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(In Japanese)電源システム及びその制御方法

Patent code P170014307
File No. (S2014-0611-N0)
Posted date Jun 26, 2017
Application number P2015-542504
Patent number P5997845
Date of filing Mar 4, 2015
Date of registration Sep 2, 2016
International application number JP2015001149
International publication number WO2015133136
Date of international filing Mar 4, 2015
Date of international publication Sep 11, 2015
Priority data
  • P2014-041764 (Mar 4, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)中山 知紀
  • (In Japanese)石田 政義
  • (In Japanese)戸田 雅久
  • (In Japanese)高橋 真二
  • (In Japanese)長谷川 裕晃
  • (In Japanese)平岡 一高
  • (In Japanese)柿崎 信郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人筑波大学
  • (In Japanese)日揮株式会社
Title (In Japanese)電源システム及びその制御方法
Abstract (In Japanese)
【課題】
 未利用エネルギーの利用と高効率な出力が可能にする。
【解決手段】
 
電力貯蔵デバイスと、電力貯蔵デバイスと外部とを接続又は開離するスイッチ部と、発電装置から出力される電力を、外部電力に変換する変換器と、スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、制御部は発電装置の出力電流が低電流の場合、電力貯蔵デバイスと外部との接続を開離して、発電装置から出力される電力を、電力貯蔵デバイスに充電し、且つ充電により、電力貯蔵デバイスの電圧が、変換器の運転電圧より大きくなった場合、電力貯蔵デバイスと変換器とを接続して、蓄電した電力を出力するように、スイッチ部の接続又は開離動作を制御する電源システムが提供される。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、環境問題を考慮して太陽光、風力、波力、潮力、潮汐等の自然エネルギーの回収を目的とした電源装置の開発が進められている。しかし、自然エネルギーを利用する発電方式は、エネルギー密度が低い他、その発電による出力が気象条件に影響されて、変動し、常時安定した電力供給を行うことができないという欠点がある。

例えば、下記特許文献1には、太陽電池の出力を電力変換する電力変換器を備え、定電圧を出力する主電源装置とともに、直流供給線路を介して負荷機器に直流電力を供給する直流電源装置が開示されている。また、太陽電池の出力電圧および出力電流を通信により間欠的に取得し、電力変換器の出力電流を調節する電流指令値を通信により間欠的に与える。さらに、電源管理部は、太陽電池の最大出力点に対応する電圧を規定の探索範囲内で探索するメインサーチ部と、メインサーチ部で求めた電圧を目標電圧に用い、太陽電池の出力電圧を目標電圧に維持させるように設定した電流指令値を、上記した直流電源装置に与える電圧維持部とを備えるマイクロコンピュータ(「電源管理部」)が開示されている。

また、下記特許文献2には、車両側接続電極やキャパシタやDC/DCコンバータなどからなる蓄電装置300が搭載される無人搬送車が開示されている。地上側の充電装置には、商用電源の電力がスイッチング電源等を介して充電される地上側の電気二重層キャパシタが配置されている。車両側を充電するため、充電済みの地上側の電気二重層キャパシタと車両側の電気二重層キャパシタを接続すると、極めて短時間で車両側の電気二重層キャパシタの充電が完了する。

さらに、下記特許文献2には、「キャパシタの具体例として電気二重層キャパシタを用いているが電気二重層キャパシタの代わりに、リチウムイオンキャパシタを使用することもできる。(特許文献2 段落[0070])」と記載されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、出力が変動する電源から電力を受電して、外部に電力を供給する電源システムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
出力が変動する発電装置から電力を受電して、受電電力を変換器に出力する電源システムであって、
前記発電装置の電力を蓄電し、及び、蓄電した電力を放電する電力貯蔵デバイスと、
前記発電装置と前記変換器とを接続する配線路に設けられた第1スイッチ部と、
前記配線路における前記発電装置と前記第1スイッチ部との間と、前記電力貯蔵デバイスと、の間に設けられた第2スイッチ部と、
前記第1スイッチ部及び第2スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の出力電流が低電流の場合、前記第1スイッチ部を開離すると共に前記第2スイッチ部を接続して、前記発電装置から出力される電力を、前記電力貯蔵デバイスに充電し、且つ
前記充電により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器の運転電圧より大きくなった場合、前記第1スイッチ部及び第2スイッチ部を各々接続した状態にして、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を前記変換器に出力するように、前記第1スイッチ部及び第2スイッチ部の接続又は開離動作を制御する、ことを特徴とする電源システム。

【請求項2】
 
前記変換器と、前記電力貯蔵デバイスとの間に配置される蓄電デバイスをさらに備え、
前記蓄電デバイスは、前記電力貯蔵デバイスから放電される電力の電圧より低い電圧で、電力を蓄電する蓄電デバイスを、さらに備える請求項1に記載の電源システム。

【請求項3】
 
前記制御部は、電圧センサと、電流センサとによって、前記発電装置の電力を算出し、前記発電装置からの電力を最大にするように、前記第1スイッチ部を制御する、請求項1に記載の電源システム。

【請求項4】
 
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により前記変換器の定格出力範囲の下限値を下回る場合、前記第1スイッチ部を開離し及び前記第2スイッチ部を接続し、且つ
前記第2スイッチ部の接続により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器のMPPT制御電圧内になった場合、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部を接続して、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を放電する制御を行い、
前記電力貯蔵デバイスは、前記放電時に前記電力貯蔵デバイスからの出力電力が、前記変換器の定格出力範囲になるように構成される、請求項1に記載の電源システム。

【請求項5】
 
前記電力貯蔵デバイスは、複数の電力貯蔵モジュールから構成され、且つ、前記複数の電力貯蔵モジュールは、並列接続されている、請求項1に記載の電源システム。

【請求項6】
 
前記変換器は、前記電力貯蔵デバイス放電時、当該電力貯蔵デバイスの電圧降下により、前記変換器の定格出力範囲外にならないように、電流制御するように構成される、請求項1に記載の電源システム。

【請求項7】
 
前記変換器の定格出力範囲は、当該変換器の最大の電力変換効率に対して80~100%である、請求項4に記載の電源システム。

【請求項8】
 
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により、前記変換器の定格出力範囲の上限を上回る場合、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部を接続する、請求項4に記載の電源システム。

【請求項9】
 
前記電力貯蔵デバイスは、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタである、請求項1に記載の電源システム。

【請求項10】
 
前記電力貯蔵デバイスは、二次電池である、請求項1に記載の電源システム。

【請求項11】
 
前記発電装置は、太陽光発電装置又は風力発電装置である請求項1に記載の電源システム。

【請求項12】
 
出力が変動する発電装置から電力を受電して、受電電力を変換器に出力する電源システムの制御方法であって、
前記発電装置の電力を蓄電し、及び、蓄電した電力を放電する電力貯蔵デバイスと、前記発電装置と前記変換器とを接続する配線路に設けられた第1スイッチ部と、前記配線路における前記発電装置と前記第1スイッチ部との間と、前記電力貯蔵デバイスと、の間に設けられた第2スイッチ部と、前記第1スイッチ部及び第2スイッチ部の接続又は開離動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電装置の出力電流が低電流の場合、前記第1スイッチ部を開離すると共に前記第2スイッチ部を接続して、前記発電装置から出力される電力を、前記電力貯蔵デバイスに充電し、且つ
前記充電により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器の運転電圧より大きくなった場合、前記第1スイッチ部及び第2スイッチ部を各々接続した状態にして、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を前記変換器に出力するように、前記第1スイッチ部及び第2スイッチ部の接続又は開離動作を制御する、電源システムの制御方法。

【請求項13】
 
前記制御部は、電圧センサと、電流センサとによって、前記発電装置の電力を算出し、前記発電装置からの電力を最大にするように、前記第1スイッチ部を制御する、請求項12に記載の電源システムの制御方法。

【請求項14】
 
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により前記変換器の定格出力範囲の下限値を下回る場合、前記第1スイッチ部を開離し及び前記第2スイッチ部を接続し、且つ
前記第2スイッチ部の接続により、前記電力貯蔵デバイスの電圧が、前記変換器のMPPT制御電圧内になった場合、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部を接続して、前記電力貯蔵デバイスに蓄電した電力を放電する制御を行い、
前記電力貯蔵デバイスは、前記放電時に前記電力貯蔵デバイスからの出力電力が、前記変換器の定格出力範囲になるように構成される、請求項12に記載の電源システムの制御方法。

【請求項15】
 
前記制御部は、
前記発電装置の電力変化により、前記変換器の定格出力範囲の上限を上回る場合、前記第1スイッチ部及び前記第2スイッチ部を接続する、請求項14に記載の電源システムの制御方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015542504thum.jpg
State of application right Registered
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