制指令を送信する。各制御回路１２２は、制御装置１３から第２抑制指令を受信した場合、接続された太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。このとき、各制御回路１２２は、すべての太陽電池２の出力電力Ｐの合計電力がパワーコンディショナ３の出力電力より小さくなるように、接続された太陽電池２の出力電力Ｐを抑制させる。これにより、各ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力が抑制されて、蓄電池１１は放電に転じるので、蓄電池１１の充電率は減少する。以上のように、蓄電池１１の充電率は、上限値を超えた状態が継続しないように制御される。また、蓄電池システムＡ３は、蓄電池システムＡ１と共通する構成により、蓄電池システムＡ１と同等の効果を奏する。
【0065】
さらに、本実施形態によると、各太陽電池２は太陽電池ストリングであり、それぞれがＤＣ／ＤＣ変換装置１２によってＭＰＰＴ制御される。したがって、複数の太陽電池２の一部が雲などの部分影によって覆われた場合でも、部分影に覆われていない太陽電池２の出力は低下しない。また、太陽電池アレイに対してＭＰＰＴ制御を行うときには、最大電力点Ｍが複数発生して、ＭＰＰＴ効率が低下する場合がある。一方、太陽電池ストリングである太陽電池２に対するＭＰＰＴ制御では、最大電力点Ｍは複数発生しないので、ＭＰＰＴ効率の低下が抑制される。以上のように、本実施形態によると、太陽電池アレイを１個のＤＣ／ＤＣ変換装置１２でＭＰＰＴ制御する場合と比較して、太陽電池２の出力の低下を抑制できる。
【0066】
なお、本実施形態では、各太陽電池２が太陽電池ストリングである場合について説明したが、これに限られない。各太陽電池２は、それぞれが太陽電池アレイであってもよい。
【0067】
〔第４実施形態〕
図７は、第４実施形態に係る蓄電池システムＡ４を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ４を備えた電源システムＢの全体構成を示している。なお、図７においては、電力系統Ｃおよび負荷Ｄの記載を省略している。また、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の内部構成の記載を省略している。本実施形態に係る蓄電池システムＡ４は、各太陽電池２の出力電力の抑制方法が、第３実施形態に係る蓄電池システムＡ３と異なる。
図７は、第４実施形態に係る蓄電池システムＡ４を説明するためのブロック図であり、当該蓄電池システムＡ４を備えた電源システムＢの全体構成を示している。なお、図７においては、電力系統Ｃおよび負荷Ｄの記載を省略している。また、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の内部構成の記載を省略している。本実施形態に係る蓄電池システムＡ４は、各太陽電池２の出力電力の抑制方法が、第３実施形態に係る蓄電池システムＡ３と異なる。
【0068】
蓄電池システムＡ４は、複数の開閉器１５をさらに備えている。各開閉器１５は、直流バス４と分岐線１４との交点と各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２（ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１）との間にそれぞれ配置されている。制御装置１３は、抑制指令を各ＤＣ／ＤＣ変換装置１２ではなく、複数の開閉器１５の一部に送信する。本実施形態では、制御装置１３は、充電電力および充電率のいずれが上限値以上になったかや、パワーコンディショナ３の出力電力などに応じて、抑制指令を送信する開閉器１５の数を決定する。なお、制御装置１３は、固定された数の開閉器１５に、抑制指令を出力してもよい。各開閉器１５は、通常時は閉路されており、制御装置１３から抑制指令を受信した場合に開放される。開閉器１５が開放された場合、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２１の出力電力は、開閉器１５より下流側（パワーコンディショナ３および蓄電池１１側）に流れず、ＤＣ／ＤＣ変換装置１２の出力が抑制（停止）される。これにより、開放された開閉器１５の数に応じて、蓄電池１１の充電電力が減少し、または、蓄電池１１が放電に転じて充電率が減少する。
【0069】
本実施形態においても、各太陽電池２とパワーコンディショナ３との間に、それぞれＤＣ／ＤＣ変換回路１２１が接続され、直流バス４に蓄電池１１が接続されている。したがって、パワーコンディショナ３の入力電圧の変動幅は、各太陽電池２の出力電圧の変動幅に関係なく、蓄電池１１の出力電圧の変動幅に応じたものになる。よって、パワーコンディショナ３は、各太陽電池２が直接接続される場合と比較して、スペックの低い部品を用いることができるので、コストを抑制可能である。
【0070】
また、本実施形態によると、制御装置１３は、蓄電池１１の充電電力が上限値以上の場合、または、蓄電池１１の充電率が上限値以上の場合、複数の開閉器１５の一部に抑制指令を送信する。各開閉器１５は、制御装置１３から抑制指令を受信した場合に開放される。これにより、開放された開閉器１５の数に応じて、蓄電池１１の充電電力が減少し、または、蓄電池１１が放電に転じて充電率が減少する。以上のように、蓄電池１１の充電電力および充電率は、上限値を超えた状態が継続しないように制御される。
【0071】
また、本実施形態においても、各太陽電池２は太陽電池ストリングであり、それぞれがＤＣ／ＤＣ変換装置１２によってＭＰＰＴ制御される。したがって、太陽電池アレイを１個のＤＣ／ＤＣ変換装置１２でＭＰＰＴ制御する場合と比較して、太陽電池２の出力の低下を抑制できる。また、蓄電池システムＡ４は、蓄電池システムＡ１と共通する構成により、蓄電池システムＡ１と同等の効果を奏する。
【0072】
本発明に係る蓄電池システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る蓄電池システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【0073】
Ａ１～Ａ４：蓄電池システム、１１：蓄電池、１２：ＤＣ／ＤＣ変換装置、１２１：ＤＣ／ＤＣ変換回路、１２２：制御回路、１３：制御装置、２：太陽電池、３：パワーコンディショナ、４：直流バス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】