JP2001204138A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 深夜電力を有効に利用して、使用負荷のピー
クの削減及び電気料金の削減を実現する電力供給装置を
提供する。 【解決手段】 本発明の電力供給装置は、時間帯別電力
２５を整流する整流回路３と、時間帯別電力２５を充電
する蓄電池１１と、電気料金が安い時間帯に整流回路３
からの直流電力を直流−直流変換して蓄電池１１に供給
し、電気料金が高い時間帯に蓄電池１１からの直流電力
を直流−交流変換して一般負荷群５−１〜５−ｎに供給
するインバータ５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電力供給装置に関
し、特に、深夜電力を有効に利用して使用負荷のピーク
の削減及び電気料金の削減を図る電力供給装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電力の有効利用が望まれており、特に深
夜電力の有効利用に関する技術が注目されている。本発
明に関連する公知技術として特許第２５５５０８３号公
報には、電力供給制御装置が開示されている。この電力
供給制御装置は、蓄電装置と、該蓄電装置を充電する充
電装置と、整流器、直流チョッパ及びＰＷＭ（Pulse W
idth Modulation）インバータを有する潮流分配装置
と、放電／充電制御を行う演算制御装置等から構成され
る。

【０００３】この電力供給制御装置において、潮流分配
装置は、整流器により交流電力から変換した直流電力を
チョッピングすることにより電力を制御した出力と、蓄
電装置等からの直流電力をチョッピングすることにより
電力を制御した信号とを結合し、この結合した電力を交
流に変換して負荷に供給している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公知技術では、潮
流分配装置と充電装置とが分離しているため、充電装置
は、割高な電気料金の時間帯の電力量を賄うため大きな
形状とならざるをえず、コストが高くなり不経済であ
る。また、潮流分配装置内では、整流器により交流電力
を直流電力に変換したものと蓄電装置の電力とを結合す
るために、一旦スイッチングを行い相互のパルス列を生
成して合成した後に、ＰＷＭインバータで交流に変換し
ているが、直流チョッパとＰＷＭインバータとによる２
回のスイッチングを行っており、スイッチングの過渡状
態で多く発生するスイッチングロスのために電力変換効
率が悪化する。本発明の目的は、深夜電力を有効に利用
して、使用負荷のピークの削減及び電気料金の削減を実
現する電力供給装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電力供給装置は、商用電力を整流する整流手
段と、前記商用電力を充電する蓄電手段と、電気料金が
安い時間帯に前記整流手段からの直流電力を直流−直流
変換して前記蓄電手段に供給し、電気料金が高い時間帯
に前記蓄電手段からの直流電力を直流−交流変換して負
荷に供給するインバータ手段と、を備えるものである。

【０００６】他の観点において本発明の電力供給装置
は、商用電力を整流する整流手段と、前記商用電力を充
電する蓄電手段と、電気料金が安い時間帯に前記整流手
段からの直流電力を直流−直流変換して前記蓄電手段に
供給し、電気料金が高い時間帯に前記整流手段からの直
流電力を直流−交流変換して負荷に供給する第１インバ
ータ手段と、前記蓄電手段からの直流電力を直流−交流
変換して負荷に供給する第２インバータ手段と、を備え
るものである。また、上記電力供給装置は、電気料金が
安い時間帯に前記商用電力を負荷に直接供給する通電路
を備えることで、上記整流手段及びインバータ手段にお
けるスイッチングロスを抑制して電力を供給することが
できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、本
発明の第１実施の形態による電力供給装置の構成を示す
ブロック図である。本電力供給装置は、整流回路３、イ
ンバータ５、フィルタ回路７、制御装置９、蓄電池１
１、非常用コンセント１３、一般負荷群１５−１〜１５
−ｎ（ｎは整数）、センサＤ１〜Ｄ３、開閉器ＳＷ１，
ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５−１〜５−ｎ及びＳＷ
６、通電路１９，２１及び２３から構成される。

【０００８】整流回路３は、開閉器ＳＷ１及びＳＷ６を
介して、交流電力である時間帯別電力２５を直流電力に
変換する。時間帯別電力２５とは、一定時間帯（通常２
３時から翌朝７時まで）の電気料金は非常に安価で、そ
れ以外の時間帯の電気料金は通常より若干割高となる契
約方法によるものである。開閉器ＳＷ６は、制御装置９
からの指示により、時間帯別電力２５を一般負荷群１５
−１〜１５−ｎに直接通電又は遮断が可能であり、開閉
器ＳＷ１は、制御装置９からの指示により、時間帯別電
力２５をインバータ５に通電又は遮断が可能である。

【０００９】インバータ５は、ＰＷＭ（Pulse Width
Modulation）インバータでありスイッチング素子（図３
参照）を有している。インバータ５は、電気料金が高い
時間帯には直流−交流変換器として機能し、電気料金が
割安な時間帯には直流−直流変換器として機能する。こ
れは、各スイッチング素子が制御装置９からのＰＷＭ駆
動信号１７に応じてＯＮ／ＯＦＦすることにより、蓄電
池１１又は整流回路３からの直流波形を有する電力を、
後述するＰＷＭ駆動信号１７（図６又は図７参照）の波
形を有する電力に変換することによる。

【００１０】フィルタ回路７は、インバータ５からの出
力信号における所定の周波数成分を除去して交流又は直
流波形を出力する（図６又は図７参照）。また、フィル
タ回路７から交流波形を有する電力が出力される場合に
は、センサＤ２により放電電力量が検出され、検出結果
が制御装置９に送出される。制御装置９は、電気料金が
割安な時間帯と電気料金が高い時間帯の各々に応じて、
上記ＰＷＭ駆動信号１７を発生することによりインバー
タ５を制御する。また、制御装置９は、制御装置９の内
部又は外部に設けられている計時手段（図示せず）から
の時刻情報、各センサＤ１〜Ｄ３からの各検出量等に基
づいて、開閉器ＳＷ１〜ＳＷ６の各々を制御する。

【００１１】蓄電池１１は、通電路２１によりフィルタ
回路７からの直流電力を充電する。この通電路２１は、
電気料金が割安な時間帯に一般負荷群１５−１〜１５−
ｎへの給電が遮断されるインバータ５の出力を蓄電池１
１に接続するものであり、制御装置９からの指示によ
り、通電又は遮断が可能な開閉器ＳＷ３と、蓄電池１１
の充電電流を検出するセンサＤ３とを有する。センサＤ
３の検出結果は、制御装置９に送出される。また、蓄電
池１１は、通電路２３によりインバータ５に放電する。
この通電路２３は、電気料金が割高な時間帯に蓄電池１
１の電力をインバータ５に接続するものであり、制御装
置９からの指示により、通電又は遮断が可能な開閉器Ｓ
Ｗ２を有する。

【００１２】通電路１９は、電気料金が割安な時間帯に
はインバータ５を介さずに、時間帯別電力２５又は後述
する深夜電力２９を直接一般負荷群１５−１〜１５−ｎ
の各々に通電可能とするものである。この通電路１９
は、上述した開閉器ＳＷ６と、一般負荷群１５−１〜ｎ
の消費電力量を検出するセンサＤ１と、時間帯別電力２
５と蓄電池１１の電力のいずれかを一般負荷群１５−１
〜１５−ｎの各々に供給する開閉器ＳＷ５−１〜ＳＷ５
−ｎとを有する。センサＤ１の検出結果は制御装置９に
送出される。

【００１３】つぎに、本実施の形態による電力供給装置
の動作を説明する。前提として停電時以外は開閉器ＳＷ
６は常時閉、開閉器ＳＷ４は常時開とする。はじめに、
電気料金が割安な時間帯には、開閉器ＳＷ５−１〜ＳＷ
５−ｎを時間帯別電力２５からの給電側に切替え、時間
帯別電力２５を通電路１９を介して一般負荷群１５−１
〜１５−ｎに直接給電する。また、開閉器ＳＷ２は開
き、開閉器ＳＷ３を閉じた上で開閉器ＳＷ１を閉じて、
整流回路３、インバータ５及びフィルタ回路７からなる
電源供給装置に時間帯別電力２５を給電する。

【００１４】整流回路３は、時間帯別電力２５を直流電
力に変換する。インバータ５は、整流回路３からの直流
電力から制御装置９からのＰＷＭ駆動信号１７に応じた
信号を出力する。フィルタ回路７は、インバータ５の出
力における所定の周波数成分を除去して適切な直流電力
に変換した上で通電路２１を介して蓄電池１１を充電す
る。つぎに、インバータ５及びフィルタ回路７の動作の
詳細を説明する。はじめに、説明の便宜上一般的に知ら
れているインバータ５の直流−交流変換から説明する。
これは、電気料金が高い時間帯の処理になる。

【００１５】図３は、インバータ５（ＰＷＭインバー
タ）の一般的な構成を例示する回路図である。図４は、
図３に示すインバータ５が有するスイッチング素子Ｑ１
〜Ｑ４に印加されるＰＷＭ駆動信号１７（ＯＮ／ＯＦＦ
で示す）を示す図、及び各状態１〜５に対応するインバ
ータ５の出力波形を示す図である。又、図５は、図３に
示すインバータ５の出力波形と、フィルタ回路７を通過
後の出力波形との関係を示す図である。

【００１６】図３に示すインバータ５において、整流回
路３からの直流入力が入力端子Ｐ，Ｎに入力される。４
つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々は、制御装置９
からのＰＷＭ駆動信号１７に応じて開閉し、直流入力を
パルス波である交流出力として出力端子Ｕ，Ｖより出力
する。例えば、図４に示すように時間軸上の状態１にお
いて、スイッチング素子Ｑ１が“ＯＮ”、Ｑ２が“ＯＦ
Ｆ”、Ｑ３が“ＯＦＦ”及びＱ４が“ＯＮ”となるＰＷ
Ｍ駆動信号１７が印加された場合には、図３に示す出力
端子Ｕ，Ｖ間に生じる出力波形は正のパルスとなる。同
様に状態２、状態３、状態４及び状態５の各々において
図４に示す信号が印加された場合には、出力波形はゼ
ロ、負、ゼロ及び正のパルスとなる。状態１から状態５
におけるスイッチングにより、１周期のパルス波（擬似
正弦波）が出力される。

【００１７】また、図４に示す状態１〜状態５における
スイッチング時間を変えることにより、図５に示すよう
な擬似正弦波を得ることができる。図５に示す擬似正弦
波は、この擬似正弦波の両端に近いところはパルス幅を
狭くし、中央部はパルス幅を広くするように、半サイク
ルの間に何回も同じ方向にスイッチング動作を行うこと
により作ることができる。この擬似正弦波の所定の高周
波数成分をフィルタ回路７により除去することにより、
点線により示される交流波形を作ることができる。

【００１８】以上の説明は、電気料金が高い時間帯にお
けるインバータ５の直流−交流変換である。つぎに、電
気料金が割安な時間帯におけるインバータ５の直流−直
流変換を説明する。この変換処理は、図４及び図５に示
す擬似正弦波における負のパルスを作らないように、図
３に示すインバータ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の
各々を制御することにより実現できる。この場合には、
制御装置９は、図４に示す状態１及び状態２に対応する
ＰＷＭ駆動信号１７を、パルス幅が変わるように発生す
ることになる。

【００１９】図７は、インバータ５が直流−直流変換器
として機能する場合の出力波形（ＰＷＭ駆動波形）と、
フィルタ回路７を通過後の波形とを示す図である。電気
料金が割安な時間帯には、蓄電池１１を充電する充電装
置としてインバータ５を機能させるために、パルス幅を
変化させ充電電圧を制御する。フィルタ回路７は、イン
バータ５の出力に含まれる所定の高周波数成分を除去し
て直流波形を出力する。制御装置９は、内蔵している検
出回路（図示せず）により、蓄電池１１の充電量とセン
サＤ３により検出される充電電流とを監視しており、満
充電されると開閉器ＳＷ１及びＳＷ３を開いてインバー
タの充電装置としての動作を停止する。その間も一般負
荷群１５−１〜１５−ｎには時間帯別電力２５の供給を
継続する。

【００２０】制御装置９に設けられている計時手段から
の時刻情報を基に、電気料金が割高な時間帯に入ると、
開閉器ＳＷ１及びＳＷ３は開いたまま開閉器ＳＷ２を閉
じて蓄電池１１の電力を電源供給装置内のインバータ５
に放電する。制御装置９は、上述の図３〜図５に示すＰ
ＷＭ駆動信号１７によりインバータ５を制御する。イン
バータ５は、ＰＷＭ駆動信号１７に応じて擬似正弦波
（図５参照）を出力する。フィルタ回路７は、インバー
タ５からの出力信号における所定の周波数成分を除去し
て交流波形を作成する。

【００２１】図６は、インバータ５が直流−交流変換器
として機能する場合の出力波形と、フィルタ回路７を通
過後の出力波形とを示す図である。上述のように、この
擬似正弦波は、両端に近いところはパルス幅を狭くし、
中央部はパルス幅を広くするように、半サイクルの間に
何回も同じ方向にスイッチング動作を行うことによりパ
ルス幅を変化させて作ることができる。

【００２２】フィルタ回路７からの交流電力は、開閉器
ＳＷ５−１〜５−ｎを介して一般負荷群１５−１〜１５
−ｎの各々に供給される。たとえば、制御装置９は、セ
ンサＤ１により検出される消費電力量を監視しながら一
般負荷群１５−１〜１５−ｎのうちのいずれかに対応す
る開閉器（例えばＳＷ５−１）をインバータ５の出力側
に切替え、更にセンサＤ２により検出される蓄電池１１
の放電電力量を監視しながら蓄電池１１の放電能力内で
順次開閉器ＳＷ５−２以降の開閉器をインバータ５の出
力側に切替えていく。

【００２３】蓄電池１１の電力を放電中も、制御装置９
は、センサＤ１からの時間帯別電力２５の消費電力量及
びセンサＤ２からの蓄電池１１の放電電力量を監視す
る。蓄電池１１の放電電力量が一定範囲を越えるか又は
少なすぎると判断した場合、開閉器ＳＷ５−１〜ＳＷ５
−ｎを適宜開閉して蓄電池１１からの放電電力量を制御
する。制御装置９は、蓄電池１１の蓄電量（通常は電池
電圧）を監視しており、電気料金が割高な時間帯に放電
が終了しそうな場合、開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎを全て
時間帯別電力２５側に切替えた上で開閉器ＳＷ２を開と
し、インバータ５の直流−交流変換動作を停止する。

【００２４】また、上記放電終了のまま、又は放電継続
中に電気料金が割安な時間帯に入ると開閉器ＳＷ５−１
〜ＳＷ５−ｎは時間帯別電力２５側、開閉器ＳＷ２は
開、開閉器ＳＷ１及びＳＷ３は閉にして蓄電池１１の充
電を開始する。以上により、電気料金の割安な時間帯の
間は時間帯別電力２５を直接一般負荷群１５−１〜１５
−ｎに供給することにより、インバータ５の変換ロス無
しに給電することが可能となり、総合的な効率が向上す
る。

【００２５】つぎに、時間帯別電力２５の系統と開閉器
ＳＷ６との間に設けているセンサ（図示せず。通常は交
流電圧を監視する）により停電を検出した場合について
説明する。制御装置９は、開閉器ＳＷ６を開として、シ
ステムを時間帯別電力２５の系統から分離する。つぎ
に、開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎを時間帯別電力２５側
（インバータ出力が給電されない側）にし、開閉器ＳＷ
１及びＳＷ３を開にし、開閉器ＳＷ２及びＳＷ４を閉に
して非常用コンセント１３にインバータ５（フィルタ回
路７）の出力を給電し、テレビ、ラジオ、照明等の機器
に電力供給する。また、時間帯別電力２５の系統と開閉
器ＳＷ６との間に設けているセンサにより停電からの復
旧を感知した場合には、制御装置９は各開閉器を操作し
て時間帯に応じて適した状態に自動的に復帰する。この
ような停電検出機能により、時間帯に関わらず、停電検
出後ブザー音等の音声警報又はランプの点滅等の視覚表
示、更にはその両方を装置に設け、停電検出後蓄電池１
１の電力をインバータ５で交流変換した電力を非常用コ
ンセント１３に供給することにより、非常時の電力供給
が可能となる。

【００２６】図２は、本実施の形態による電力供給装置
が停電時において機能を維持するための電源の構成を説
明する図である。通常時は、時間帯別電力２５等の商用
電源の電圧Ｖ１は、蓄電池１１の電源電圧Ｖ２に比べて
大きいため、商用電源側から制御装置９、開閉器作動、
インバータ５及び各センサＤ１〜Ｄ３等の電源に対する
電力供給を行う。また、停電時は、蓄電池１１側から上
記電源に対する電力供給を行う。停電等を検出すると停
電警報音、停電警報表示を行い、商用電力側と一般負荷
群１５−１〜１５−ｎの各々の接続を全て開放して蓄電
池１１の電力をインバータ５を経由して非常用コンセン
ト１３にのみ給電する。また、停電が解除されると自動
的に通常運転に復帰する。

【００２７】なお、上述の実施の形態では、電気料金が
割高な時間帯で蓄電池１１の電力を直ちに放電している
が、蓄電池１１の電力を直ちに放電せずに、放電容量が
大きくない場合等に制御装置９内の記憶部（図示せず）
に記憶されている前日又は過去の履歴を基に一般負荷群
１５−１〜１５−ｎの消費電力量がピークとなる前後で
放電を行えるよう制御装置９内の演算部（図示せず）で
放電開始の時間を遅らせる時間を演算し、その間は割高
な時間帯別電力２５ではあるがそのまま一般負荷群１５
−１〜１５−ｎへの給電を維持する構成としてもよい。

【００２８】蓄電池１１の放電を割高な時間帯に入ると
直ちに行うのではなく、過去の時間毎の使用電力量の履
歴を記憶する機能と接続されている電池容量とを自動判
別し、割高な時間帯開始後しばらく商用電源直結方式で
負荷に給電し、使用電力のピークの前後で放電するよう
蓄電池の放電開始時刻を演算で求める構成としてもよ
い。また、図１では、蓄電池１１からの放電電力量を測
定するセンサＤ２を電力供給装置出力部に１個設けてい
るが、一般負荷群１５−ｎの分割数ｎだけのセンサの各
々を開閉器ＳＷ５−ｎと一般負荷群１５−ｎとの間に設
け、一般負荷群１５−１〜１５−ｎの各々の放電電力量
を制御装置９に送出する構成としてもよい。

【００２９】図８は、本発明の第２実施の形態による電
力供給装置の構成を示すブロック図である。図８に示す
構成と図１に示す構成との相違点は、商用電力の供給源
として図１では時間帯別電力２５が、図８では通常の商
用電力２７と深夜電力２９との２系統になっていること
である。深夜電力２９は、夜間の特定時間帯のみに電力
供給が行われ、それ以外の時間帯では電力供給が自動的
にカットされるものである。なお、図１と同じ機能又は
性質を有する構成（信号）には同一符号を付して詳細な
説明を省略する。

【００３０】図８に示す深夜電力２９と通常の商用電力
２７との場合でも、基本的な流れは図１に示す時間帯別
電力２５の場合と同一である。ただし、深夜電力時間帯
に入る直前に開閉器ＳＷ７を閉じて深夜電力時間帯に入
った直後にＳＷ６の開閉器を開とし割安な深夜電力２９
が電力供給装置に供給され、深夜電力カット時間帯にな
る直前に開閉器ＳＷ６を閉じて深夜電力カット時間帯に
入った直後に開閉器ＳＷ７が開となるよう制御装置９の
計時手段を利用して制御を行う必要がある。また、停電
検出時は、図１の場合の開閉器ＳＷ６に加えて開閉器Ｓ
Ｗ７も開とする必要がある。

【００３１】以上により、上述した第１及び第２実施の
形態による電力供給装置は、時間帯により電力料金が異
なる電力２５（時間帯別電力）、又は深夜電力専用線の
電力２９（深夜電力）を利用する場合に、電気料金が割
安な時間帯には、インバータ５を介して上記時間帯別電
力２５又は深夜電力２９を蓄電池１１に充電し、電気料
金が高い時間帯には、インバータ５を介して一般負荷群
１５−１〜１５−ｎに電力を供給する。

【００３２】電気料金が割安な時間帯には、インバータ
５の出力を蓄電池１１に接続する。インバータ５には時
間帯別電力２５又は深夜電力２９を給電し、制御装置９
からのＰＷＭ駆動信号１７によりインバータ５が特定電
圧を出力するようにスイッチング制御を行い、蓄電池１
１を充電する。ＰＷＭ駆動信号１７を変えることでイン
バータ５を直流−直流変換器として使用し、深夜に商用
電源と一般負荷群１５−１〜１５−ｎを直結している間
は充電装置として使用する。

【００３３】電気料金が割高な時間帯になる直前に、イ
ンバータ５への入力を時間帯別電力２５又は深夜電力２
９から切り離し、充電された蓄電池１１に接続し、時間
帯別電力２５又は深夜電力２９と一般負荷群１５−１〜
１５−ｎとを直接接続していた通電路１９を切り離すと
同時にインバータ５からの交流電力を一般負荷群１５−
１〜１５−ｎに給電するように接続する。

【００３４】蓄電池１１の電力をインバータ５を介して
放電中は、蓄電池１１の残容量を検出して、電気料金が
割高な時間帯内に残容量が無くなる場合、時間帯別電力
２５を利用する場合は深夜の充電時に使用するインバー
タ５を介さないで一般負荷群１５−１〜１５−ｎと直結
する通電路１９を用いる。深夜電力２９を利用する場合
は、通常の時間帯では深夜電力専用線には給電されない
ため別途通常の商用電力２７をインバータ５を介さずに
直接一般負荷群１５−１〜１５−ｎに給電可能な通電路
１９を用いて商用電源を直接負荷に給電可能とし、イン
バータ５は一旦運転を停止する。負荷への電力供給を商
用電源又は蓄電池１１の電力のどちらか一方のみを供給
するだけでなく、負荷への供給系統を複数設け、系統毎
に商用電源あるいは蓄電池１１の電力を供給可能にする
構成としてもよい。

【００３５】その際に、上記系統の電力供給部分それぞ
れにあるいは系統の分岐前の１ヶ所に電流検出センサを
設け、負荷への供給電流を制御装置９で記憶し監視可能
な構成とし、一般負荷群１５−１〜１５−ｎへの供給電
流が蓄電池１１からインバータ５を介して供給可能な限
度値を超えると蓄電池１１からの電力供給中でも自動的
に一部の系統の供給電力源を商用電源に切替える。切替
え後も電流値を監視し、電流値の増減に応じて再度別系
統を商用電源に切替える、もしくは商用電源から蓄電池
１１の放電電力に戻す。このように、電気料金が割高な
時間帯に商用電源を使う場合、商用電源から直接に負荷
へ電力を供給することで、インバータ５等によるスイッ
チングロスを抑制することができる。

【００３６】蓄電池１１の放電が続いている間、又は上
記のように放電終了後商用電源を一般負荷群１５−１〜
１５−ｎに供給している状態で電気料金が割安な時間帯
に入ると上述した通電路の接続を行う。時間帯別電力２
５又は深夜電力２９の電気料金が割安な時間帯はインバ
ータ５を経由せずに割安な商用電力を直接一般負荷群１
５−１〜１５−ｎに導く。

【００３７】電気料金の割安な時間帯の電力は、インバ
ータ５にも導くがインバータ５の出力は一般負荷群１５
−１〜１５−ｎに接続しないで蓄電池１１に接続し、イ
ンバータ５の出力が一般負荷群１５−１〜１５−ｎに接
続されている時は交流波形を生成するようにインバータ
５内のブリッジ回路を駆動するＰＷＭ駆動信号１７を発
生し、蓄電池１１に接続されている時は蓄電池１１に適
切な充電圧が生じるようにＰＷＭ駆動信号１７を発生さ
せて蓄電池１１を充電する。これにより蓄電池１１の充
電電源となる直流−直流変換器と、直流−交流変換器と
の兼用が可能となる。

【００３８】電気料金の割高な時間帯は、蓄電池１１を
インバータ５の入力段に接続し、蓄電池１１の電力を放
電してインバータ５を駆動し一般負荷群１５−１〜１５
−ｎに給電する。蓄電池１１の電力を放電中に一般負荷
群１５−１〜１５−ｎの消費電力が放電可能な電力を越
えそうな場合、一般負荷群１５−１〜１５−ｎ毎に設け
た開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎの１つをあるいはそれ以上
を商用電力側に切替えることで蓄電池１１の放電電力を
一定値以内に抑える。

【００３９】また負荷の消費電力が下がれば順次商用電
力側に切替えられていた開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎを蓄
電池１１の放電側に戻して一定範囲内の放電電力を維持
するようにする。これにより上述の従来技術における２
重のスイッチングロスを防止できる。電気料金の割高な
時間帯で蓄電池１１の残容量が少なくなると一般負荷群
１５−１〜１５−ｎへの供給を商用電力側に切替えイン
バータ５の運転を停止する。

【００４０】図９は、本発明の第３実施の形態による電
力供給装置の構成を示すブロック図である。図９に示す
構成と図１に示す構成との相違点は、図９では、時間帯
別電力２５に対して直流−直流変換及び直流−交流変換
を行うインバータ５−１と、蓄電池１１の電力に対して
直流−交流変換を行うインバータ５−２とを備えている
点である。なお、図１と同じ機能又は性質を有する構成
（信号）には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００４１】インバータ５−１，５−２の各々には、制
御装置９からのＰＷＭ駆動信号１７が入力される。イン
バータ５−１は、ＰＷＭ駆動信号１７に応じて時間帯別
電力２５を直流−直流変換又は直流−交流変換する。イ
ンバータ５−２は、ＰＷＭ駆動信号１７に応じて通電路
２３を介して入力される蓄電池１１の電力を直流−交流
変換する。

【００４２】つぎに、本実施の形態による電力供給装置
の動作を説明する。上述した第１実施の形態と同様に、
停電時以外は開閉器ＳＷ６は常時閉、ＳＷ４は常時開と
する。電気料金が割安な時間帯は、開閉器ＳＷ５−１〜
５−ｎの各々を時間帯別電力２５からの給電側に切替え
て直接一般負荷群１５−１〜１５−ｎに給電する。

【００４３】また、開閉器ＳＷ２は開き、開閉器ＳＷ３
を閉じた上で開閉器ＳＷ１を閉じて、整流回路３、イン
バータ５−１，５−２及びフィルタ回路７からなる電源
供給装置に時間帯別電力２５を給電し、制御装置９から
のＰＷＭ駆動信号１７でインバータ５−１で適切な直流
電力に変換した上で蓄電池１１に充電する。この場合の
ＰＷＭ駆動信号１７に応じたインバータ５−１の動作
は、上述の第１実施の形態と同じである（図７参照）。

【００４４】制御装置９は内蔵する検出回路により、セ
ンサＤ３による充電電流及び充電電圧等の蓄電池１１の
充電量を監視しており、満充電されると開閉器ＳＷ３及
びＳＷ１を開いてインバータ５−１の動作を停止する。
その間も一般負荷群１５−１〜１５−ｎには直接時間帯
別電力２５の供給を継続する。電気料金の割安な時間帯
の間は、通電路１９を介して時間帯別電力２５を直接一
般負荷群１５−１〜１５−ｎに供給することでインバー
タ５−１の変換ロス無しに給電することが可能となり総
合的な効率が向上する。

【００４５】制御装置９は、内蔵している計時手段の時
刻情報を基に、電気料金が高い時間帯に入ると、開閉器
ＳＷ３は開いたまま開閉器ＳＷ２を閉じて電源供給装置
内のインバータ５−２に蓄電池１１の電力を供給する。
又開閉器ＳＷ１も閉じて時間帯別電力２５をインバータ
５−１に供給する。制御装置９は、インバータ５−１及
び５−２の各々に対して、交流波形（擬似正弦波、図５
及び図６参照）を出力するようにＰＷＭ駆動信号１７を
加えて、インバータ５−１とインバータ５−２とが結合
された出力の後ろに接続されているフィルタ回路７から
交流波形（図５及び図６参照）を生成する。この場合、
インバータ５−１とインバータ５−２の駆動時には出力
が互いに干渉しないように排他的にＰＷＭ駆動信号１７
を入力し、しかも合成後の波形が正弦波となるように制
御する。

【００４６】図１０は、本実施の形態におけるインバー
タ５−１及び５−２の動作を説明するものであり、フィ
ルタ回路７の出力波形を示す図である。以下、放電中の
電力会社からの電力が供給されるインバータ５−１の出
力と、蓄電池１１の放電電力が供給されるインバータ５
−２の出力とを合成して一つの合成された交流波形を生
成する例を説明する。

【００４７】区間ａ及び区間ｃは、蓄電池１１が接続さ
れているインバータ５−２をＰＷＭ駆動信号１７により
スイッチングすることにより生成した波形であり、区間
ｂは、商用電力（時間帯別電力２５）が入力されている
インバータ５−１をＰＷＭ駆動信号１７によりスイッチ
ングすることにより生成した波形を示している。電力会
社の交流波形の位相と同期してインバータ５−１又はイ
ンバータ５−２の各々にＰＷＭ駆動信号１７を印加して
スイッチングを行う。図１０に示す例であれば、はじめ
に蓄電池１１の電力を放電する側のインバータ５−２を
駆動して擬似正弦波（図６参照）を生成させ、半周期の
特定区間（図１０では区間ａ）スイッチングするとイン
バータ５−２の駆動を停止する。

【００４８】インバータ５−２の停止と共に、電力会社
側の電力が供給されるインバータ５−１を駆動して擬似
正弦波（図６参照）を生成させ、上記半周期の特定区間
（図１０では区間ｂ）スッチングするとインバータ５−
１の駆動を停止する。インバータ５−１の停止と共に、
蓄電池１１の電力を放電する側のインバータ５−２を駆
動して擬似正弦波（図６参照）を生成させ、半周期の特
定区間（図１０では区間ｃ）スイッチングするとインバ
ータ５−２の駆動を停止する。

【００４９】区間ａ〜cにおいて各々生成された擬似正
弦波は、時間軸上で実質的に連続な擬似正弦波に合成さ
れ、フィルタ回路７に入力する。フィルタ回路７は、こ
の合成された擬似正弦波における所定の周波数成分を除
去し、図１０に示すような交流波形を生成する。

【００５０】また、図１０に示す順番ではなく、電力会
社からの電力からスイッチングを開始しても当然よく、
また図１０の方式では電源周波数が５０Ｈｚの地域では
１０ミリ秒毎にパルス的に電力会社の系統の電力消費が
発生するため電力会社の送電路に負担がかかる場合、も
っと細かい切替え周期でインバータ５−１及びインバー
タ５−２の切替えを行い、電力系統の負担を軽減させる
方法でもよい。また、同様な装置が多数同一送電路に接
続されている場合、切替え周期を細かくしても送電路へ
の負担が大きくなるため、各装置が乱数発生回路（図示
せず）に基づいてランダムな周期で切替えを行い、送電
路への負担を軽減する方法もある。

【００５１】図９に戻り、制御装置９は、センサＤ２に
より検出される消費電力量と、センサＤ３により検出さ
れる蓄電池１１の放電電流とを基に、蓄電池１１の放電
電力量が一定範囲に収まるようにインバータ５−１とイ
ンバータ５−２に加えるＰＷＭ駆動信号１７の比率を調
整する。蓄電池１１の放電電力量は上記のように一定範
囲内で制御するのではなく、制御装置９内の演算部内の
記憶部に記憶された前日又は過去の履歴を基に一般負荷
群１５−１〜１５−ｎの消費電力量がピークとなる時間
帯の前後で放電電力量の割合を放電能力内で増加させ、
それ以外の時間帯では蓄電池１１からの放電電力量を抑
制するようＰＷＭ駆動信号１７の比率を制御し、使用電
力量のピークカット効果を最大にするよう制御を行うよ
うにしてもよい。

【００５２】制御装置９は、蓄電池１１の蓄電量（通常
は蓄電池電圧）を監視しており、電気料金が高い時間帯
に放電が終了しそうな場合、開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎ
を時間帯別電力２５側に切替えた上で開閉器ＳＷ２及び
ＳＷ１を開としインバータ５−１及び５−２の動作を停
止する。上記放電終了のままあるいは放電継続中に割安
な電気料金の時間帯に入ると、開閉器ＳＷ５−１〜５−
ｎは時間帯別電力２５側、開閉器ＳＷ２は開、開閉器Ｓ
Ｗ１及びＳＷ３は閉として蓄電池１１の充電を開始す
る。なお、図１０で示したように、インバータ５−１，
５−２を交互に使用して電力会社からの電力と蓄電池１
１からの電力を合成する場合、同一のＰＷＭ駆動信号１
７を単に時間比率を変えるのみでインバータ５−１及び
インバータ５−２に供給すると、図１１（Ｂ）に示すよ
うな不連続点が発生する。

【００５３】図１１は、直流電圧の違いによる不連続点
が発生する様子を説明する図である。図１１（Ａ）は不
連続点が発生する原因を説明する回路図であり、図１１
（Ｂ）は不連続点を示す図である。図１１（Ａ）におい
て、ＰＷＭ駆動信号１７は、第１ＡＮＤ回路３１及び第
２ＡＮＤ回路３３の各々の一方の端子に入力される。ま
た、インバータ５−１及びインバータ５−２の選択信号
は、ＮＯＴ回路３５を介して第１ＡＮＤ回路３１の他方
の端子に入力されると共に、第２ＡＮＤ回路３３の他方
の端子に直接入力される。第１ＡＮＤ回路３１はインバ
ータ５−２に接続され、第２ＡＮＤ回路３３はインバー
タ５−１に接続される。したがって、例えばインバータ
５−１を選択した場合には第２ＡＮＤ回路３３がＯＮ
し、ＰＷＭ駆動信号１７はインバータ５−１のみに印加
される。

【００５４】この不連続点は、電力会社からの電力を整
流した電圧と蓄電池１１の電圧とが異なっている場合に
発生する。たとえば、蓄電池１１の電圧が電力会社から
の電力を直流変換した電圧より高い場合、はじめに、イ
ンバータ５−２は、ＰＷＭ駆動信号１７に応じてスイッ
チングを行うことにより蓄電池１１の直流電力から擬似
正弦波を出力し、フィルタ回路７を通過して交流波形が
立ち上がる。つぎに、インバータ５−１は、ＰＷＭ駆動
信号１７に応じてスイッチングを行うことにより電力会
社からの電力から擬似正弦波を出力する。ここで、イン
バータ５−１内のブリッジ回路に印加される電圧が低い
ため、フィルタ回路７を通過した後の電圧がドロップす
る現象が発生する。この場合には、インバータ５−１側
のＰＷＭ駆動信号１７のＯＮ，ＯＦＦの比率に関してオ
ン比率を予め上げておく処理が必要となる。

【００５５】図１２は、上記不連続点の発生を防止する
回路を説明する図である。インバータ５−１専用のＰＷ
Ｍ駆動信号１７は第１ＡＮＤ回路３１の一方の端子に入
力され、インバータ５−２専用のＰＷＭ駆動信号１７は
第２ＡＮＤ回路３３の一方の端子に入力される。また、
インバータ５−１及びインバータ５−２の選択信号は、
ＮＯＴ回路３５を介して第１ＡＮＤ回路３１の他方の端
子に入力されると共に、第２ＡＮＤ回路３３の他方の端
子に直接入力される。第１ＡＮＤ回路３１はインバータ
５−２に接続され、第２ＡＮＤ回路３３はインバータ５
−１に接続される。

【００５６】図１２に示す回路は、電力会社からの整流
電圧と蓄電池１１からの放電電圧とに応じたＰＷＭ駆動
信号１７をそれぞれ生成し、交互に印加することで不連
続点の発生を防止するものである。つぎに、時間帯別電
力２５の系統と開閉器ＳＷ６との間に設けているセンサ
（図示せず。通常は交流電圧を監視する）により停電を
検出した場合について説明する。制御装置９は、開閉器
ＳＷ６を開として、システムを時間帯別電力２５の系統
から分離する。つぎに、開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎを時
間帯別電力２５側（インバータ出力が給電されない側）
にし、開閉器ＳＷ１及びＳＷ３を開にし、開閉器ＳＷ２
及びＳＷ４を閉にして非常用コンセント１３にインバー
タ５−２（フィルタ回路７）の出力を給電し、テレビ、
ラジオ、照明等の機器に電力供給する。また、時間帯別
電力２５の系統と開閉器ＳＷ６との間に設けているセン
サにより停電からの復旧を感知した場合には、制御装置
９は各開閉器を操作して時間帯に応じて適した状態に自
動的に復帰する。以上の点は、上述の第１実施の形態
（図２参照）において説明した内容と同じである。

【００５７】図１３は、本発明の第４実施の形態による
電力供給装置の構成を示すブロック図である。図９と図
１３の相違点は、商用電力の供給源が図９では時間帯別
電力２５であり、図１３では通常の商用電力２７と深夜
電力２９の２系統になっている点である。したがって、
図１と図８との関係は、図９と図１３との関係に対応し
ている。

【００５８】図１３に示す深夜電力２９と通常の商用電
力２７との場合でも、基本的な流れは図９の時間帯別電
力２５の場合と同一である。ただし、深夜電力時間帯に
入る直前に開閉器ＳＷ７を閉じて深夜電力時間帯に入っ
た直後に開閉器ＳＷ６を開とし割安な深夜電力２９が電
力供給装置に供給され、深夜電力カット時間帯になる直
前に開閉器ＳＷ６を閉じて深夜電力カット時間帯に入っ
た直後に開閉器ＳＷ７が開となるように制御装置９の計
時手段を利用して制御を行う必要がある。また、停電検
出時は、図９の場合の開閉器ＳＷ６に加えて開閉器ＳＷ
７も閉とする必要がある。

【００５９】以上により、上述した第３及び第４実施の
形態による電力供給装置は、時間帯により電力料金が異
なる電力２５（時間帯別電力）、又は深夜電力専用線の
電力２９（深夜電力）を利用する場合に、電気料金が割
安な時間帯には、インバータ５−１を介して上記時間帯
別電力２５又は深夜電力２９を蓄電池１１に充電し、電
気料金が高い時間帯には、インバータ５−１及び５−２
を介して一般負荷群１５−１〜１５−ｎに電力を供給す
る。

【００６０】電気料金が割高な時間帯になる際はインバ
ータ５−１への入力を時間帯別電力の場合はそのままで
よいが、深夜電力の場合は通常の商用電力側に切替え、
インバータ５−１の出力を蓄電池１１に接続していた通
電路２１を開放し、蓄電池１１の出力を同じ電力変換装
置内にあるインバータ５−１とは出力のみが結合されて
いるインバータ５−２の入力に開閉器ＳＷ２を介して接
続する。電気料金が割高な時間帯には制御装置９からの
個別に制御されたインバータ５−１及びインバータ５−
２の各々に対するＰＷＭ駆動信号１７を用いて時間帯別
電力２５又は通常の商用電力２７と蓄電池１１からの電
力とを交流変換し、電気料金の割安な時間帯には直接一
般負荷群１５−１〜１５−ｎに給電していた通電路１９
を開放し、インバータ５−１及びインバータ５−２が結
合されている出力から一般負荷群１５−１〜１５−ｎに
給電するよう開閉器ＳＷ５−１〜５−ｎを制御装置９か
らの指示で制御する。

【００６１】インバータ５−１及びインバータ５−２の
出力が衝突しないよう制御装置９からのＰＷＭ駆動信号
１７は排他的に交互に送出し、送出期間の比率を変更す
ることで、時間帯別電力２５又は通常の商用電力２７と
蓄電池１１からの電力の負荷への供給電力の比率を制御
する。一般負荷群１５−１〜１５−ｎの消費電力が蓄電
池１１から供給可能な電力を上回る場合、蓄電池１１か
らの放電電力の比率を下げるよう制御装置９からのＰＷ
Ｍ駆動信号１７を制御することで蓄電池１１からの放電
電力を一定値以下に保つ、又は事前に制御装置９内の演
算装置内で計算した放電パターンに見合うかたちで一般
負荷群１５−１〜１５−ｎの消費電力の変動に関わらず
制御することが可能である。

【００６２】蓄電池１１の放電電力をインバータ５−２
を介して放電中は、蓄電池１１の残容量を検出して、電
気料金が割高な時間帯内に残容量が無くなる場合、時間
帯別電力２５を利用する場合は深夜の充電時に使用する
インバータ５−１，５−２を介さないで一般負荷群１５
−１〜１５−ｎと直結する通電路１９を用い、深夜電力
２９を利用する場合は通常の時間帯では深夜電力専用線
には給電されないため別途通常の商用電力２７をインバ
ータ５−１，５−２を介さずに直接一般負荷群１５−１
〜１５−ｎに給電可能な通電路１９を用いて商用電源を
直接負荷に給電可能とし、インバータ５−１，５−２は
一旦運転を停止する。時間帯別電力２５又は深夜電力２
９の電気料金の割安な時間帯はインバータ５−１，５−
２を経由せずに割安な電力会社の供給電力を直接一般負
荷群１５−１〜１５−ｎに導く。

【００６３】電気料金の割安な時間帯の電力はインバー
タ５−１にも導くが、インバータ５−１の出力は一般負
荷群１５−１〜１５−ｎに接続しないで蓄電池１１に接
続し、インバータ５−１が一般負荷群１５−１〜１５−
ｎに接続されているときは交流波形を生成するようにイ
ンバータ５−１内のブリッジ回路を駆動するＰＷＭ駆動
信号１７を発生し、蓄電池１１に接続されている時は蓄
電池１１に適切な充電電圧が生じるようにＰＷＭ駆動信
号１７を発生させて蓄電池１１を充電する。これによ
り、インバータ５−１を蓄電池１１の充電電源と直流−
交流変換器としての兼用が可能となる。

【００６４】電気料金の割高な時間帯は蓄電池１１をイ
ンバータ５−２の入力段に接続し、蓄電池１１の電力を
放電してインバータ５−２を駆動し一般負荷群１５−１
〜１５−ｎに給電する。その際、電気料金の割安な時間
帯で電力会社からの電力を一般負荷群１５−１〜１５−
ｎに直接給電していた通電路１９は開放する。電気料金
の割安な時間帯に時間帯別電力２５又は深夜電力２９を
入力していたインバータ５−１に関しては電気料金の割
高な時間帯には時間帯別電力２５又は通常の商用電力２
７を供給し、インバータ５−１の出力と蓄電池１１の放
電電力を変換するインバータ５−２の出力と結合する。

【００６５】インバータ５−１とインバータ５−２の出
力が衝突しないよう制御装置９からのＰＷＭ駆動信号１
７は排他的に入力し、その比率を変更することで一般負
荷群１５−１〜１５−ｎへの供給電力の電力会社からの
供給分と蓄電池１１からの放電分の比率を変更する。蓄
電池１１の電力を放電中に一般負荷群１５−１〜１５−
ｎの消費電力が放電可能な電力を越えそうな場合、上述
の比率を電力会社からの供給が多くなるよう制御して蓄
電池１１の放電電力を一定値以内に抑える。

【００６６】また負荷の消費電力が下がれば蓄電池１１
からの放電比率を増やすよう制御することで予め設定さ
れている放電パターンを維持する。電気料金の割高な時
間帯で蓄電池１１の残容量が少なくなると一般負荷群１
５−１〜１５−ｎへの供給を、インバータ５−１を介さ
ずに電力会社からの電力を直接供給可能な通電路１９に
切替えインバータ５−１の運転を停止する。これによ
り、蓄電池１１の放電容量が無くなった際のインバータ
５−１の変換ロスを無くし総合的な効率を向上させるこ
とができる。

【００６７】停電等を検出すると停電警報音、停電警報
表示を行い、商用電力側及び一般負荷群１５−１〜１５
−ｎの接続を全て開放して蓄電池１１の電力をインバー
タ５−２を経由して非常用コンセント１３にのみ給電す
る。停電が解除されると自動的に通常運転に復帰する。
なお、上述した実施の形態では、インバータ５−１とイ
ンバータ５−２というように、インバータが２個存在す
るように示しているが、実際はインバータ内で直流−交
流変換を行うブリッジ回路のみを２個用意すればよく、
現在ではこのブリッジ回路もＩＧＢＴモジュール等の集
積化された専用半導体モジュールがあるため追加の部品
が少なく、しかも高効率な電力利用が可能となる。

【００６８】

【発明の効果】インバータと充電装置に兼用可能な構成
とすることにより容積的、価格的に優れた電力供給装置
を実現できる。商用電力と蓄電池電力をそれぞれスイッ
チングして合成した上でインバータに通して交流変換す
るためスイッチングが２重になる従来技術と異なり、商
用電源に直結又は蓄電池電力を直接インバータに通すた
め、スイッチングに伴うロス（発熱）が少なく電力変換
効率を向上できる。また、電力会社の電力変換用のイン
バータと蓄電池１１の電力変換用のインバータを排他的
に動作させて交流波形を合成することで、１段しか各系
統がスイッチングされないため電力変換効率を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態による電力供給装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１実施の形態による電力供給装置が
停電時において機能を維持するための電源の構成を説明
する図である。

【図３】本発明の第１実施の形態におけるインバータ
（ＰＷＭインバータ）の一般的な構成を例示する回路図
である。

【図４】図３に示すインバータが有するスイッチング素
子に印加されるＰＷＭ駆動信号（ＯＮ／ＯＦＦで示す）
を示す図、及び各状態１〜５に対応するインバータの出
力波形を示す図である。

【図５】図３に示すインバータの出力波形と、フィルタ
回路を通過後の出力波形との関係を示す図である。

【図６】本発明の第１実施の形態において、インバータ
が直流−交流変換器として機能する場合の出力波形と、
フィルタ回路を通過後の出力波形とを示す図である。

【図７】本発明の第１実施の形態において、インバータ
が直流−直流変換器として機能する場合の出力波形（Ｐ
ＷＭ駆動波形）と、フィルタ回路を通過後の波形とを示
す図である。

【図８】本発明の第２実施の形態による電力供給装置の
構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第３実施の形態による電力供給装置の
構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第３実施の形態におけるインバータ
の動作を説明するものであり、フィルタ回路の出力波形
を示す図である。

【図１１】本発明の第３実施の形態において、直流電圧
の違いによる不連続点が発生する様子を説明する図であ
る。

【図１２】本発明の第３実施の形態において、不連続点
の発生を防止する回路を説明する図である。

【図１３】本発明の第４実施の形態による電力供給装置
の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

３ 整流回路 ５，５−１，５−２ インバータ ７ フィルタ回路 ９ 制御装置 １１ 蓄電池 １３ 非常用コンセント １５−１〜１５−ｎ 一般負荷群 １７ ＰＷＭ駆動信号 １９，２１，２３ 通電路 ２５ 時間帯別電力 ２７ 通常の商用電力 ２９ 深夜電力 ３１ 第１ＡＮＤ回路 ３３ 第２ＡＮＤ回路 ３５ ＮＯＴ回路 ＳＷ１〜４，ＳＷ５−１〜５−ｎ，ＳＷ６ 開閉器 Ｄ１〜３ センサ Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電力を整流する整流手段と、前記商
   用電力を充電する蓄電手段と、電気料金が安い時間帯に
   前記整流手段からの直流電力を直流−直流変換して前記
   蓄電手段に供給し、電気料金が高い時間帯に前記蓄電手
   段からの直流電力を直流−交流変換して負荷に供給する
   インバータ手段と、を備えることを特徴とする電力供給
   装置。
2. 【請求項２】 商用電力を整流する整流手段と、前記商
   用電力を充電する蓄電手段と、電気料金が安い時間帯に
   前記整流手段からの直流電力を直流−直流変換して前記
   蓄電手段に供給し、電気料金が高い時間帯に前記整流手
   段からの直流電力を直流−交流変換して負荷に供給する
   第１インバータ手段と、前記蓄電手段からの直流電力を
   直流−交流変換して負荷に供給する第２インバータ手段
   と、を備えることを特徴とする電力供給装置。
3. 【請求項３】 電気料金が安い時間帯に前記商用電力を
   負荷に直接供給する通電路を備えることを特徴とする請
   求項１又は２記載の電力供給装置。