专利名称：蓄电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电系统，涉及构成为具备利用可再生能源来发电的太阳能电池等、 DC/AC变换器、以及电池模块等的蓄电系统。
背景技术：
该种蓄电系统在从商用的电力系统供给电力的室内交流布线中，重叠从太阳能电池的发电电力(直流电力)或者电池模块的充电电力(直流电力)变换的交流电力而向负载供给电力，可以以所供给的发电电力或者充电电力的量，减少从系统供给负载的电力消
^^ ο在该情况下，太阳能电池的发电电力或者电池模块的充电电力是直流电力，所以在与作为交流的室内交流布线之间具备DC/AC变换器(逆变器)，通过该DC/AC变换器将直流电力变换为与电力系统相同的频率的交流电力后重叠到该室内交流布线上(参照专利文献1)。另外，太阳能电池的发电电力根据太阳的日射量的变化而变化，所以在太阳能电池用的DC/DA转换器中在其前级具备进行发电电力(直流电力)的升压的DC/DC电路，在其升压时以使太阳能电池的发电电力成为最大的方式调节升压后的电压和电流的值(参照专利文献2)。进而，在专利文献2中，构成为在DC/DC电路(升压电路)和DC/AC变换器(逆变器)的连接点与电池模块之间，连接了 DC/DC转换器(充电器)。该DC/DC变换器(充电器)经由功率调节器进行控制，以使所输出的太阳能电池的输出电压升压或者降压而输出到电池模块、或者使来自电池模块的直流电力成为恒定。专利文献1日本特开平6466458号公报专利文献2日本特开2002-3M677号公报
发明内容
(发明要解决的问题)但是，专利文献2公开的蓄电系统构成为在将来自太阳能电池的电力充电到电池模块时，始终经由DC/DC转换器(充电器)进行。这样无论太阳能电池以及电池模块的状态如何，在从太阳能电池向电池模块充电时，由于由DC/DC转换器(充电器)引起的变换损失，产生充电效率的降低。本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种蓄电系统，降低由充电器引起的变换损失，节省电力消耗。(解决问题采用的方案)为了解决所述问题，本发明提供以下结构。本发明提供一种蓄电系统，具备发电机用DC/AC变换部，在将从利用可再生能源发电的发电机得到的直流电力变换为规定的频率的交流电力之后供给到室内交流布线；电池模块，连接多个电池单元而成；充电器，使用所述直流电力或者对经由所述室内交流布线得到的交流电力进行整流后的直流电力中的至少某一个直流电力对该电池模块进行充电；电池模块用DC/AC变换部，将充电到所述电池模块的直流电力变换为交流电力而供给到所述室内交流布线；旁路电路，使从所述发电机得到的直流电力绕过所述充电器而供给到所述电池模块；以及控制部，该控制部在所述发电机的输出电压是比所述电池模块的端子电压高的第 1规定值以上、并且是第2规定值以下时，经由所述旁路电路将从所述发电机得到的直流电力供给到所述电池模块而控制该电池模块的充电，在从所述发电机得到的直流电力是所述电池模块的端子电压以下时，将从所述发电机得到的直流电力经由所述充电器供给到所述电池模块而控制该电池模块的充电。进而，本发明的特征在于，所述第2规定值是与判断所述电池模块的满充电相当的电压。进而，本发明的特征在于，所述发电机是太阳能电池，该太阳能电池构成为能够切换为将多个太阳能电池单元串联连接或者并联连接，在该太阳能电池单元的输出电压是所述第2规定值以下时使用串联连接进行该太阳能电池的发电，在该太阳能电池单元的输出电压超过所述第2规定值时使用并联连接进行该太阳能电池的发电。(发明的效果)根据由这样的结构构成的蓄电系统，可以降低由充电器引起的变换损失，抑制充电效率的降低。
图1是示出本发明的蓄电系统的实施例1的整体概略图。图2是示出通过太阳能电池的电力对电池模块进行充电的一个实施例的电路3是示出本发明的蓄电系统中的充电与MPPT控制的关系的动作流程图。图4是示出本发明的蓄电系统中的电池模块的充电以及从太阳能电池向室内交流布线放电的动作流程图。图5是示出本发明的蓄电系统的实施例2的说明图。图6是用于说明本发明的效果的图，是示出没有应用图5的结构时的一个例子的假想图。图7是用于说明本发明的效果的图，是示出没有应用图5的结构时的其他例子的假想图。图8是示出在图5所示的结构中进一步改良的结构的图。图9是图8所示的控制部的动作流程图。(符号说明)10 太阳能电池；12 太阳能电池单元；14 开关群；20 太阳能电池用DC/AC变换器；21 :DC/DC电路；22 逆变器电路；23 控制器；30 配电板；31 室内交流布线；32 负载；40 控制器；42 检测器；50 分配器；60 充电器；70 电池模块；71 旁路电路；80 整流器； 90 电池模块用DC/AC变换器；91 开关；100 串并联切换BOX ；101 连接箱；104 控制部； 105 =PCS控制器。
具体实施例方式以下，参照附图，详细说明本发明的蓄电系统的优选的实施方式。另外，在各图中， 对同一结构要素，分别附加同一符号而示出。首先，图1是示出本发明的蓄电系统的整体的概略图。在该图中，10是太阳能电池 (利用可再生能源发电的发电机)，将多个太阳能电池单元串联连接而构成。由太阳能电池10发电的电力(直流电力)被供给到分配器50而选择性地供给到太阳能电池用DC/AC变换器(被称为功率调节器)20或者充电器60中的某一个。太阳能电池用DC/AC变换器20在将直流电力变换为规定的频率的交流电力之后，重叠到室内交流布线31。该室内交流布线31经由具有电流断路器等的配电板30连接到电力系统，上述规定的频率是该电力系统的频率(50Hz或者60Hz)。对室内交流布线31连接了例如电视、空调、冰箱等负载32。另外，在图中，控制器 40构成未图示的控制部的一部分，具有通过检测器(变流器等)42对供给到负载32的交流电流进行检测，计算电压和电力消耗的功能。太阳能电池用DC/AC变换器20将在后面进一步详细说明，其具有进行通过DC/DC 转换器调节所升压的电压以使太阳能电池10中的发电电力(电压与电流之积)成为最大的最大功率点跟踪(MPPT控制)的功能。另外，该蓄电系统具有将经由分配器50供给到充电器60的太阳能电池10的发电电力蓄电到电池模块70中的结构。充电器60例如由DC/DC转换器等构成，对从太阳能电池10输出的电压进行升压或者降压。电池模块70例如由铅电池模块、锂电池、或者其他电池构成。例如，在锂电池的情况下，在该电池的端子电压是规定的电压以下的条件下通过恒定电流控制进行充电，在大于规定电压时通过恒定电压控制进行充电，在端子电压达到与作为目标的充电量相当的电压时判断为充电结束。另外，来自室内交流布线31的交流电力在经由整流器80整流/平滑而成为直流电力之后，供给到充电器60而与上述同样地充电到电池模块70中。由此，根据需要，还可以从室内交流布线31向电池模块70充电。即，充电器60可以将来自太阳能电池10的直流电力以及对来自室内交流布线31的交流电流进行整流而得到的直流电力中的某一个直流电力充电到所述电池模块70中。进而，来自电池模块70的直流电电力在经由电池模块用DC/AC变换器90变换为交流电力之后，经由开关91供给到室内交流布线31。该交流电力是与太阳能电池用DC/AC 变换器20同样地将直流电力变换为规定的频率的交流电力之后，重叠到室内交流布线31 而得到的，其规定的频率也是电力系统的频率。对于电池模块用DC/AC变换器90，通过控制器40输入基于来自检测器42的输出的控制信号，控制电池模块用DC/AC变换器90的动作，以使电池模块用DC/AC变换器90的输出电力不超过基于该检测器42检测的电流得到的负载32的电力消耗。由此，防止由于来自电池模块70的输出引起的向系统的逆流。电池模块用DC/AC变换器90的结构既可以与太阳能电池用DC/AC变换器20相同，也可以不同。另外，电池模块用DC/AC变换器90构成为与太阳能电池用DC/AC变换器20独立。艮口， 电池模块用DC/AC变换器90的控制和太阳能电池用DC/AC变换器20的控制分别通过未图示的控制部相互独立地进行。由此，起到以下效果可以根据太阳能电池用DC/AC变换器20 高效地进行太阳能电池用DC/AC变换器20中的电力变换，可以根据电池模块70的端子电压高效地进行电池模块用DC/AC变换器90中的电力变换。图2是示出通过太阳能电池10的电力对电池模块70进行充电的一个实施例的电路图。在太阳能电池10的输出电压是比电池模块70的端子电压高的第1规定值以上、并且是与判断电池模块70的满充电相当的电压(第2规定值)以下时，利用分配器50从太阳能电池10通过旁路电路对电池模块70直接进行充电。第1规定值是比电池模块70的端子电压大几个百分比的值。可以将该值设定得较大，以使得相对于电池模块70的满充电容量，太阳能电池10的总输出尽可能充分地大， 优选地，可以根据太阳能电池10的输出特性适当地设定该值。另外，第2规定值是相当于电池模块70成为满充电时的电压，满充电是与在蓄电系统的设计中判断为满充电的电压相当的电压即可，例如，也可以将电池模块70的实际的满充电设成100%，将该值的90%左右的值定义为设计上的满充电来使用。在太阳能电池10的输出电压是电池模块70的端子电压以下或者超过电池模块70 的满充电时，通过分配器50将太阳能电池10的发电电力导入到充电器60中，升压或者降压为规定的值，而对电池模块70进行充电。在通过充电器60进行充电的情况下，可以对太阳能电池10进行MPPT控制。此处，MPPT控制也被称为最大功率点跟踪，成为用于高效地取出与来自太阳能电池10的发电电力对应的最大电力的控制。对于这样的控制，成为消除以下不合理情形的控制，即在太阳能电池10的输出电压-输出电流特性中，直到输出电压达到规定值为止输出电流恒定，如果输出电压高于该规定值则急剧地变化，并且太阳能电池10的发电电力受到日射量的影响而变化的情形。图3示出其控制方法。在图3中，首先，如步骤Sl所示，判定是否利用来自太阳能电池用DC/AC变换器20 的DC部的直流电力对电池模块70进行充电。在进行充电的情况下，如步骤S2所示，通过控制器23对来自太阳能电池用DC/AC变换器20的DC部的电压以及电流进行检测而计算出直流电力(电压X电流)。在没有对电池模块70进行充电的情况下，转移到步骤S5，来自太阳能电池10的电力被放电到室内交流布线31。接下来，如步骤S3所示，比较本次的直流电力是否大于上次的直流电力。在本次的直流电力大于上次的直流电力的情况下，如步骤S4所示，通过控制器23向使DC/DC电路21的升压电压上升的方向进行驱动。在本次的直流电力不大于上次的直流电力的情况下，在步骤S6中，向使DC/DC电路21的升压电压降低的方向进行驱动，之后，返回到步骤Si，以下，反复动作。回到图1，电池模块用DC/AC变换器90例如具有与太阳能电池用DC/AC20相同的结构。但是，不限于此，也可以是由其他结构构成的电池模块用DC/AC变换器。但是，如上所示，电池模块用DC/AC变换器90的控制和太阳能电池用DC/AC变换器20的控制分别通过未图示的控制部相互独立地进行。在该情况下，电池模块用DC/AC变换器90构成为使从室内交流布线31向负载32流过的电流不超过预设的值地对动作或者变换量进行控制。电池模块用DC/AC变换器90通过经由控制器40的来自检测器42的输出进行上述控制。
通过进行这样的控制，可以抑制在从电池模块用DC/AC变换器90重叠到室内交流布线31的交流电力超过了负载32的电力消耗时的该剩余电力向电力系统逆流。图4是示出在上述结构的蓄电系统中向电池模块70充电、以及从电池模块70向室内交流布线31放电的动作流程图。在图4中，首先，如步骤Sll所示，对来自电池模块70的放电电力和供给到负载32 的交流电力进行比较。此处，对于来自电池模块70的放电电力，例如使用从电池模块用DC/ AC变换器90向所述室内交流布线31供给的电力，对于供给到负载32的交流电力，例如使用通过所述检测器42检测出的电力。然后，在供给到负载32的交流电力低于来自电池模块70的电力的情况下，如步骤S12所示，减少来自电池模块70的放电量。例如，可以通过改变逆变器电路中的PWM信号来降低基于假正弦波的交流电力的电压，减少该放电量。在供给到负载32的交流电力不低于来自电池模块70的电力的情况下，转移到后述步骤S13。在步骤S13中，对供给到负载32的交流电力与一定值Wl进行比较。此处，Wl是从电池模块70的考虑了放电效率等的实质上最少放电量。在供给到负载32的交流电力低于一定值Wl的情况下，如步骤S14所示，来自电池模块70的放电被停止。在供给到负载32 的交流电力不低于Wl的情况下，原样地维持放电。之后，返回到步骤S11，反复上述动作。在这样构成的蓄电系统中，太阳能电池用DC/AC变换器20和电池模块用DC/AC变换器90分别地构成，并且，各自的控制相互独立地进行。因此，可以将来自太阳能电池10 或者电池模块70的直流电流都高效地变换为交流电流。在所述实施例中，具有如下结构在将来自太阳能电池10的直流电力充电到电池模块70的情况下，可以从太阳能电池用DC/AC变换器20的DC部取出直流电力，该直流电力如图1所示，充电到电池模块70中。但是，也可以如图5所示构成为来自太阳能电池用DC/AC变换器20的DC部的直流电力在一定的条件下，不经由充电器60 (绕过充电器60)而充电到蓄电池70。在本说明书中，将在该情况下，从太阳能电池用DC/AC变换器20的DC部向电池模块70直接进行充电的电路称为旁路电路71。另外，图5是从图1中仅去除太阳能电池10、太阳能电池用DC/ AC变换器20、充电器60、电池模块70、以及负载32而示出的图。另外，在图5中，构成为配置了在图1中未描绘的串并联切换B0X100。但是，也可以没有该串并联切换B0X100。这样构成的蓄电系统具有如下效果在从太阳能电池10向电池模块70进行充电的系统中，可以减少由太阳能电池用DC/AC变换器20引起的损失、以及由充电器60引起的变换损失，实现电力消耗的节省。图6是假想地示出将来自太阳能电池10的电力经由太阳能电池用DC/AC变换器 20、以及充电器60充电到电池模块70中的情况的图，且与图5对应起来描绘。在该情况下， 构成为对电池模块70进行充电的来自太阳能电池的电力由于太阳能电池用DC/AC变换器 20以及充电器60而不能避免大幅的变换损失。另外，图7是假想了构成为从串并联切换 B0X100的输出侧取出来自太阳能电池10的电力，输入到电池模块70中，由此，不经由太阳能电池用DC/AC变换器20以及充电器60而进行充电来避免变换损失的情况而描绘的图。这样根据图6、图7的结构的比较可知，图5所示的结构可以减少对电池模块70进行充电的电力中的变换损失。另外，在图5中，为了实现电池模块70的充电的高效化，通过未图示的控制部，进行接下来的控制。即，在太阳能电池10的输出电压在比电池模块70的端子电压高的第1 规定值以上、并且在第2规定值(与电池模块70的满充电相当的电压)以下时，通过旁路电路71直接连接太阳能电池10和电池模块70而对电池模块70进行充电。另外，在太阳能电池10的输出电压是电池模块70的电压以下、以及比电池模块70的满充电压高的电压中的任意一方时，不通过旁路电路71而通过充电器60对电池模块70进行充电。此处，电池模块70构成为串联地连接了多个电池单元，具有可以检测各电池单元之间的电压，且可以检测至少电池单元的过电压、过充电、电池模块70的温度、以及向电池模块70的充放电电流的结构。在该情况下，所述满充电压可以通过从外部施加到电池模块70的直流电力的充电电压进行判断。图8是示出在图5所示的结构中，将太阳能电池10和电池模块70直接连接而直接向电池模块70充电的情况下，可以根据太阳能电池用DC/AC变换器20中的最大电力点和电池模块70的端子电压进行高效的充电的结构的图。在图8中，太阳能电池10由多个太阳能电池单元(具体而言，将多个太阳能电池单元串联连接而作为一个太阳能电池单元处理)12构成，其中的几个(在图中上侧示出的电池单元)被串联而向连接箱101供给电力。另外，剩余的太阳能电池单元(在图中下侧示出的太阳能电池单元)经由开关群14向连接箱101供给电力。开关群14的各开关通过来自后述控制部104的信号进行0N/0FF，由此可以构成任意个数(η个)的太阳能电池单元 12 (也可以将多个太阳能电池单元并联地连接)的串联连接体。于是，这样构成为来自任意个数的太阳能电池单元12的串联连接体的电力被直接充电到电池模块70。连接箱101经由PCS (功率调节器)105与室内交流布线31连接。此处，PCS105将由太阳能电池10发电的直流电力变换为交流电力后输出到室内交流布线31，内置所述太阳能电池用DC/AC变换器20而构成。另外，对于来自室内交流布线31的交流电力，经由充电器60向电池模块70进行充电。另外，控制部104构成在图1中未图示的控制部的一部分，进行将由太阳能电池10 发电的直流电力直接用于电池模块(蓄电池)70的充电时的控制，可以感测PCS105内的太阳能电池用DC/AC变换器20中的最大电力点和电池模块70的端子电压。然后，根据这些太阳能电池用DC/AC变换器20的最大电力点的电压和电池模块70的端子电压进行运算， 通过该运算结果对开关群14的各开关的0N/0FF进行控制。由此，可以根据串联连接的太阳能电池单元12的个数n，设定对电池模块70进行充电的电压。图9是控制部104中的动作流程图。在图9中，控制部104首先如步骤S21所示， 从PCS105求出太阳能电池10的电压中的最大电力点的电压Vs。接下来，如步骤S22所示， 从电池模块70检测其端子电压(蓄电池电压)Vb。接下来，控制部104如步骤S23所示，通过所检测出的电压Vs和端子电压Vb，求出Vs/n > Vb并且Vs/n最接近Vb的η。进而，控制部104如步骤SM所示，判定Vs/n和Vb的误差是否处于Vb的以内。X是预定的值是根据是否高效地进行充电来设定的值。然后，在Vs/n和Vb的误差处于以内的情况下，如步骤S25所示，将太阳能电池10的太阳能电池单元12以η个串联连接(η串联)，将该η串联后的太阳能电池单元12的发电电力不经由充电器60而直接供给到电池模块70， 对该电池模块70进行充电。之后，返回到步骤S21，以下，反复动作。在步骤S24中，在Vs/ η和Vb的误差未处于以内的情况下，如步骤S^所示，进行使用了充电器60的电池模
8块70的充电。之后，返回到步骤S21，以下，反复动作。如上所述地构成的蓄电系统在将来自太阳能电池10的电力充电到电池模块70 时，在一定的条件之下，不经由充电器60而直接向电池模块70充电，所以可以降低由充电器60引起的变换损失，可以抑制充电效率的降低。以上，详细叙述了本发明的优选的实施例，但不限于本发明的实施例，可以在权利要求书中记载的本发明的要旨的范围内，实现各种变形、变更。
权利要求
1.一种蓄电系统，其特征在于，具备发电机用DC/AC变换部，在将从利用可再生能源发电的发电机得到的直流电力变换为规定的频率的交流电力之后供给到室内交流布线； 电池模块，连接多个电池单元而成；充电器，使用所述直流电力或者对经由所述室内交流布线得到的交流电力进行整流后的直流电力中的至少某一个直流电力对该电池模块进行充电；电池模块用DC/AC变换部，将充电到所述电池模块的直流电力变换为交流电力而供给到所述室内交流布线；旁路电路，使从所述发电机得到的直流电力绕过所述充电器而供给到所述电池模块；以及控制部，该控制部在所述发电机的输出电压是比所述电池模块的端子电压高的第1规定值以上、并且是第2规定值以下时，经由所述旁路电路将从所述发电机得到的直流电力供给到所述电池模块而控制该电池模块的充电，在从所述发电机得到的直流电力是所述电池模块的端子电压以下时，将从所述发电机得到的直流电力经由所述充电器供给到所述电池模块而控制该电池模块的充电。
2.根据权利要求1所述的蓄电系统，其特征在于，所述第2规定值是与判断所述电池模块的满充电相当的电压。
3.根据权利要求2所述的蓄电系统，其特征在于，所述发电机是太阳能电池，该太阳能电池构成为能够切换为将多个太阳能电池单元串联连接或者并联连接，在该太阳能电池单元的输出电压是所述第2规定值以下时使用串联连接进行该太阳能电池的发电，在该太阳能电池单元的输出电压超过所述第2规定值时使用并联连接进行该太阳能电池的发电。
全文摘要
本发明提供一种蓄电系统，降低由充电器引起的变换损失，节省电力消耗。本发明的蓄电系统至少具备利用自然能源进行发电的太阳能电池等和电池模块，其特征在于，具有使通过太阳能电池发电的直流电力绕过充电器而供给到电池模块的旁路电路以及控制部，该控制部在太阳能电池的输出电压是比电池模块的端子电压高的第1规定值以上、并且是第2规定值以下时，经由旁路电路将太阳能电池的发电电力供给到电池模块而控制该电池模块的充电。
文档编号H02J7/00GK102195312SQ20111004584
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年3月11日
发明者上桥浩之, 久保守, 岛山一, 猿桥浩一 申请人:三洋电机株式会社