JP2017169304A - 直流電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用する。【解決手段】太陽光発電装置と蓄電池と負荷とを含んだ直流電源システムにおいて、蓄電池から負荷への放電後の所定の充電期間にて太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する充電判断部１５（判断部）と、蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充放電決定部１３（充電制御部）と、を設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば無線基地局等において直流電力の制御を行う直流電源システムに関する。

近年、太陽光発電等の自然エネルギーの利用が注目される中で、施設及び住宅にも太陽光発電装置が設置されることが多くなってきている。現状では、太陽光発電装置が発電した直流電力は、パワーコンディショナーによって交流電力に変換されて利用されているものがほとんどである。この場合、災害などによる停電時には、パワーコンディショナーが動作しないため、太陽光発電装置が発電した直流電力は通信装置に供給されないことになる。災害時等の電源確保の観点から停電時であっても発電電力を通信装置に供給するために、直流電源システムが注目されつつある（例えば、下記特許文献１参照）。

直流電源システムは、無線基地局などに用いられることもある。図８を参照して従来の無線基地局の直流電源システムの概要について説明する。図８に示すように、従来の直流電源システム８０１は、太陽光発電装置８０３、蓄電池８０４、商用電源８０６からの交流電力を直流電力に変換して出力する整流器８０５、及びそれらからの直流電力（矢印ＡＲ１〜ＡＲ３）が供給される通信装置（負荷）８０２により構成される。太陽光発電装置８０３は例えば４８Ｖバス（図８ではノードＮとして概念的に示される）に直接接続され、太陽光発電装置８０３の発電電力が通信装置８０２に供給される。ここで、通信装置８０２の入力電圧範囲を満たす範囲で、太陽光発電装置８０３の出力電圧を整流器出力電圧よりも高く設定することで太陽光発電装置８０３の発電電力を優先的に通信装置８０２に供給できる。

特開２０１４−４２４１７号公報

従来のように太陽光発電装置にパワーコンディショナーを用いる場合は、太陽光発電装置の発電電力が設備の負荷を上回るときに余剰電力が系統に逆潮流するなどして有効に活用することができるが、上述したような直流電源システムにおいては、太陽光発電装置の発電量が設備の負荷を上回るとき、余剰電力は熱として放出されてしまうので、余剰電力を有効に活用することが困難であるという課題があった。これを解決する手段として、蓄電池の充放電による太陽光発電装置の余剰電力の利用によって、従来の非常用電源用の電池残量を残しつつ余剰電力充電分だけ蓄電池の容量を増やす方法が考えられる。しかしながら、蓄電池の容量が制限される場合に太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することの検討はあまり進んでいない。

本発明は、上述の課題を解決するために成されたものであり、蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る直流電源システムは、太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間において前記太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOC（State Of Charge）が予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する判断部と、前記判断部により蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充電制御部と、を備えることを特徴とする。

上記の直流電源システムでは、判断部が、蓄電池から電力消費対象への放電後の所定の充電期間において太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが基準SOCを上回っているか否かを判断し、蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する。これにより、もし、充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていなければ、整流器電圧が蓄電池電圧よりも高い値に設定されて太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電されるため、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。

上記の充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への余剰電力の充電を停止する構成としてもよい。この場合、太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、蓄電池への充電を円滑に停止することができる。

上記の基準SOCは、外部電力の供給が停止した非常時の非常用電源として蓄電池が確保すべき充電率であってもよい。この場合、停電など災害対策に配慮しながら、比較的容量の小さい電池であっても、非常用電源を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を最大限に活用できる。

本発明の第２の態様に係る直流電源システムは、太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間をｎ等分（ｎは２以上の整数）した時間枠それぞれの終了時点までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量を予め求めておき、前記時間枠それぞれの終了時点までに発生した時間毎余剰充電実績量を検出して時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っているか否かを判断する判断部と、前記判断部により時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていないと判断された場合に前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する制御を、前記時間枠それぞれについて実行する充電制御部と、を備えることを特徴とする。

上記の直流電源システムでは、充電期間をｎ等分した時間枠それぞれにおいて、判断部が、時間枠の終了時点までに発生した時間毎余剰充電実績量を検出して時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っているか否かを判断し、時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていないと判断された場合、充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する制御を実行する。このような制御は、上記の時間枠それぞれにおいて実行される。これにより、上記の時間枠それぞれにおいて、時間毎余剰電力推定量と時間毎余剰充電実績量との間に大きな乖離があったとしても、時間枠の終了時点で時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていなければ、整流器電圧が蓄電池電圧よりも高い値に設定されて太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電される。そのため、時間毎余剰電力推定量と時間毎余剰充電実績量との間に大きな乖離があった場合でも、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。

上記の充電制御部は、整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回ったとき、整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への余剰電力の充電を停止する制御を、上記の時間枠それぞれについて実行する構成としてもよい。この場合、上記の時間枠それぞれにおいて、太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、蓄電池への充電を円滑に停止することができる。

本発明によれば、蓄電池の容量が制限される場合であっても太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。即ち、比較的容量の小さい電池であっても、非常用電源を確保しつつ発電電力を最大限に活用し、停電など災害対策に配慮しながら、電力需要削減及び蓄電池容量の最適化を図ることが可能となる。

第１、第２実施形態に係る直流電源システムの構成図である。 充放電制御イメージを示す図である。 第１実施形態に係る制御部の構成図である。 制御部のハードウェア構成例を示す図である。 第１実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る制御部の構成図である。 第２実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。 従来の直流電源システムの概略構成を示す図である。

本件の出願人は、通信設備（無線通信の無線基地局等）が備える蓄電池のバックアップ能力の他に太陽光発電装置の発電電力によるバックアップ効果を推定することで、非常時に通信サービスを予め定められた一定の時間継続可能な直流電源システムを検討した。従来は太陽光発電装置と蓄電池とを備えた通信設備において、非常電源としては蓄電池のみが考慮されていたため、太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池へ充電するために、蓄電池においてSOCが所定の充電率（非常用SOC）を下回ったときに放電することは困難であった。しかし、直流電源システムにより、非常時にも蓄電池に代わって太陽光発電装置の発電電力を通信装置に供給できることを考えると、太陽光発電装置の推定余剰電力を上回らない範囲で、太陽光発電装置の余剰電力が発生する時刻（図２参照：余剰電力発生時刻T₀）に蓄電池を放電し終えることで、非常用バックアップ分以外に十分な容量が確保できない蓄電池であっても、従来廃棄していた太陽光発電装置の発電電力を有効に活用しつつ、停電などの非常時にも太陽光発電装置のバックアップ効果により通信サービスを予め定められた一定の時間継続することが可能となる。

太陽光発電装置の余剰電力推定手法については、設置する地点の予測日射量など気象データを用いて既知の発電量の推定方法を用いて、時刻毎に算定し、通信負荷を上回る時間帯において、超過分を発生しうる余剰電力量とする。太陽光発電装置の余剰電力の発生する時間帯においても同様の方法で求められ、放電に要する時間については、通信装置の消費電力がおよそ一定であることを利用して、事前に算定し、放電開始時刻を定めることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る直流電源システム１０の概略構成を示す図である。直流電源システム１０は、商用電源６からの電力（外部電力）を利用可能に構成され、通信装置２０と太陽光発電装置３０と蓄電池４０と整流器５０とを含む。以下、個別の装置について概説する。

通信装置２０は、電力を受けて動作する負荷であって、無線基地局を含んで構成される。この負荷は、一般家庭またはオフィスのような負荷と比較して、特に、直流電力を消費する点及び消費電力の変動が小さくほぼ一定とみなせる点において相違する。

太陽光発電装置３０は、太陽光を受けてその日射量に応じた大きさの直流電力を発生する発電装置であって、ソーラーパネルなどを含んで構成される。直流電源システム１０において、太陽光発電装置３０は、通信装置２０に供給するための電力を発生する。太陽光発電装置３０は、日射量に応じた大きさの直流電力を発生する。太陽光発電装置の出力電圧（太陽光発電装置出力電圧Ｖｐｖ）は、一定電圧（例えば５５Ｖ）に設定されている。

蓄電池４０は、直流電源システム１０において、太陽光発電装置３０が発生した電力のうち通信装置２０で消費されない電力（余剰電力）を充電する。また、蓄電池４０は、放電によって通信装置２０に電力を供給する。蓄電池４０は、例えばリチウムイオン電池により構成される。

電力線ＰＬは、通信装置２０と、太陽光発電装置３０と、蓄電池４０と、整流器５０とを電気的に接続するバスラインである。バス電圧は、通信装置２０の定格電圧（例えば５７Ｖ）を超えない電圧（例えば４８Ｖ）となるように制御される。電力線ＰＬは、電力線ＰＬ１と、電力線ＰＬ２とを含む。電力線ＰＬ１は、通信装置２０及び太陽光発電装置３０と、後述の整流器５０の端子Ｔｂとを接続する部分である。電力線ＰＬ２は、蓄電池４０と、後述の整流器５０の端子Ｔｃとを接続する部分である。なお、端子Ｔｂ、通信装置２０及び太陽光発電装置３０の接続点が、ノードＮ１として図示される。

整流器５０は、交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換装置である。直流電源システム１０において、整流器５０は、通信装置２０及び蓄電池４０に電気的に接続され、商用電源６（外部電源）からの交流電力を直流電力に変換し、通信装置２０及び蓄電池４０に向かって出力する。整流器５０は、端子Ｔａ〜Ｔｃと、整流部５１と、制御部５３と、電流センサ５６ａ、５６ｂと、電流検出部５６と、電圧センサ５７ａと、電圧検出部５７と、リレーＲＬとを含む。

端子Ｔａは、交流電力が入力される入力端子であり、商用電源６に接続される。端子Ｔｂは、直流電力が入力されまたは直流電力を出力する入出力端子であり、通信装置２０及び太陽光発電装置３０に接続される。端子Ｔｃも、端子Ｔｂと同様に、入出力端子であり、蓄電池４０に接続される。これにより、通信装置２０と、太陽光発電装置３０と、蓄電池４０とは、電力線ＰＬ、端子Ｔｂ,Ｔｃ及びリレーＲＬを介して電気的に接続される。なお、リレーＲＬは、蓄電池４０の過充電を防止する等のために開状態とされるものであって、通常は閉状態（導通状態）とされる。なお、後述する制御動作において蓄電池４０への充電を停止する場合に、リレーＲＬを開状態とすることで蓄電池４０への充電を停止してもよい。

整流部５１は、端子Ｔａに入力された交流電力を直流電力に変換する。整流部５１は、例えば、整流回路及び電圧変換回路（昇圧回路または降圧回路）などを組み合わせて構成される。整流部５１から出力される直流電力の電圧は、整流器５０の出力電圧（整流器出力電圧Ｖｒｃ）であり、整流部５１を構成する回路を制御することによって調節可能である。

制御部５３は、整流器５０に含まれる要素、とくに整流部５１を制御することによって直流電源システム１０を制御する。制御部５３による整流部５１の制御は、例えば制御信号を用いて行われる。

制御部５３は、直流電源システム１０を制御する部分であり、特に、制御部５３は蓄電池４０の充電及び放電を制御する。蓄電池４０の充電及び放電は、整流部５１を制御して整流器出力電圧Ｖｒｃを調節することによって行われる。整流器出力電圧Ｖｒｃを調節することによって、制御部５３は、蓄電池４０を強制的に充電し、あるいは、強制的に放電させることができる。また、制御部５３は、整流器出力電圧Ｖｒｃを調節することによって、蓄電池４０の充電電流値及び放電電流値を制御することもできる。なお、制御部５３は、上記のような制御に必要な種々の情報（例えば後述の充電期間終了時刻T₂等）を記憶している。

電流検出部５６は、例えば、電流センサ５６ａを用いて、整流部５１とノードＮ２との間を流れる電流を検出する。ノードＮ２は、整流部５１、端子Ｔｂ及びリレーＲＬ（リレーＲＬが閉状態のときは端子Ｔｃ）の接続ノードである。また、電流検出部５６は、電流センサ５６ｂを用いて、ノードＮ２と端子Ｔｂとの間を流れる電流を検出する。例えば、電流センサ５６ａと電流センサ５６ｂとを流れる電流の差分に基づいて、蓄電池４０が充電状態であるか放電状態であるかの判断、及び蓄電池４０の充放電電流の測定などが行われてもよい。

電圧検出部５７は、整流部５１と端子Ｔｂとの間の電圧を、電圧センサ５７ａを用いて検出する。この電圧は、例えば電力線ＰＬの電圧であり、バス電圧でもある。例えば、バス電圧に基づいて、蓄電池４０のＳＯＣが検出されてもよく、さらに電流検出部５６による蓄電池４０の充放電電流の測定値を考慮して蓄電池４０のＳＯＣが検出されてもよい。あるいは、蓄電池４０の充放電履歴に基づいて蓄電池４０のＳＯＣが検出されてもよい。

以下、図３を用いて制御部５３の機能ブロック構成について説明する。図３に示すように、制御部５３は、余剰充電量管理部１１と、放電開始時刻計算部１２と、充放電決定部１３と、時刻管理部１４と、充電判断部１５と、を含んで構成される。

次に、制御部５３の各部の概要を説明する。余剰充電量管理部１１は、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T₀（図２参照）を導出し、それらを放電開始時刻計算部１２に通知する。なお、余剰充電量管理部１１による余剰電力量及び余剰電力発生時刻の導出は、予め算出し記憶していたものを読み出してもよいし、算出してもよい。これらの算出方法は公知の手法を用いても良い。放電開始時刻計算部１２は、後述の計算式から放電開始時刻T₁（図２参照）を求める。時刻管理部１４は、現在の時刻情報Tを管理する。充電判断部１５は、所定の時刻（例えば図２の充電期間終了時刻T₂等）に、電池からの情報である現在のSOCが非常用SOC₀を上回っているか否かを判断し、判断結果を充放電決定部１３へ出力する。ここでの判断結果は例えば０又は１により表されるフラグであってもよい。なお、上記の「充電期間終了時刻T₂」（図２参照）は、余剰電力が発生しなくなる時刻を余剰充電量管理部１１の情報をもとに予め定めた時刻であり、例えば充電判断部１５により予め記憶されている。充放電決定部１３は、充電判断部１５による判断結果に応じて蓄電池４０の放電又は充電の制御を行う。その詳細は、図５を用いて詳述する。

ここで、図４を参照して、制御部５３のハードウェア構成の一例について説明する。図４に示されるように、制御部５３は、物理的には、１つまたは複数のＣＰＵ（Central Processing unit）５３Ａ、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）５３Ｂ及びＲＯＭ（Read Only Memory)５３Ｃ、データ送受信デバイスである通信モジュール５３Ｄ、半導体メモリなどの補助記憶装置５３Ｅ、操作盤（操作ボタンを含む）やタッチパネルなどのユーザの入力を受け付ける入力装置５３Ｆ、ディスプレイなどの出力装置５３Ｇなどのハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。制御部５３の機能は、例えば、ＣＰＵ５３Ａ、ＲＡＭ５３Ｂなどのハードウェア上に１つまたは複数の所定のコンピュータソフトウェア（プログラム）を読み込ませることにより、ＣＰＵ５３Ａの制御のもとで通信モジュール５３Ｄ、入力装置５３Ｆ、出力装置５３Ｇを動作させるとともに、ＲＡＭ５３Ｂ、ＲＯＭ５３Ｃ及び補助記憶装置５３Ｅにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現することができる。

次に、制御部５３によって実行される制御処理について、図５を参照して説明する。図５は制御部５３によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。

余剰充電量管理部１１は、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T₀を放電開始時刻T₁よりも前に導出し（ステップＳ１）、放電開始時刻計算部１２に通知する。

放電開始時刻計算部１２は、通知された余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T₀、電池の満充電容量FCC、電流検出部５６により検出された電流値I、電圧検出部５７により検出された電圧値V、並びに、蓄電池４０からの情報である現在の電池残量Qを、一例として以下の所定の計算式（１）に代入することで放電開始時刻T₁を求める（ステップＳ２）。ここで求めた放電開始時刻T₁、及び上記の余剰電力発生時刻T₀は充放電決定部１３へ通知される。
T₁＝T₀＋（FCC−Q−P）／IV （１）

その後、時刻管理部１４から通知される現在時刻Tが放電開始時刻T₁になると（ステップＳ３でＹＥＳ判定）、充放電決定部１３は、整流器５０の整流部５１に整流器電圧を蓄電池４０の電圧より十分に低いV_Dに下げるよう指令する（ステップＳ４）。これにより、蓄電池４０からの放電を行う。

その後、時刻管理部１４から通知される現在時刻Tが余剰電力発生時刻T₀になると（ステップＳ５でＹＥＳ判定）、充放電決定部１３は、整流器５０の整流部５１に整流器電圧を蓄電池４０の電圧相当のV_Nに上げるよう指令する（ステップＳ６）。これにより、太陽光発電装置の出力電圧が整流器や蓄電池電圧に比べて十分高いことを利用して、太陽光発電装置３０の余剰電力が蓄電池４０に充電開始される。このような充電は、時刻管理部１４から通知される現在時刻Tが充電期間終了時刻T₂になるまで（ステップＳ７でＹＥＳ判定となるまで）、継続される（図２参照）。

そして、時刻管理部１４から通知される現在時刻Tが充電期間終了時刻T₂になると（ステップＳ７でＹＥＳ判定）、充電判断部１５は、蓄電池４０からの情報である現在のSOCが非常用SOC₀を上回っているか否かを判断し（ステップＳ８）、判断結果（例えばＹＥＳ又はＮＯを示すフラグ）を充放電決定部１３へ出力する。

ステップＳ８で、現在のSOCが非常用SOC₀を上回っていない場合（ステップＳ８でＮＯ判定）、その旨の判断結果を受信した充放電決定部１３は、停電時に予め定められた一定の時間通信サービスを継続することが困難な可能性あるため、整流器５０の整流部５１に、整流器電圧を蓄電池４０の電圧より十分に高いV_Uに上げるよう指令する（ステップＳ９）。これにより、太陽光発電装置３０の余剰電力が蓄電池４０にさらに充電される。

その後、SOCがSOC₀を上回ると（ステップＳ１０でＹＥＳ判定）、その旨の判断結果を受信した充放電決定部１３は、整流器５０の整流部５１に、整流器電圧を蓄電池４０の電圧相当のV_Nに下げるよう指令して（ステップＳ１１）、処理を終了する。

なお、ステップＳ８でＹＥＳ判定の場合、即ち、現在のSOCが非常用SOC₀を上回っている場合は、蓄電池４０への更なる充電は不要なので、処理を終了する。以後は、翌日の放電指令に備えて待機状態とされる。

ここで数値例を挙げて図５の処理概要を述べると、例えば、太陽光発電装置の出力電圧を55V、太陽光発電装置の余剰電力量を100Wh、電池の満充電容量を200Wh、電池残量を150Wh、電流センサが取得する電流値を0.5A、電圧センサが取得する電圧値を50V、余剰電力発生時刻を8:00、充電期間終了時刻を16:00とすると、放電開始時刻は6:00と求められる。現在時刻が放電開始時刻6:00になると整流器電圧は電池電圧よりも十分に低い41Vに設定され、蓄電池は放電を開始する。その後、余剰電力発生時刻になると、整流器電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定され、充電期間終了時刻までの間、維持される。その後、充電期間終了時刻になったとき、もし当該時点の蓄電池のSOCが30%で、非常用SOCの40%を上回らなかったとすると、整流器電圧は電池電圧よりも十分に高い54Vに設定され、電池のSOCが非常用SOCの40%を上回るまで、蓄電池は充電される。このような蓄電池の充電が完了すると、電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定され、その後、翌日の放電指令に備えて待機状態とされる。

以上説明した第１実施形態によれば、太陽光発電装置の発電電力をバックアップ電源として活用することで、比較的容量の小さい電池でも、非常用電源を確保しつつ発電電力を最大限に活用することができる。具体的には、充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていなければ、整流器電圧が蓄電池電圧よりも高い値に設定されて太陽光発電装置の余剰電力が蓄電池に充電されるため、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。その後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への余剰電力の充電を停止する。このように蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、蓄電池への充電を円滑に停止することができる。また、基準SOCとして、外部電力の供給が停止した非常時の非常用電源として蓄電池が確保すべき充電率を採用したことで、停電など災害対策に配慮しながら、比較的容量の小さい電池であっても、非常用電源を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を最大限に活用できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、図１の直流電源システムの構成は第１実施形態と同様であり、制御部の機能ブロック構成及び制御部による制御処理内容が第１実施形態とは異なるため、以下、これらの点について説明する。

図６には、第２実施形態の制御部５３Ｓの機能ブロック構成を示す。図６に示すように、制御部５３Ｓは、時間毎余剰充電量管理部２１と、放電開始時刻計算部２２と、充放電決定部２３と、時刻管理部２４と、電池残量管理部２５と、を含んで構成される。

次に、制御部５３Ｓの各部の概要を説明する。時間毎余剰充電量管理部２１は、余剰電力量P、余剰電力発生時刻T₀を導出するとともに、余剰電力発生時刻T₀から充電期間終了時刻T₂までの期間をn等分した時間枠それぞれについて該時間枠の終了時刻までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量P₁、P₂、…、P_nを導出する。また、時間毎余剰充電量管理部２１は、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T₀を放電開始時刻計算部２２に通知するとともに、時間毎余剰電力推定量P₁、P₂、…、P_nを電池残量管理部２５に通知する。なお、時間毎余剰充電量管理部２１による導出は、予め算出し記憶していたものを読み出してもよいし、算出してもよい。これらの算出方法は公知の手法を用いても良い。

放電開始時刻計算部２２は、第１実施形態と同様の計算式から放電開始時刻T₁を求める。時刻管理部２４は、現在の時刻情報Tを管理する。電池残量管理部２５は、所定の時刻（例えば余剰電力発生時刻T₀から充電期間終了時刻T₂までの期間をn等分した時間枠それぞれの終了時刻等）に、該当時刻までの余剰電力充電量である時間毎余剰充電実績量P’_kを検出して時間毎余剰充電実績量P’_kが時間毎余剰電力推定量P_kを上回っているか否かを判断し、判断結果を充放電決定部２３へ出力する。ここでの判断結果は例えば０又は１により表されるフラグであってもよい。なお、上記の「充電期間終了時刻T₂」は、余剰電力が発生しなくなる時刻を時間毎余剰充電量管理部２１の情報をもとに予め定めた時刻であり、例えば電池残量管理部２５及び時間毎余剰充電量管理部２１により予め記憶されている。充放電決定部２３は、電池残量管理部２５による判断結果に応じて蓄電池４０の放電又は充電の制御を行う。その詳細は、以下、図７を用いて詳述する。

次に、制御部５３Ｓによって実行される制御処理について、図７を参照して説明する。図７は制御部５３Ｓによって実行される処理の一例を示すフローチャートである。

まず、初期設定処理として処理回数カウンタkが１に初期設定される（ステップＳ２１）。時間毎余剰充電量管理部２１は、余剰電力量P、余剰電力発生時刻T₀、余剰電力発生時刻T₀から充電期間終了時刻T₂までの期間をn等分した時間枠それぞれについて該時間枠の終了時刻までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量P₁、P₂、…、P_nを導出し（ステップＳ２２）、余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T₀を放電開始時刻計算部２２に通知するとともに、時間毎余剰電力推定量P₁、P₂、…、P_nを電池残量管理部２５に通知する。

放電開始時刻計算部２２は、通知された余剰電力量P及び余剰電力発生時刻T₀、電池の満充電容量FCC、電流検出部５６により検出された電流値I、電圧検出部５７により検出された電圧値V、並びに、蓄電池４０からの情報である現在の電池残量Qを、一例として第１実施形態と同様の以下の計算式（１）に代入することで放電開始時刻T₁を求める（ステップＳ２３）。ここで求めた放電開始時刻T₁、及び余剰電力発生時刻T₀は充放電決定部２３へ通知される。
T₁＝T₀＋（FCC−Q−P）／IV （１）

その後、時刻管理部２４から通知される現在時刻Tが放電開始時刻T₁になると（ステップＳ２４でＹＥＳ判定）、充放電決定部２３は、整流器５０の整流部５１に整流器電圧を蓄電池４０の電圧より十分に低いV_Dに下げるよう指令する（ステップＳ２５）。これにより、蓄電池４０からの放電を行う。

その後、時刻管理部２４から通知される現在時刻Tが余剰電力発生時刻T₀になると（ステップＳ２６でＹＥＳ判定）、充放電決定部２３は、整流器５０の整流部５１に整流器電圧を蓄電池４０の電圧相当のV_Nに上げるよう指令する（ステップＳ２７）。これにより、太陽光発電装置の出力電圧が整流器や蓄電池電圧に比べて十分高いことを利用して、太陽光発電装置３０の余剰電力が蓄電池４０に充電開始される。

その後、余剰電力発生時刻T₀から充電期間終了時刻T₂までの期間をn等分した時間枠のうちk番目（最初は１番目）の時間枠の終了時刻に、電池残量管理部２５は、その時点までの余剰電力充電量である時間毎余剰充電実績量P’_kを検出して時間毎余剰充電実績量P’_kが時間毎余剰電力推定量P_kを上回っているか否かを判断し（ステップＳ２８）、判断結果を充放電決定部２３へ出力する。

ここで、時間毎余剰充電実績量P’_kが時間毎余剰電力推定量P_kを上回っていない場合（ステップＳ２８でＮＯ判定）、その旨の判断結果を受信した充放電決定部２３は、停電時に通信サービスを予め定められた一定の時間継続することが困難である可能性があるため、整流器５０の整流部５１に、整流器電圧を蓄電池４０の電圧より十分に高いV_Uに上げるよう指令する（ステップＳ２９）。これにより、太陽光発電装置３０の余剰電力が蓄電池４０にさらに充電される。

その後、その時点までの時間毎余剰充電実績量P’_kが時間毎余剰電力推定量P_kを上回ると（ステップＳ３０でＹＥＳ判定）、その旨の判断結果を受信した充放電決定部２３は、整流器５０の整流部５１に、整流器電圧を蓄電池４０の電圧相当のV_Nに下げるよう指令する（ステップＳ３１）。これにより、蓄電池への充電は停止される。

そして、ステップＳ２８でＹＥＳ判定された後、当該時間枠（最初の時間枠）の終了時刻は既に経過しているため（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ３３へ進み、処理回数カウンタkがnに等しい（即ち、n等分した時間枠すべてについて処理を終えた）か否かが判断される。

処理回数カウンタkがnに等しくない（即ち、n等分した時間枠すべてについては未だ処理を終えていない）場合は、処理回数カウンタkが１つカウントアップされ（ステップＳ３４）、その後、ステップＳ２８へ戻り、上記n等分した時間枠におけるk番目の時間枠（即ち、次の時間枠）について処理が実行される。以後、上記n等分した時間枠それぞれについて処理が繰り返し実行される。

そして、上記n等分した時間枠における最後のn番目の時間枠について処理が実行完了すると、ステップＳ３３で処理回数カウンタkがnに等しいと判断され、図７の処理を終了する。以後は、翌日の放電指令に備えて待機状態とされる。

ここで数値例を挙げて図７の処理概要を述べると、例えば、太陽光発電装置の出力電圧を55V、太陽光発電装置の余剰電力量を100Wh、電池の満充電容量を200Wh、電池残量を150Wh、n等分（ここでは一例として「４等分」）した場合の時間毎余剰電力推定量につきP₁＝10Wh、P₂＝50Wh、P₃＝90Wh、P₄＝100Wh、電流センサが取得する電流値を0.5A、電圧センサが取得する電圧値を50V、余剰電力発生時刻を8:00、充電期間終了時刻を16:00とすると、放電開始時刻は6:00と求められる。なお、余剰電力発生時刻T₀から充電期間終了時刻T₂までの期間をn等分（４等分）した時間枠は、8:00〜10:00、10:00〜12:00、12:00〜14:00、14:00〜16:00の４つの時間枠となる。

現在時刻が放電開始時刻6:00になると、整流器電圧は電池電圧よりも十分に低い41Vに設定され、蓄電池は放電を開始する。その後、余剰電力発生時刻になると、整流器電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定される。

そして、上記時間枠のうち最初の時間枠の終了時刻（10:00）になると、時間毎余剰充電実績量P’_kが時間毎余剰電力推定量P_kを上回っているか否かが判断されるが、ここで例えば時間毎余剰充電実績量P’₁が11Whの場合、時間毎余剰充電実績量P’₁は該当時点の時間毎余剰電力推定量P₁＝10Whを上回っているため、現在の状態が継続される。

その後、上記時間枠のうち次の時間枠の終了時刻（12:00）になり、その時点での時間毎余剰充電実績量P’₂が49Whである場合には、時間毎余剰充電実績量P’₂は該当時点の時間毎余剰電力推定量P₂＝50Whを上回っていないため、整流器電圧は電池電圧よりも十分に高い54Vに設定されることで、蓄電池４０には、時間毎余剰充電実績量P’₂と時間毎余剰電力推定量P₂との差分である1Whより多くの直流電力が充電される。そして、電池の充電が完了すると、整流器電圧は蓄電池電圧と同程度になるように設定され、蓄電池への充電は停止される。

以上のような制御は、上記時間枠のうち最後の時間枠まで繰り返し行われる。なお、図７の処理では、ステップＳ３２の時刻判断よりも先にステップＳ２８の判断が実行されるため、最後の時間枠の終了時刻（16:00）になったときも、先にステップＳ２８の判断が実行され、その判断結果に応じてステップＳ２９〜Ｓ３１の処理が実行される。

以上のような第２実施形態により、時間毎余剰電力推定量と時間毎余剰充電実績量との間に大きな乖離があった場合でも、蓄電池の容量を特に増やすことなく、太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することができる。即ち、比較的容量の小さい電池であっても、太陽光発電装置の発電電力を活用した非常用電源を確保しつつ発電電力を最大限に活用することができる。

［変形例について］
続いて、本発明に係る変形例について説明する。上記の実施形態は蓄電池の充放電制御に関して述べたものであったが、無線基地局に蓄電池の充放電制御装置が設けられている場合には、整流器電圧の制御ではなく、蓄電池の充放電制御により充電、放電及び待機を実施しても良い。

また、上記の実施形態は，整流器の内部に，制御部、電流センサ及び電圧センサを備えるものであったが、制御部、電流センサ及び電圧センサは整流器の外部に設置しても良い。

また、上記の実施形態は、無線基地局に直流電力を供給する直流電源システムにおいて太陽光発電装置の余剰電力を有効活用するというものであったが、電力供給の対象（負荷）としては無線基地局に限定しなくても良い。

６…商用電源、１０…直流電源システム、１１…余剰充電量管理部、１２、２２…放電開始時刻計算部、１３、２３…充放電決定部（充電制御部）、１４、２４…時刻管理部、１５…充電判断部（判断部）、２０…通信装置（電力消費対象）、２１…時間毎余剰充電量管理部、２５…電池残量管理部（判断部）、３０…太陽光発電装置、４０…蓄電池、５０…整流器、５１…整流部、５３、５３Ｓ…制御部、５３Ａ…ＣＰＵ、５３Ｂ…ＲＡＭ、５３Ｃ…ＲＯＭ、５３Ｄ…通信モジュール、５３Ｅ…補助記憶装置、５３Ｆ…入力装置、５３Ｇ…出力装置、５６…電流検出部、５６ａ、５６ｂ…電流センサ、５７…電圧検出部、５７ａ…電圧センサ。

Claims (5)

1. 太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、
   前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間において前記太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、当該充電期間の終了時点での蓄電池のSOCが予め定められた基準SOCを上回っているか否かを判断する判断部と、
   前記判断部により蓄電池のSOCが基準SOCを上回っていないと判断された場合、前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する充電制御部と、
   を備える直流電源システム。
2. 前記充電制御部は、
   前記整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、蓄電池のSOCが基準SOCを上回ったとき、前記整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への前記余剰電力の充電を停止する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の直流電源システム。
3. 前記基準SOCは、外部電力の供給が停止した非常時の非常用電源として蓄電池が確保すべき充電率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流電源システム。
4. 太陽光を受けることにより発電を行う太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置からの電力供給を受けて蓄電する蓄電池と、所定の整流器により電圧調整された外部電力、前記太陽光発電装置からの電力、または前記蓄電池からの電力、の供給を受ける電力消費対象と、を含んだ直流電源システムであって、
   前記蓄電池から前記電力消費対象への放電後の所定の充電期間をｎ等分（ｎは２以上の整数）した時間枠それぞれの終了時点までに発生が予想される時間毎余剰電力推定量を予め求めておき、前記時間枠それぞれの終了時点までに発生した時間毎余剰充電実績量を検出して時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っているか否かを判断する判断部と、
   前記判断部により時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回っていないと判断された場合に前記整流器による電圧調整で用いられる整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電する制御を、前記時間枠それぞれについて実行する充電制御部と、
   を備える直流電源システム。
5. 前記充電制御部は、
   前記整流器電圧を蓄電池電圧よりも高い値に設定することで太陽光発電装置の余剰電力を蓄電池に充電した後、時間毎余剰充電実績量が時間毎余剰電力推定量を上回ったとき、前記整流器電圧を蓄電池電圧と同程度になるよう設定することで蓄電池への前記余剰電力の充電を停止する制御を、前記時間枠それぞれについて実行する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の直流電源システム。

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