JP2000166124A

JP2000166124A - 補助電源装置

Info

Publication number: JP2000166124A
Application number: JP10342071A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Takahashi; 幸伸高橋; Nobuo Matsui; 伸郎松井; Masao Isshiki; 正男一色; Tsunekazu Tsuchiya; 恒和土屋; Takuo Ono; 卓夫小野; Eiichiro Fujii; 栄一郎藤井; Yutaka Sada; 豊佐田; Tatsuaki Anpo; 達明安保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池を利用して商用電源の電圧低下時に
はそれを補填し、また商用電源の容量が十分に確保され
ている間に二次電池の電圧低下を補充して商用電源の不
足時に備える。【解決手段】二次電池７と、この二次電池の直流電力
を交流電力に変換して交流出力端に出力し、当該交流出
力端に印加される商用電源Ｓの交流電力を直流に変換し
て二次電池を充電するインバータ５と、このインバータ
の交流出力端を交流負荷17及び商用電源Ｓに接続するた
めの系統連系保護装置21とで補助電源装置を構成してい
る。二次電池７の直流電力をインバータ５によって交流
電力に変換して交流出力端を介して交流負荷17に供給
し、また負荷がない場合、交流出力端に印加される商用
電源Ｓの交流電力をインバータによって直流に変換して
二次電池を充電し、二次電池の次の使用に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池を利用し
た補助電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】孤立した村落や離島では、メインの商用
電源の容量が小さく、各戸で大容量の電気機器を使用し
た場合、商用電源の電圧が下がり、場合によっては電気
機器が正常に動作できないことがある。このために、特
に重要な施設では、自家発電設備を設置して、商用電源
の低下時に不足分を補うことが広く行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の自家発電設備は、各戸に装備するには設置コスト
も運転コストも高すぎる問題点があった。

【０００４】また、商用電源の容量が小さい場合、各戸
で一斉に電力を使用すると、停電するまでには至らな
く、電圧が低下する場合が多く、電気機器を正常に動作
させるのに必要な電圧まで上昇させるのに必要なだけの
電力を補填すればよいが、そのような小容量の交流電力
の発電には自家発電設備は向かない問題点もあった。

【０００５】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、二次電池を利用して商用電源の電圧低
下時にはそれを補填し、また商用電源の容量が十分に確
保されている間に二次電池の電圧低下を補充して商用電
源の不足時に備えることができる補助電源装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】本発明はまた、太陽電池発電システムを利
用して太陽光のエネルギ余剰時に二次電池の充電を行
い、商用電源の容量不足を補うことができる補助電源装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の補助電
源装置は、二次電池と、この二次電池の直流電力を交流
電力に変換して交流出力端に出力し、当該交流出力端に
印加される商用電源の交流電力を直流に変換して前記二
次電池を充電するインバータと、前記インバータの交流
出力端を交流負荷及び前記商用電源に接続するための系
統連系保護装置とを備えたものである。

【０００８】請求項１の発明の補助電源装置では、二次
電池の直流電力をインバータによって交流電力に変換し
て交流出力端を介して交流負荷に供給し、場合によって
は、交流出力端に印加される商用電源の交流電力をイン
バータによって直流に変換して二次電池を充電し、二次
電池の次の使用に備える。また、系統連系保護装置によ
り、インバータの交流出力端を交流負荷及び商用電源に
接続することにより、商用電源に悪影響を与えないよう
にする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の補助電源装
置において、さらに、前記二次電池の電圧を検出する電
池電圧検出手段と、前記商用電源の電圧を検出する商用
電源電圧検出手段と、前記商用電源電圧が前記商用電源
の目標とする電圧よりも高く、前記二次電池が充電可能
である場合に、当該インバータに回生動作させて前記二
次電池を前記商用電源によって充電するインバータ制御
回路とを備えたものであり、二次電池の電圧が放電のた
めに低下し、充電可能な状態であり、商用電源の電圧の
方が目標電圧より高くなれば二次電池を自動的に充電す
ることができ、商用電源の電圧低下の補助電源としての
動作に備えさせることができる。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２の補助
電源装置において、前記インバータ制御回路が、前記商
用電源の電圧が前記商用電源の目標とする電圧よりも低
く、前記二次電池が放電可能である場合に、当該二次電
池の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に放電させ
る順動作させるようにしたものであり、商用電源の電圧
が低下した場合には自動的に二次電池から不足分の電力
を補填することができる。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１〜３の補助電
源装置において、前記インバータ制御回路が、前記イン
バータに前記商用電源の交流波形に一致する交流出力を
行わせるようにしたものであり、商用電源の交流波形に
インバータ出力の交流波形が重畳して悪影響を与えるの
を防止する。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１〜４の補助電
源装置において、前記二次電池の充電のため、若しくは
それ自身の電力を利用するために、当該二次電池を太陽
電池発電システムに接続したものであり、太陽光が十分
にあり、太陽電池発電システムが発電動作している間に
二次電池の電圧低下を補充することができ、エネルギの
有効利用が図れ、また商用電源の電力消費を抑えること
ができる。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１〜５の補助電
源装置において、前記二次電池の充電と、前記負荷の駆
動のために、当該二次電池を太陽電池発電システムに前
記インバータと共に並列に接続したものであり、太陽電
池発電システムの発電力を負荷にインバータを介して供
給し、その太陽電池発電システムの発電力が不十分であ
れば二次電池から電力を補填することができ、エネルギ
のいっそうの有効利用が図れ、また商用電源の電力消費
を抑えることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の
回路構成を示している。太陽電池発電システム１は、通
常、屋根上に設置される多数枚の太陽電池モジュール３
をすべて、あるいは所定区画ごとに並列接続した構成で
あり、その直流出力をＤＣ／ＡＣ変換器としてのインバ
ータ５に供給する構成である。なお、太陽電池モジュー
ル３は、多数の太陽電池セルを直列あるいは並列に接続
し、その出力をＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧する
構成のものが採用されている。なお、この太陽電池発電
システム１はこれに限定されず、インバータ５に直流電
力を供給できる構成のものであればよい。

【００１５】インバータ５には、太陽電池発電システム
１の発電した直流電力を所定の電圧、周波数（例えば、
５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、１００Ｖ又は２００Ｖの単相交
流）の交流に変換して交流側に出力し、逆に交流側から
与えられる交流電力に対してＡＣ／ＤＣ逆変換して直流
側に出力することができる、ＰＷＭ制御方式のものが採
用されている。

【００１６】太陽電池発電システム１に対して、インバ
ータ５と共に並列に大容量のバッテリ（二次電池）７が
接続されており、またこのバッテリ７の充電制御を行う
ために充電制御部９が備えられている。

【００１７】バッテリ７は通常の家庭の電気機器を１時
間〜５時間程度賄える電流容量のものを採用する。充電
制御部９は、太陽電池発電システム１の出力電圧Ｖpv
と、バッテリ７の開放電圧Ｖbtとを計測し、太陽電池発
電システム１の電圧Ｖpvがバッテリ電圧Ｖbtよりも高い
場合にバッテリ７を充電し、逆の場合には充電を停止す
る制御を行う。

【００１８】インバータ５に対するＰＷＭ制御を行う制
御回路１１は、電圧検出部１３が検出する商用電源Ｓの
電圧Ｖcm、電流波形検出部１５が検出する交流負荷１７
に流れる商用電源電流の電流波形Ｉfmに基づき、インバ
ータ５の出力が商用電源の電流波形に一致する電流位
相、かつ所定の電圧の交流電力を出力することができる
ゲート信号を生成し、これによってインバータ５のスイ
ッチング素子のスイッチング制御を行う。また、充電制
御回路９が検出するバッテリ電圧Ｖbtと電圧検出部１３
が検出する商用電源電圧Ｖcm（実効電圧）とを比較し、
インバータ５の順変換動作、逆変換動作を切り替える機
能を有している。

【００１９】なお、インバータ５の交流側にはインバー
タ５の交流出力波形を滑らかなサイン波形に整形するた
めのリアクトル１９、商用電源Ｓ側への悪影響を防止す
るための系統連系保護装置２１が設けられている。そし
てこの系統連系保護装置２１の外側に交流負荷１７が接
続されている。これにより、交流負荷１７に対して商用
電源Ｓとインバータ５の交流出力とが並列接続された形
となっている。

【００２０】次に、上記構成の補助電源装置の動作につ
いて説明する。

【００２１】＜太陽電池発電システムが動作している場
合＞太陽電池発電システム１がフル稼働している場合、
制御回路１１はインバータ５を順変換動作させて太陽電
池発電システム１の発電力を交流負荷１７に供給する。
これと並行して、太陽電池発電システム１の発電力を用
いてバッテリ７を充電する。

【００２２】＜太陽電池発電システムが停止している場
合＞（１）商用電源電圧が高い場合太陽電池発電システム１の発電力の電圧Ｖpvが低下する
と、充電制御部９はバッテリ７への充電を停止し、ま
た、その放電をいったん禁止する。しかしながら、太陽
電池発電システム１の出力がある程度あって制御回路１
１が動作できる間は、インバータ５を引き続き動作さ
せ、太陽電池発電システム１の発電力を交流負荷１７に
供給する。この場合、インバータ５の出力電圧は低下す
ることになり、交流負荷１７にインバータ５側からは十
分な電力を供給できなくなるが、不足分は商用電源Ｓの
電力によって補填される。

【００２３】また、充電制御部９が検出するバッテリ７
の電圧Ｖbtが低下していれば、制御回路１１はインバー
タ５を逆変換動作させ、商用電源Ｓによって交流負荷１
７を駆動すると共に、バッテリ７を満充電になるまで充
電する。

【００２４】（２）商用電源電圧が低い場合太陽電池発電システム１の発電力の電圧Ｖpvが低下し、
あるいはゼロになり、また商用電源Ｓの電圧Ｖcmの低下
している場合、制御回路１１はインバータ５を順変換動
作させ、バッテリ７の直流電力を交流変換して交流負荷
１７に対する電力不足分を補填させる。

【００２５】そしてこの制御回路１１の順変換動作の際
には、電流波形検出部１５は商用電源Ｓの電流波形Ｉfm
を監視し、インバータ５の出力波形の位相が商用電源Ｓ
の位相に一致するようにゲート制御する。

【００２６】こうして、この実施の形態の補助電源装置
では、太陽電池発電システム１が十分な発電を行ってい
る場合には、その発電力の一部を利用してバッテリ７を
充電し、また太陽電池発電システム１が停止している場
合にも、商用電源Ｓの電圧が高い場合には商用電源Ｓの
電力によってバッテリ７を充電し、太陽電池発電システ
ム１の発電力が不足し、また商用電源Ｓの電圧も低下し
て交流負荷１７に対する電力が不足するようになった場
合には、バッテリ７の電力によって補填するようにした
ので、特に、電力回線が細くて各戸で一斉に電気機器を
使用する時間帯になると電源電圧が低下するような地域
では、例えば、深夜のように商用電源の電圧が上がる期
間や天気の良い日中のように太陽電池発電システムがフ
ル稼働できる期間にバッテリ７を十分に充電しておき、
そのような商用電源の電圧が低下する時間帯に備えるこ
とができ、有用なものとなる。

【００２７】なお、上記の実施の形態では補助電源装置
に対して、太陽電池発電システム１とこの太陽電池発電
システム１からの発電力でバッテリ７を充電する充電制
御回路９を設けたが、太陽電池発電システム１を使用し
ない場合には、これらの要素は省略することができる。
そしてその場合には、商用電源Ｓの電圧を見て、それが
高い間にバッテリ７を充電し、商用電源Ｓの電圧が低下
してくれば電力不足をバッテリ７から補う制御を行う構
成とする。

【００２８】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
二次電池の直流電力をインバータによって交流電力に変
換して交流出力端を介して交流負荷に供給し、場合によ
っては、交流出力端に印加される商用電源の交流電力を
インバータによって直流に変換して二次電池を充電し、
二次電池の次の使用に備えることができ、また、系統連
系保護装置により、インバータの交流出力端を交流負荷
及び商用電源に接続することにより、商用電源に悪影響
を与えないようにすることができる。

【００２９】請求項２の発明によれば、請求項１の補助
電源装置において、さらに、二次電池の電圧を検出する
電池電圧検出手段と、商用電源の電圧を検出する商用電
源電圧検出手段と、商用電源電圧が目標とする電圧より
も高く、かつ二次電池が充電可能である場合に、当該イ
ンバータに回生動作させて二次電池を商用電源によって
充電するインバータ制御回路とを備えたので、二次電池
の電圧が放電のために低下し、充電可能な状態であり、
商用電源の電圧の方が目標電圧より高くなれば二次電池
を自動的に充電することができ、商用電源の電圧低下の
補助電源としての動作に備えさせることができる。

【００３０】請求項３の発明によれば、請求項１又は２
の補助電源装置において、インバータ制御回路が、商用
電源電圧が目標とする電圧よりも低く、かつ二次電池が
放電可能である場合に、当該二次電池の直流電力を交流
電力に変換して負荷に放電させる順動作させるようにし
たので、商用電源の電圧が低下した場合には自動的に二
次電池から不足分の電力を補填することができる。

【００３１】請求項４の発明によれば、請求項１〜３の
補助電源装置において、インバータ制御回路が、インバ
ータに商用電源の交流波形に一致する交流出力を行わせ
るようにしたので、商用電源の交流波形にインバータ出
力の交流波形が重畳して悪影響を与えるのを防止するこ
とができる。

【００３２】請求項５の発明によれば、請求項１〜４の
補助電源装置において、二次電池の充電のため、若しく
はそれ自身の電力を利用するために、当該二次電池を太
陽電池発電システムに接続したので、太陽光が十分にあ
り、太陽電池発電システムが発電動作している間に二次
電池の電圧低下を補充することができ、エネルギの有効
利用が図れ、また商用電源の電力消費を抑えることがで
きる。

【００３３】請求項６の発明によれば、請求項１〜５の
補助電源装置において、二次電池の充電と、負荷の駆動
のために、当該二次電池を太陽電池発電システムにイン
バータと共に並列に接続したので、太陽電池発電システ
ムの発電力を負荷にインバータを介して供給し、その太
陽電池発電システムの発電力が不十分であれば二次電池
から電力を補填することができ、エネルギのいっそうの
有効利用が図れ、また商用電源の電力消費を抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態の回路図。

【符号の説明】

１太陽電池発電システム３太陽電池モジュール５インバータ７バッテリ９充電制御回路１１制御回路１３電圧検出部１５電流波形検出部１７負荷１９リアクトル２１系統連系保護装置Ｓ商用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一色正男東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者土屋恒和東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者小野卓夫東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者藤井栄一郎静岡県富士市蓼原336 株式会社東芝富士工場内 (72)発明者佐田豊神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者安保達明東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内Ｆターム(参考） 5F051 JA17 KA03 KA05 5G015 FA16 GA02 GA05 HA04 JA24 JA34 JA35 JA52 JA64

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池と、この二次電池の直流電力を交流電力に変換して交流出力
端に出力し、当該交流出力端に印加される商用電源の交
流電力を直流に変換して前記二次電池を充電するインバ
ータと、前記インバータの交流出力端を交流負荷及び前記商用電
源に接続するための系統連系保護装置とを備えて成る補
助電源装置。
【請求項２】前記二次電池の電圧を検出する電池電圧
検出手段と、前記商用電源の電圧を検出する商用電源電圧検出手段
と、前記商用電源電圧が前記商用電源の目標とする電圧より
も高く、前記二次電池が充電可能である場合に、当該イ
ンバータに回生動作させて前記二次電池を前記商用電源
によって充電するインバータ制御回路とを備えて成る請
求項１に記載の補助電源装置。
【請求項３】前記インバータ制御回路は、前記商用電
源の電圧が前記商用電源の目標とする電圧よりも低く、
前記二次電池が放電可能である場合に、当該二次電池の
直流電力を交流電力に変換して前記負荷に放電させる順
動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の補
助電源装置。
【請求項４】前記インバータ制御回路は、前記インバ
ータに前記商用電源の交流周波に一致する交流出力を行
わせることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の補助電源装置。
【請求項５】前記二次電池の充電のため、若しくはそ
れ自身の電力を利用するために、当該二次電池を太陽電
池発電システムに接続したことを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の補助電源装置。
【請求項６】前記二次電池の充電と、前記負荷の駆動
のために、当該二次電池を太陽電池発電システムに前記
インバータと共に並列に接続したことを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の補助電源装置。