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JP7489052B2 - エネルギー貯蔵システム - Google Patents

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Description

本発明はエネルギー貯蔵システムに係り、特に家庭に引入される系統電源である商用交流電源が停電後、復電時にエネルギー貯蔵システムが損傷されることを防いで、負荷に絶え間なく安定的に商用交流電源による系統の交流電力及びバッテリーに蓄積されたエネルギーによって発生されたバッテリー交流電力を供給することができ、入出力ポートを通じて商用交流電源がバッテリー充電のための交流／直流変換部に供給され、同時にバッテリーに充電された電力を入出力ポートを通じて負荷に供給されるようにして商用交流電源が供給される供給端子であるコンセントにエネルギー貯蔵システムの電源プラグを接続させて使用するので、設置する際に分電箱の工事が必要なく、設置し易いエネルギー貯蔵システムに関する。
エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）はエネルギーを保存する一種のバッテリーとして、スマートグリッドと連係されて太陽光、風力など新再生エネルギー源で生産された電力を保存したり、電気代が安い時間帯に外部系統電力から電力の供給を受けて保存して電力消費が高い時間帯に保存された電力を放電することで、電力供給者の立場では電力運営の効率性を高め、消費者の立場では安い電気代で利用することができるように寄与する装置である。
特に、電力需要量超過による大規模停電事態が発生した経験に基づいて電力量不足による循環停電に対する危険性が増加し、夜間のような軽負荷時に遊休電力を保存して昼間のような最大負荷の時や電力不足時に使用することで、負荷平準化（Ｌｏａｄ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ）を通じた最大負荷を分散することができるようにエネルギー貯蔵システムに対する必要性が高くなっている。
家庭でも系統交流電力である商用交流電源とともに、電力不足や停電時のためにこのようなエネルギー貯蔵システムを利用している。
家庭で利用するエネルギー貯蔵システムと係る先行技術では、韓国登録特許
第１０-１６１６９８２号公報「家庭用スマートエネルギー貯蔵システム」（公告日：２０１６年０４月２９日）が開示されている。
前記先行技術である家庭用スマートエネルギー貯蔵システムは、商用交流電源による系統電力が正常に供給されたり、停電によって商用交流電源が遮断された場合には負荷に安定的に電源が供給されるが、商用交流電源が停電後復電される時、商用交流電源とバッテリーに保存されたエネルギーを放電させて発生する交流電源とは信号同期が一致しない場合が発生し、これによってエネルギー貯蔵システムが損傷される問題点を持っている。
また、前記先行技術は、商用交流電源の引入端はバッテリー充電のための交流／直流変換部の入力部に接続しなければならず、バッテリーに充電された電力を交流電圧に変換させる直流／交流変換部の出力ポートは負荷端子に接続しなければならないが、負荷端子は家庭内に用意された分電箱に設置しなければならないので、系統交流電源にエネルギー貯蔵システムを装着するために分電箱設置工事が要求されるので、設置が容易ではない問題点を持っている。
本発明の目的は家庭に引入される系統電源である商用交流電源が停電後、復電時にエネルギー貯蔵システムが損傷されることを防いで負荷に絶え間なく安定的に商用交流電源による系統の交流電力及びバッテリーに蓄積されたエネルギーによって発生されたバッテリー交流電力を供給することができ、入出力ポートを通じて商用交流電源がバッテリー充電のための交流／直流変換部に供給され、同時にバッテリーに充電された電力を入出力ポートを通じて負荷に供給されるようにし、商用交流電源が供給される供給端子であるコンセントにエネルギー貯蔵システムの電源プラグを接続させて使用するので、設置の際に分電箱の工事が必要なく、設置し易いエネルギー貯蔵システムを提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明のエネルギー貯蔵システムは、系統電源である商用交流電源を入出力端子に入力を受けて商用交流電源を直流電源に変換する交流／直流変換部；前記交流／直流変換部で出力される直流電源を充電するバッテリー；前記バッテリーに充電された直流電源を昇圧させて昇圧直流電圧を出力する昇圧部；前記昇圧直流電圧を交流電源に変換してバッテリー交流電力を前記入出力端子を通じて負荷に供給する直流／交流変換部；前記バッテリーが充電が行われるように前記交流／直流変換部の駆動を制御し、前記バッテリー交流電力を前記負荷に供給されるように前記直流／交流変換部の駆動を制御する電力制御部；一端子が前記商用交流電源が供給される供給端子に接続されたインダクター；一端子が前記インダクターの他の端子と接続されて、他の端子が前記入出力端子に接続されたスイッチング部；前記インダクターに流れるインダクター電流と使用者によって決まる復電制限電流を比べる電流判断部；及び前記電流判断部で前記インダクター電流が前記復電制限電流より小さければ活性化されたスイッチング制御信号を出力して前記スイッチング部をオンにし、前記インダクター電流が前記復電制限電流と同一であれば非活性化されたスイッチング制御信号を出力して前記スイッチング部をオフにし、前記スイッチング制御信号が非活性化された以後、使用者によって決まる基準時間が経過されれば前記スイッチング制御信号を活性化させて前記スイッチング部をオンさせるスイッチング制御部を備えたことを特徴とする。
本発明のエネルギー貯蔵システムは、家庭に引入される系統電源である商用交流電源が停電後復電の際にエネルギー貯蔵システムが損傷されることを防いで負荷に絶え間なく安定的に商用交流電源による系統交流電力及びバッテリーに蓄積されたエネルギーによって発生されたバッテリー交流電力を供給することができ、入出力ポートを通じて商用交流電源がバッテリー充電のための交流／直流変換部に供給されると同時に、バッテリーに充電された電力を入出力ポートを通じて負荷に供給されるようにし、商用交流電源が供給される供給端子であるコンセントにエネルギー貯蔵システムの電源プラグを接続させて使用するので設置時の分電箱の工事が必要なく、簡便に設置することができる。
本発明のエネルギー貯蔵システムの構成図である。 本発明のエネルギー貯蔵システムの動作を説明するための商用交流電源インダクター電流、スイッチング制御信号及び負荷供給電源に対する波形図である。
以下、添付の図面を参照して本発明のエネルギー貯蔵システムを詳しく説明する。
図１に示されたように、本発明のエネルギー貯蔵システムは、系統電源である商用交流電源Ｖａｃを入出力端子ＩＯＰに入力を受けて商用交流電源を直流電源に変換する交流／直流変換部１０と、交流／直流変換部１０で出力される直流電源を充電するバッテリーＢと、バッテリーＢに充電された直流電源を昇圧させて昇圧直流電圧ＤＣを出力する昇圧部２０と、昇圧直流電圧ＤＣを交流電源に変換してバッテリー交流電力Ｂａｃを入出力端子ＩＯＰを通じて負荷７０に供給する直流／交流変換部３０と、バッテリーＢが充電されるように交流／直流変換部１０の駆動を制御し、バッテリー交流電力Ｂａｃを負荷７０に供給されるように直流／交流変換部３０の駆動を制御する電力制御部４０と、一端子が商用交流電源Ｖａｃが供給される供給端子ＡＣＰに接続されたインダクターＬと、一端子がインダクターＬの他の端子と接続され、他の端子が入出力端子ＩＯＰに接続されたスイッチング部ＳＷと、インダクターＬに流れるインダクター電流ＩＬと使用者によって決まる復電制限電流Ｉｒｅｆを比べる電流判断部５０と、電流判断部５０でインダクター電流ＩＬが復電制限電流Ｉｒｅｆより小さければ活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力してスイッチング部ＳＷをオンにし、インダクター電流ＩＬが復電制限電流Ｉｒｅｆと同一であれば非活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力してスイッチング部ＳＷをオフにし、スイッチング制御信号ＳＷＣが非活性化された以後、使用者によって決まる基準時間Ｔｒｅｆが経過されればスイッチング制御信号ＳＷＣを活性化させてスイッチング部ＳＷをオンにするスイッチング制御部６０で構成される。
また、商用交流電源Ｖａｃが供給される供給端子ＡＣＰはコンセントに連結させ、インダクターＬの一端子には電源プラグを連結して電源プラグをコンセントに接続させる。
前記の構成による本発明のエネルギー貯蔵システムの動作は次のとおりである。
図１に示されたように、本発明の交流／直流変換部１０と、バッテリーＢと、昇圧部２０と、直流／交流変換部３０と、電力制御部４０とは、エネルギー貯蔵システムの一般的な構成である。
交流／直流変換部１０は系統電源である商用交流電源Ｖａｃが供給される供給端子ＡＣＰから入出力端子ＩＯＰを通じて商用交流電源Ｖａｃの入力を受けて商用交流電源ＶａｃをバッテリーＢの充電電圧に対応される直流電源に変換し、バッテリーＢには直流電源が充電される。
昇圧部２０はバッテリーＢに充電された直流電源を略４００Ｖ直流電圧で昇圧させて昇圧直流電圧ＤＣを出力する。
直流／交流変換部３０は昇圧直流電圧ＤＣを交流電源に変換してバッテリー交流電力Ｂａｃを入出力端子ＩＯＰを通じて負荷７０に供給する。
電力制御部４０はバッテリーＢが設定された充電状態になるように交流／直流変換部１０の駆動を制御し、バッテリーＢに蓄積されたエネルギーの放電条件になればバッテリー交流電力Ｂａｃを負荷７０に供給されるように直流／交流変換部３０の駆動を制御する。
放電条件は一日の中で最大負荷の時に利用できるように設定された昼間時間フレームや、停電時など多様に設定されることができる。
系統電源である商用交流電源Ｖａｃが正常に供給される場合、商用交流電源Ｖａｃによって負荷７０が駆動されるか、または放電条件の場合、負荷７０は商用交流電源Ｖａｃとバッテリー交流電力Ｂａｃによって駆動される。
商用交流電源Ｖａｃが正常に供給されている途中で停電が発生した場合、負荷７０はバッテリー交流電力Ｂａｃのみによって駆動される。
商用交流電源Ｖａｃが正常に供給されたり停電時に負荷に供給される最大電流は負荷が要求する必要電力／２２０Ｖであるため、家庭の場合通常負荷が要求する必要電力は最大７ＫＷを超過されないと仮定すれば、最大電流は７ＫＷ／２２０Ｖ＝３２Ａである。
図２に示されたように、使用者によって決まる復電制限電流Ｉｒｅｆを負荷に供給される最大電流より大きい値である４０Ａと設定すれば、商用交流電源ａｃが正常に供給されたり停電時には、電流判断部５０によってインダクターＬに流れるインダクター電流ＩＬと復電制限電流Ｉｒｅｆとを比べ、この時、インダクター電流ＩＬは常に復電制限電流Ｉｒｅｆより小さい値を持つようになるので、スイッチング制御部６０は活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力し、活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣによってスイッチング部ＳＷはオン状態にあるようになる。
したがって、商用交流電源ａｃが正常に供給されたり停電時には、スイッチング部ＳＷが継続的にオン状態にあるので、商用交流電源ａｃが正常に供給される場合には商用交流電源Ｖａｃによって負荷７０が駆動されるか、または放電条件の場合、負荷７０は商用交流電源Ｖａｃとバッテリー交流電力Ｂａｃによって駆動され、停電時にはバッテリー交流電力Ｂａｃは入出力端子ＩＯＰを通じて負荷７０に供給されて負荷７０は駆動される。
商用交流電源Ｖａｃが停電後に復電する時は入出力端子ＩＯＰを通じてバッテリー交流電力Ｂａｃも供給端子ＡＣＰに供給され、図２に示されたように、復電時に商用交流電源Ｖａｃとバッテリー交流電力Ｂａｃの位相差が１８０度である場合、すなわち、バッテリー交流電力Ｂａｃの交流電源は＋２２０Ｖで、商用交流電源Ｖａｃ－２２０Ｖであれば、インダクターＬによってインダクター電流ＩＬは大きくなって、電流判断部５０によってインダクター電流ＩＬが増加して復電制限電流Ｉｒｅｆと同一の値になれば、スイッチング制御部６０は非活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力し、非活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣによってスイッチング部ＳＷはオフされてインダクター電流ＩＬは０になる。
したがって、復電時にインダクターＬによってインダクター電流ＩＬが徐々に増加するようになって、インダクター電流ＩＬが復電制限電流Ｉｒｅｆと同一な値になればスイッチング部ＳＷがオフになって、スイッチング部ＳＷのオフによって供給端子ＡＣＰではバッテリー交流電力Ｂａｃが出力されることができないので、負荷７０には商用交流電源Ｖａｃのみ供給される。
したがって、復電時に商用交流電源Ｖａｃとバッテリー交流電力Ｂａｃの位相差によって発生するエネルギー貯蔵システムが損傷されることを防ぐことができ、負荷７０は商用交流電源Ｖａｃによって正常に駆動される。
スイッチング制御部６０は復電によってスイッチング制御信号ＳＷＣが非活性化された後、使用者によって決まる基準時間Ｔｒｅｆ、おおよそ３秒ぐらい経過されると活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力してスイッチング部ＳＷはオンになってエネルギー貯蔵システムは正常動作をする。
したがって、本発明は復電の際にも負荷７０に絶え間なく安定的に商用交流電源による系統の交流電力及びバッテリーに蓄積されたエネルギーによって発生されたバッテリー交流電力を供給することができる。
また、本発明のエネルギー貯蔵システムは入出力ポートＩＯＰを通じて商用交流電源Ｖａｃがバッテリー充電のための交流／直流変換部１０に供給されると同時に、バッテリーＢに充電されたバッテリー交流電力Ｂａｃを入出力ポートＩＯＰを通じて負荷に供給されるようにし、商用交流電源Ｖａｃが供給される供給端子ＡＣＰはコンセントを通じて接続され、エネルギー貯蔵システムの電源プラグをコンセントに接続させて電源プラグを通じて供給端子ＡＣＰとインダクターＬが接続されるようにしてエネルギー貯蔵システムを設置するために従来のように分電箱の工事が必要なく、簡便に設置することができる。
本発明はバッテリーに充電された電力を入出力ポートを通じて負荷に供給されるようにし、商用交流電源が供給される供給端子であるコンセントにエネルギー貯蔵システムの電源プラグを接続させて使用するので、設置時の分電箱の工事が必要なく、設置が容易である。

Claims (2)

  1. 系統電源である商用交流電源Ｖａｃを入出力端子ＩＯＰに入力を受けて商用交流電源を直流電源に変換する交流／直流変換部１０と、
    前記交流／直流変換部１０で出力される直流電源を充電するバッテリーＢと、
    前記バッテリーＢに充電された直流電源を昇圧させて昇圧直流電圧ＤＣを出力する昇圧部２０と、
    前記昇圧直流電圧ＤＣを交流電源に変換してバッテリー交流電力Ｂａｃを前記入出力端子ＩＯＰを通じて負荷７０に供給する直流／交流変換部３０と、
    前記バッテリーＢの充電が行われるように前記交流／直流変換部１０の駆動を制御し、前記バッテリー交流電力Ｂａｃを前記負荷７０に供給されるように前記直流／交流変換部３０の駆動を制御する電力制御部４０と、
    一端子が前記商用交流電源Ｖａｃが供給される供給端子ＡＣＰに接続されたインダクターＬと、
    一端子が前記インダクターＬの他の端子と接続され、他の端子が前記入出力端子ＩＯＰに接続されたスイッチング部ＳＷと、
    前記インダクターＬに流れるインダクター電流ＩＬと使用者によって決まる復電制限電流Ｉｒｅｆを比べる電流判断部５０と、
    前記電流判断部５０で前記インダクター電流ＩＬが前記復電制限電流Ｉｒｅｆより小さければ活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力して前記スイッチング部ＳＷをオンにし、前記インダクター電流ＩＬが前記復電制限電流Ｉｒｅｆと同一であれば、非活性化されたスイッチング制御信号ＳＷＣを出力して前記スイッチング部ＳＷをオフにし、前記スイッチング制御信号ＳＷＣが非活性化された後、使用者によって決まる基準時間Ｔｒｅｆが経過されれば前記スイッチング制御信号ＳＷＣを活性化させて前記スイッチング部ＳＷをオンにするスイッチング制御部６０、とを備えたことを特徴とする、エネルギー貯蔵システム。
  2. 前記商用交流電源Ｖａｃが供給される供給端子ＡＣＰはコンセントに接続させ、前記インダクターＬの一端子には電源プラグを接続して前記電源プラグを前記コンセントに接続させることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
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