JP2013123281A - 発電システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば発電量が経時的に変化する太陽電池に並列接続された複数のバッテリに対して、その特性に応じて太陽電池で発電した電力をバランス良く分配する。
【解決手段】 発電量が経時的に変化する発電手段（１）と、発電手段に対して並列的に接続された複数の系統（２）と、発電手段と各系統との間にそれぞれ接続されたＰＷＭ−スイッチと各ＰＷＭ−スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号を供給する制御部とにより構成されたコントローラ（３）とを備える本発明の発電システムは、発電手段とコントローラとの間に設けられ、下流側に供給する出力電圧を適宜設定可能な昇圧チョッパ（５）をさらに備え、コントローラは、昇圧チョッパの出力電圧および各系統の特性に応じた時間だけ各系統に対応するＰＷＭ−スイッチをＯＮすることにより、各系統の特性に応じて発電手段からの電力を各系統に分配する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電システムおよびその制御方法に関する。さらに詳細には、本発明は、太陽電池などで発電した電力のバッテリなどへの分配の制御に関するものである。

従来、太陽電池などで発電した直流電力を蓄電する方法として、蓄電手段と負荷との並列接続により蓄電と定電圧化とを同時に行う方法、ＰＷＭ（Pulse-width modulation）で蓄電電圧を制御する方法などが知られている。蓄電と定電圧化とを同時に行う方法では、バッテリ（蓄電池）と負荷とを並列接続すると、バッテリの開放電圧が支配的となり、負荷側には一定電圧および一定電流が供給される。ＰＷＭで蓄電電圧を制御する方法では、スイッチングレギュレータを充放電コントローラとして使用し、ＰＷＭ制御によりバッテリへの供給電力が一定に制御される。

しかしながら、蓄電と定電圧化とを同時に行う方法では、太陽電池による発電量が太陽高度や気象条件などに依存して経時的に比較的大きく変化するので、バッテリに供給される電流は成り行きとなり、バッテリの寿命を著しく低下させる場合がある。バッテリに代えてキャパシタ（電気二重層コンデンサ）を用いると、寿命低下の問題を回避することはできるが、キャパシタのみで大容量の蓄電を行うことは困難である。すなわち、キャパシタの蓄電容量に関する制約により、中規模または大規模なシステムを構築することは困難である。

一方、ＰＷＭで蓄電電圧を制御する方法では、充電専用回路として使用されるシステムに適用すると、ＰＷＭ制御のうちスイッチングがオフとなるタイミングでは、蓄電のための太陽電池の発電もストップする。また、蓄電に利用されない電力を使用する場合、この電力は太陽電池による出力変動を有するため、変動する電力を別途何らかの形で吸収する仕組みが必要である。すなわち、変動電力を何らかの機構で吸収しない限り、買電を前提としない自立型に近いシステムを構成することが難しい。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば発電量が経時的に変化する太陽電池に並列接続された複数のバッテリに対して、その特性に応じて太陽電池で発電した電力をバランス良く分配することのできる発電システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、発電量が経時的に変化する発電手段と、
前記発電手段に対して並列的に接続された複数の系統と、
前記発電手段と各系統との間にそれぞれ接続されたＰＷＭ−スイッチと、各ＰＷＭ−スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号を供給する制御部とにより構成され、前記発電手段と前記各系統とを選択的に接続するコントローラとを備える発電システムにおいて、
前記発電手段と前記コントローラとの間に設けられ、下流側に供給する出力電圧を適宜設定可能な昇圧チョッパをさらに備え、
前記コントローラは、前記昇圧チョッパの出力電圧および各系統の特性に応じた時間だけ各系統に対応するＰＷＭ−スイッチをＯＮすることにより、各系統の特性に応じて前記発電手段からの電力を各系統に分配することを特徴とする発電システムを提供する。

本発明の第２形態では、発電量が経時的に変化する発電手段と、
前記発電手段に対して並列的に接続された複数の系統と、
前記発電手段と各系統との間にそれぞれ接続されたＰＷＭ−スイッチと、各ＰＷＭ−スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号を供給する制御部とにより構成され、前記発電手段と前記各系統とを選択的に接続するコントローラとを備える発電システムの制御方法であって、
前記発電手段と前記コントローラとの間に設けられた昇圧チョッパにより、該昇圧チョッパの下流側に供給する出力電圧を設定し、
前記コントローラにより、前記昇圧チョッパの出力電圧および各系統の特性に応じた時間だけ各系統に対応するＰＷＭ−スイッチをＯＮすることにより、各系統の特性に応じて前記発電手段からの電力を各系統に分配することを特徴とする発電システムの制御方法を提供する。

本発明では、発電量が経時的に変化する発電手段に対して並列的に且つ選択的に接続可能な複数の系統の接続を時分割により同調して切り換えることにより、各系統の特性に応じて発電手段からの電力を各系統に分配する。その結果、本発明の一態様では、発電量が経時的に変化する太陽電池に並列接続された複数のＬｉ−イオンバッテリ（リチウムイオン電池）に対して、その蓄電容量に応じて太陽電池で発電した電力をバランス良く分配して高効率な蓄電を実現することができる。

本発明の実施形態にかかる発電システムの構成を概略的に示す図である。 コントローラの内部構成を概略的に示す図である。 ＰＷＭ−スイッチの基本的な作用を説明する図である。 本実施形態におけるＬｉ−イオンバッテリへの電力分配の一例を説明する図である。 本実施形態におけるＬｉ−イオンバッテリへの電力分配の別の例を説明する図である。 本実施形態の発電システムを、買電を前提とした発電システムに適用した例を示す図である。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる発電システムの構成を概略的に示す図である。本実施形態の発電システムは、発電手段としての太陽電池１と、主たる蓄電手段としての複数（ｎ個）のＬｉ−イオンバッテリ２（１），２（２），２（３），・・・，２（ｎ）と、複数のＬｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（ｎ）への電力の分配を制御するコントローラ３と、変動電力吸収用の蓄電手段としてのキャパシタ４と、昇圧チョッパ５とを備えている。

キャパシタ４は、耐久性は比較的高いが蓄電容量の比較的小さい蓄電手段であって、太陽電池１に対して複数のＬｉ−イオンバッテリ２と並列的に接続されている。昇圧チョッパ５は、日射量等の気象条件やシステムに接続される負荷等によって変動する太陽電池の発電電力に応じて、下流側に出力する出力電流と出力電圧の最適な組み合わせを設定することにより、最大発電量を得るための制御装置であって、太陽電池１とコントローラ３との間に接続されている。

複数のＬｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（ｎ）は、充放電制御条件は厳しいが漏洩電流の少ない高効率な蓄電を実現できる蓄電手段であって、コントローラ３を介して、太陽電池１に対して並列的に且つ選択的に接続可能に構成されている。なお、各Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（ｎ）は、それぞれの蓄電容量に応じた最適な一定電圧および一定電流により蓄電される必要がある。コントローラ３は、図２に示すように、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（ｎ）にそれぞれ接続されたＰＷＭ（Pulse-width modulation）−スイッチ３１（１）〜３１（ｎ）と、ＰＷＭ−スイッチ３１（１）〜３１（ｎ）のＯＮ／ＯＦＦ（開閉）を制御するパルス波形の制御信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎを生成するとともに対応するＰＷＭ−スイッチ３１（１）〜３１（ｎ）に供給する制御部３２とを有する。制御部３２は、昇圧チョッパ５の出力電圧に基づき、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（ｎ）の蓄電容量に応じた一定電流および一定電圧を供給するために、制御信号Ｓ１、Ｓ２・・・の最適なデューティ比を設定するようになっている。

換言すると、１つのＬｉ−イオンバッテリ２は、１つのＰＷＭ−スイッチ３１を介して太陽電池１に接続可能に構成されている。また、コントローラ３は、キャパシタ４などに接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（ｘ）を有する。制御部３２は、ＰＷＭ−スイッチ３１（ｘ）のＯＮ／ＯＦＦを制御するパルス波形の制御信号Ｓｘを生成するとともにＰＷＭ−スイッチ３１（ｘ）に供給する。なお、制御部３２は、上記制御信号Ｓ１、Ｓ２・・・、Ｓｎのデューティ比と同様に、制御信号Ｓｘのデューティ比についても設定可能となっている。以下、説明を単純化するために、ＰＷＭ−スイッチ３１（１）〜３１（ｎ）および３１（ｘ）は、互いに同じ構成を有するものとする。

ＰＷＭ−スイッチ３１は、例えばｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴからなる半導体スイッチ素子３１ａと、コイル３１ｂａおよびコンデンサ３１ｂｂからなる平滑化回路３１ｂとを有する。コントローラ３では、制御部３２から各ＰＷＭ−スイッチ３１の半導体スイッチ素子３１ａに供給される制御信号に基づいて、任意のＬｉ−イオンバッテリ２を太陽電池１に対して選択的に接続する。上述の通り、制御部３２から供給される制御信号は、昇圧チョッパ５の出力電流および出力電圧に基づき、接続したＬｉ−イオンバッテリ２の蓄電容量に応じて最適に設定されたデューティ比を有するパルス波形である。したがって、かかる制御信号によってＰＷＭ−スイッチ３１をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、接続されたＬｉ−イオンバッテリ２には蓄電容量に応じた一定電圧および一定電流の電力が供給される。

すなわち、コントローラ３では、制御部３２から任意のＰＷＭ−スイッチ３１の半導体スイッチ素子３１ａに対して、図３（ａ）に示すような制御信号が供給される。制御信号は、時間ｔ１に亘って電圧Ｖｃが印加される状態（ＯＮ状態）と、時間ｔ２に亘って電圧が印加されない状態（ＯＦＦ状態）とが周期的に繰り返される信号である。ＰＷＭ−スイッチ３１の半導体スイッチ素子３１ａをＯＮ状態とすることで対応するＬｉ−イオンバッテリへ太陽電池１からの電力が供給されるようにし、ＯＦＦ状態とすることで対応するＬｉ−イオンバッテリへ太陽電池１からの電力が供給されないようにする。ここで、ある時間における昇圧チョッパ５の出力電圧がＶ０であるとした場合、半導体スイッチ素子３１ａの直後における電圧は、図３（ｂ）に示すように、制御信号と同波形で電圧Ｖ０がスイッチングされる状態に、また半導体スイッチ素子３１ａの直後における電流は、図３（ｃ）に示すように、制御信号の電圧変化に対応してほぼ線形的な増減を周期的に繰り返す状態になる。

また、平滑化回路３１ｂを経た電圧は、図３（ｄ）に示すようにほぼ一定になる。このとき、平滑化された電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖ０×ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）である。換言すれば、任意のＰＷＭ−スイッチ３１の半導体スイッチ素子３１ａによりＯＮ／ＯＦＦ制御される電圧Ｖ０とデューティ比ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）とに基づいて決定される一定電圧Ｖおよび一定電流の電力が、当該ＰＷＭ−スイッチ３１に接続されたＬｉ−イオンバッテリ２に供給される。

そして、制御部３２は、太陽電池１の発電量の増減に応じて昇圧チョッパ５の出力電圧がＶ０’に変更された場合であっても、制御信号の電圧Ｖｃを印加する（半導体スイッチ素子３１ａをＯＮ状態とする）時間ｔ１の長短、換言すればデューティ比ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）の大小を最適に調整することにより、当該ＰＷＭ−スイッチ３１に接続されたＬｉ−イオンバッテリ２へ一定電圧Ｖおよび一定電流の電力を供給するようになっている。

以下、発明の理解を容易にするために、太陽電池１からの電力を３つのＬｉ−イオンバッテリ２（１），２（２），２（３）だけに分配する例を説明する。ここで、Ｌｉ−イオンバッテリ２（２）の蓄電容量はＬｉ−イオンバッテリ２（１）の蓄電容量よりも大きく、Ｌｉ−イオンバッテリ２（３）の蓄電容量はＬｉ−イオンバッテリ２（１）の蓄電容量よりも小さいものとする。なお、太陽電池１からの電力が分配されるＬｉ−イオンバッテリの数は、太陽電池１の発電量に依存する。

本実施形態の一例において制御部３２は、図４（ａ）に示すように、１周期がｔ０の基本周期信号Ｓ０に同調して作成された制御信号Ｓ１〜Ｓ３を、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）に接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（１）〜３１（３）の半導体スイッチ素子３１ａに供給する。制御信号Ｓ１は、時間ｔ１ａに亘って制御電圧Ｖｃが印加される状態と、時間ｔ１ｂ＋２×ｔ０に亘って電圧が印加されない状態とが周期的に繰り返される信号であり、半導体スイッチ素子３１ａ（１）の直後における電圧は、制御信号と同波形で電圧Ｖ０がスイッチングされる状態となる。ここで、時間ｔ１ｂは、基本周期信号Ｓ０の１周期ｔ０から時間ｔ１ａを差し引いて得られる値である。

そして、かかる制御信号Ｓ１を供給された半導体スイッチ素子３１ａ（１）の直後における電圧の波形は、上述の通り制御信号と同波形となるため、図４（ｂ）に示すような、半導体スイッチ素子３１ａ（１）の直後における電圧が、制御電圧Ｖｃが印加される時間ｔ１ａにおいてＶ０となり、電圧が印加されない時間ｔ１ｂ＋２×ｔ０において０となる波形となる。換言すれば、制御信号Ｓ１を供給された半導体スイッチ素子３１ａ（１）の直後における電圧の波形は、太陽電池からの出力電圧Ｖ０がデューティ比ｔ１ａ／（３×ｔ０）でスイッチングされる波形となるのである。

制御信号Ｓ２は、時間ｔ２ａに亘って制御電圧Ｖｃが印加される状態と、時間ｔ２ｂ＋２×ｔ０に亘って電圧が印加されない状態とが周期的に繰り返される信号である。ここで、時間ｔ２ｂは、基本周期信号Ｓ０の１周期ｔ０から時間ｔ２ａを差し引いて得られる値である。かかる制御信号Ｓ２を供給された半導体スイッチ素子３１ａ（２）の直後における電圧の波形は、上述の通り制御信号と同波形となるため、図４（ｃ）に示すような、太陽電池からの出力電圧Ｖ０がデューティ比ｔ２ａ／（３×ｔ０）でスイッチングされる波形となる。

制御信号Ｓ３は、時間ｔ３ａに亘って制御電圧Ｖｃが印加される状態と、時間ｔ３ｂ＋２×ｔ０に亘って電圧が印加されない状態とが周期的に繰り返される信号である。ここで、時間ｔ３ｂは、基本周期信号Ｓ０の１周期ｔ０から時間ｔ３ａを差し引いて得られる値である。かかる制御信号Ｓ３を供給された半導体スイッチ素子３１ａ（３）の直後における電圧の波形は、上述の通り制御信号と同波形となるため、図４（ｄ）に示すような、太陽電池からの出力電圧Ｖ０がデューティ比ｔ３ａ／（３×ｔ０）でスイッチングされる状態となる。

制御信号Ｓ１によって半導体スイッチ素子３１ａ（１）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ１ａは、基本周期信号Ｓ０の第１番目の周期の開始時点で開始している。制御信号Ｓ２によって半導体スイッチ素子３１ａ（２）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ２ａは、基本周期信号Ｓ０の第２番目の周期の開始時点で開始している。制御信号Ｓ３によって半導体スイッチ素子３１ａ（３）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ３ａは、基本周期信号Ｓ０の第３番目の周期の開始時点で開始している。換言すれば、３つの制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の電圧印加状態は、基本周期信号Ｓ０の１周期毎に発生している。

制御部３２は、制御信号Ｓ１〜Ｓ３に応じて作成された制御信号Ｓｘを、キャパシタ４などに接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（ｘ）の半導体スイッチ素子３１ａに供給する。制御信号Ｓｘは、制御信号Ｓ１〜Ｓ３において電圧が印加されない期間に亘って電圧Ｖ０が印加される状態と、制御信号Ｓ１〜Ｓ３において電圧Ｖ０が印加される期間に亘って電圧Ｖ０が印加されない状態とが繰り返される信号である。

制御信号Ｓ１が供給されたＰＷＭ−スイッチ３１（１）の平滑化回路３１ｂを経て平滑化された電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖ０×ｔ１ａ／（３×ｔ０）である。制御信号Ｓ２が供給されたＰＷＭ−スイッチ３１（２）の平滑化回路３１ｂを経て平滑化された電圧Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖ０×ｔ２ａ／（３×ｔ０）である。制御信号Ｓ３が供給されたＰＷＭ−スイッチ３１（３）の平滑化回路３１ｂを経て平滑化された電圧Ｖ３は、Ｖ３＝Ｖ０×ｔ３ａ／（３×ｔ０）である。

ここで、蓄電容量の比較的大きいＬｉ−イオンバッテリ２（２）に接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（２）の半導体スイッチ素子３１ａに供給される制御信号Ｓ２のデューティ比ｔ２ａ／（３×ｔ０）は、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）に接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（１）の半導体スイッチ素子３１ａに供給される制御信号Ｓ１のデューティ比ｔ１ａ／（３×ｔ０）よりも大きい。その結果、Ｌｉ−イオンバッテリ２（２）に供給される電圧Ｖ２は、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）に供給される電圧Ｖ１よりも大きくなる。

一方、蓄電容量の比較的小さいＬｉ−イオンバッテリ２（３）に接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（３）の半導体スイッチ素子３１ａに供給される制御信号Ｓ３のデューティ比ｔ３ａ／（３×ｔ０）は、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）に接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（１）の半導体スイッチ素子３１ａに供給される制御信号Ｓ１のデューティ比ｔ１ａ／（３×ｔ０）よりも小さい。その結果、Ｌｉ−イオンバッテリ２（３）に供給される電圧Ｖ３は、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）に供給される電圧Ｖ１よりも小さくなる。

すなわち、制御部３２は、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）の蓄電容量に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ３を、対応するＰＷＭ−スイッチ３１（１）〜３１（３）の半導体スイッチ素子３１ａに供給する。その結果、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）には蓄電容量に応じた一定電圧Ｖ１〜Ｖ３および一定電流の電力が供給され、供給された電力はＬｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）において高効率に蓄電（充電）される。

また、制御部３２は、制御信号Ｓ１〜Ｓ３に応じて作成された制御信号Ｓｘを、キャパシタ４などに接続されたＰＷＭ−スイッチ３１（ｘ）の半導体スイッチ素子３１ａに供給する。その結果、太陽電池１で発電される電力のうち、Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）への蓄電に利用されない電力は、変動電力吸収用の蓄電手段としてのキャパシタ４などに充電される。

図４の例では、制御信号Ｓ１〜Ｓ３において電圧Ｖ０が印加される時間ｔ１ａ，ｔ２ａ，ｔ３ａは、それぞれ０よりも大きく且つ基本周期信号Ｓ０の１周期ｔ０よりも小さい。その結果、制御信号Ｓ１〜Ｓ３のデューティ比ｔ１ａ／（３×ｔ０），ｔ２ａ／（３×ｔ０），ｔ３ａ／（３×ｔ０）はそれぞれ１／３よりも小さくならざるを得ないという制約を受け、ひいてはＬｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）に供給される電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値の設定について制約を受けることになる。

そこで、図５に示す例では、基本周期信号Ｓ０の３周期の期間（３×ｔ０）において、３つの制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の電圧印加状態を連続的に発生させている。すなわち、制御信号Ｓ１によって半導体スイッチ素子３１ａ（１）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ１ａを基本周期信号Ｓ０の周期の開始時点で開始させ、制御信号Ｓ２によって半導体スイッチ素子３１ａ（２）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ２ａを制御信号Ｓ１の電圧印加時間ｔ１ａの終了時点で開始させ、制御信号Ｓ３によって半導体スイッチ素子３１ａ（３）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ３ａを制御信号Ｓ２の電圧印加時間ｔ２ａの終了時点で開始させている。

制御信号Ｓｘでは、制御信号Ｓ１〜Ｓ３において電圧が印加されない期間に亘って半導体スイッチ素子３１ａ（ｘ）の直後に電圧Ｖ０が印加される状態と、制御信号Ｓ１〜Ｓ３において電圧が印加される期間に亘って半導体スイッチ素子３１ａ（ｘ）の直後に電圧Ｖ０が印加されない状態とが繰り返される。具体的には、制御信号Ｓｘにおいて電圧Ｖ０が印加される期間は、制御信号Ｓ３の電圧印加時間ｔ３ａの終了時点で開始し、制御信号Ｓ１の電圧印加時間ｔ１ａの開始時点（基本周期信号Ｓ０の３周期の期間（３×ｔ０）の終了時点）で終了する。

図５の例においても図４の例と同様に、制御信号Ｓ１が供給されたＰＷＭ−スイッチ３１（１）の平滑化回路３１ｂを経て平滑化された電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖ０×ｔ１ａ／（３×ｔ０）である。制御信号Ｓ２が供給されたＰＷＭ−スイッチ３１（２）の平滑化回路３１ｂを経て平滑化された電圧Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖ０×ｔ２ａ／（３×ｔ０）である。制御信号Ｓ３が供給されたＰＷＭ−スイッチ３１（３）の平滑化回路３１ｂを経て平滑化された電圧Ｖ３は、Ｖ３＝Ｖ０×ｔ３ａ／（３×ｔ０）である。

しかしながら、図５の例では、図４の例とは異なり、制御信号Ｓ１〜Ｓ３において半導体スイッチ素子３１ａ（１）〜３１ａ（３）の直後に電圧Ｖ０が印加される時間ｔ１ａとｔ２ａとｔ３ａとの和が、０よりも大きく且つ基本周期信号Ｓ０の３周期（３×ｔ０）よりも小さい。その結果、制御信号Ｓ１〜Ｓ３のデューティ比ｔ１ａ／（３×ｔ０）とｔ２ａ／（３×ｔ０）とｔ３ａ／（３×ｔ０）との和を０から１までの間で選択することができ、ひいてはＬｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）に供給される電圧Ｖ１〜Ｖ３の値の選択に関する自由度が図４の例に比して向上する。

以上のように、コントローラ３の制御部３２は、各Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）の蓄電容量に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ３を対応するＰＷＭ−スイッチ３１（１）〜３１（３）に供給する。その結果、コントローラ３は、発電手段としての太陽電池１に対する各Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）の接続を時分割により同調して切り換えることにより、各Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）の蓄電容量（一般には各系統の特性）に応じて、太陽電池１からの電力を各Ｌｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（３）にバランス良く分配する。

こうして、本実施形態にかかる発電システムでは、太陽電池１に並列接続された複数のＬｉ−イオンバッテリに対して、その蓄電容量に応じて太陽電池１で発電した電力をバランス良く分配して高効率な蓄電を実現することができる。換言すれば、蓄電容量の異なる複数のＬｉ−イオンバッテリを並列利用することができる。また、キャパシタ４の蓄電容量を小さく抑えつつ、Ｌｉ−イオンバッテリへの蓄電に利用されない変動余剰電力を効率的に吸収することができる。その結果、発電電力と消費電力と蓄電電力との関係をバランス良く制御することができる。

なお、上述の説明では、買電を前提としない自立型に近いシステムに対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、制御部３２を構成するマイクロコンピュータ等のファームウエア（ソフトウエア）を変更するだけで、例えば図６に示すような買電を前提とした発電システム、売電専用の発電システムなどに本発明の発電システムを適用することもできる。なお、図６において、分電盤１１には、負荷１２、売電用電力計１３、買電用電力計１４、配電用変圧器１５および商用電力系統１６が接続されている。

また、上述の説明では、太陽電池１に対して並列的に且つ選択的に接続可能な複数の系統として、複数のＬｉ−イオンバッテリ２（１）〜２（ｎ）を用いる例を示している。しかしながら、Ｌｉ−イオンバッテリに限定されることなく、複数の系統のうちの少なくとも１つの系統として、他の適当なバッテリ、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池などを用いることもできる。また、少なくとも１つの系統として、例えばＬＥＤ照明などを含む直流負荷を用いることもできる。すなわち、本発明では、特性の異なる複数のバッテリを並列利用したり、場合によっては用途の異なる複数の直流負荷を並列利用したりすることができる。

また、上述の説明では、発電量が経時的に変化する発電手段として、太陽電池１を用いる例を示している。しかしながら、太陽電池に限定されることなく、発電量が経時的に変化する他の適当な発電手段、例えば風力発電機などを用いることもできる。

１ 太陽電池
２（１）〜２（ｎ） Ｌｉ−イオンバッテリ
３ コントローラ
３１（１）〜３１（ｎ），３１（ｘ） ＰＷＭ−スイッチ
３１ａ 半導体スイッチ素子
３１ｂ 平滑化回路
３２ 制御部
４ キャパシタ
５ 昇圧チョッパ

Claims (8)

1. 発電量が経時的に変化する発電手段と、
   前記発電手段に対して並列的に接続された複数の系統と、
   前記発電手段と各系統との間にそれぞれ接続されたＰＷＭ−スイッチと、各ＰＷＭ−スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号を供給する制御部とにより構成され、前記発電手段と前記各系統とを選択的に接続するコントローラとを備える発電システムにおいて、
   前記発電手段と前記コントローラとの間に設けられ、下流側に供給する出力電圧を適宜設定可能な昇圧チョッパをさらに備え、
   前記コントローラは、前記昇圧チョッパの出力電圧および各系統の特性に応じた時間だけ各系統に対応するＰＷＭ−スイッチをＯＮすることにより、各系統の特性に応じて前記発電手段からの電力を各系統に分配することを特徴とする発電システム。
2. 前記複数の系統は、蓄電容量が互いに異なる複数のＬｉ−イオンバッテリを含み、
   前記系統の特性は、Ｌｉ−イオンバッテリの蓄電容量であることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記複数の系統は直流負荷をさらに含み、前記制御部は前記直流負荷に応じた制御信号を対応するＰＷＭ−スイッチに供給することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
4. 前記発電手段に対して前記複数の系統と並列的に接続されたキャパシタをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電システム。
5. 発電量が経時的に変化する発電手段と、
   前記発電手段に対して並列的に接続された複数の系統と、
   前記発電手段と各系統との間にそれぞれ接続されたＰＷＭ−スイッチと、各ＰＷＭ−スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御信号を供給する制御部とにより構成され、前記発電手段と前記各系統とを選択的に接続するコントローラとを備える発電システムの制御方法であって、
   前記発電手段と前記コントローラとの間に設けられた昇圧チョッパにより、該昇圧チョッパの下流側に供給する出力電圧を設定し、
   前記コントローラにより、前記昇圧チョッパの出力電圧および各系統の特性に応じた時間だけ各系統に対応するＰＷＭ−スイッチをＯＮすることにより、各系統の特性に応じて前記発電手段からの電力を各系統に分配することを特徴とする発電システムの制御方法。
6. 前記複数の系統は、蓄電容量が互いに異なる複数のＬｉ−イオンバッテリを含み、
   前記系統の特性は、Ｌｉ−イオンバッテリの蓄電容量であることを特徴とする請求項５に記載の発電システムの制御方法。
7. 前記複数の系統は直流負荷をさらに含み、前記制御部は前記直流負荷に応じた制御信号を対応するＰＷＭ−スイッチに供給することを特徴とする請求項６に記載の発電システムの制御方法。
8. 前記発電手段に対して前記複数の系統と並列的に接続されたキャパシタを用いて、前記発電手段で発電した電力のうち、前記複数の系統への分配に利用されない変動電力を蓄電することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の発電システムの制御方法。

Images