JP2004023993A - 電力変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】風力、ソーラ、波力、ブレーキ等の変動する発電または回生電圧を分割キャパシタ（またはバッテリ）を使用し、変動する低電圧を効率よく吸収（充電）するブリッジ型スイッチ回路により、売電用交流や直流に変換する。
【解決手段】変動する低電圧の発電または回生電圧を分割キャパシタ回路に並列充電し、直列放電するブリッジ型スイッチの電力変換回路回路で昇圧し、並列キャパシタ、直列キャパシタの段数をダイナミックに切替、買電用商用電圧または昇圧直流電圧を出力できる軽量、高効率な電力変換器。
【選択図】　図２

Description

【産業上の利用分野】
風力発電、ソーラ発電、電気自動車、カート
【従来の技術】
従来から、風力発電や回生等における発電機からの電圧を入力電圧として、商用電源線に出力（いわゆる売電）したり、蓄電器（または蓄電池）に充電することはおこなわれている。
【０００１】
ところが、風が弱まったり、車輪の回転が遅くなって発電機からの電圧が出力線や蓄電器（池）の電圧より下がると、電流が流れ込まなくなり、エネルギーを捨てることになる。
このため、従来は前記発電機からの電圧を高周波に変え、変圧器で昇圧して整流し、高い電圧を得るのが一般的であった。
さらに、もともと高い電圧だと昇圧の結果高い電圧になり過ぎ、電子部品を破損する。
このため、変圧器コイルに端子を複数設け、切り替えてから充電電圧を得るのが一般的であった。
【０００２】
従って、従来の方法では、回路が複雑な割りには装置も重く、損失も大きいなどの欠点があった。
本発明はかかる欠点の解決手段を提供しようとするものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
まず、重く損失の多い変圧器を利用する方式をやめ、キャパシタ（コンデンサー）方式とし、しかも分割キャパシターとする。
この方式により、損失が少ないのは勿論のこと、変動する前記発電機電圧を低い電圧でも充電でき、出力として高い電圧も得ることができる。
ただ、この方式の欠点は、充電中定電圧の放電が出来ないことにあり、本発明で、これを解決する手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
「図１」は、本発明による簡易型電力変換器の構成例である。
同図で１は風力や回生等の発電機電源、２はチョークコイル、３−６および１１−１４は機械的あるいは電子的スイッチ、７−１０はキャパシタあるいはバッテリ、１５は商用電源線などの交流負荷、１６はブリッジ型スイッチ、１７は直流供給スイッチ１８はインダクタンス、１９は制御装置である。
【０００５】
「図１」に従って動作を説明すると、制御装置１９は風力や回生による発電機電源１の電圧値や電流値を別途の電圧・電流検出器で検出し、この値が充分大きい時、スイッチ３およびスイッチ１４のみをオンにし、他のスイッチをオフにする。
すると、キャパシタ７−１０は今までの電圧より高い電圧に向け、エクスポネンシャル的に充電される。（４個直列充電）
前記発電機電源１の電圧値や電流値が下がった時は、制御装置１９はスイッチ３と１２のみのオンと、スイッチ５と１４のみのオンを交互に繰り返す指令を出す。（２個直列充電）
【０００６】
前記電圧や電流の値がさらに降下しても以下のようにすれば、一応充電は可能になる。
すなわち、スイッチ３と１１、スイッチ４と１２、スイッチ５と１３、スイッチ６と１４の４組を循環的にオンにし、他の組をオフにする。（個別充電）
さて、それぞれのキャパシタは上記の方法でもほぼ均等に充電され、点３０，３１間の電圧は各キャパシタ電圧のほぼ４倍になり、上記充電のみ行われると、上昇を続ける．
【０００７】
つぎに「図１」で放電について記す。
制御装置１９は、ブリッジ型スイッチ１６に商用電源に同期してオン信号を送り、まず半周期では３０より３１へ電流が流れるように、次ぎの半周期では３１より３０へ電流が流れるようにブリッジ型スイッチをオンにする。
インダクタンス１８とキャパシタ（で決まる周期）は商用電源１５の周期と一致するようにする。
３０，３１間の電圧値は商用電源１５の電圧値より若干高めになっていると、商用電源へ電流が流れ、いわゆる”売電”が可能になる。
また、制御装置１９は別途、外部装置より送電要求を受けた場合、直流供給スイッチ１７をオンして、前記外部装置に直流電圧を供給できる。
【０００８】
さて、「図１」の方式は充電と放電が同時に動作できるし、キャパシタ７−１０の容量を大きくするといわゆる蓄電も出来て便利である。
しかし、充電はいわゆるタイムシェアで行わなくてはならない。
同じ充電電力を得るのに電流を大きく流すので、損失が大きい。
ところで、同図ではキャパシタ７−１０は４個で構成されているが、２、６、８個でもよい。
【０００９】
「図２」は「図１」での欠点である損失を少なくした例である。
しかし、同図の場合、充電中は放電出来ない欠点がある。
同図で動作を説明すると、充電モードで大きい発電機電源１があると制御装置１９が判断すると、スイッチ２３、３、２０、２１、２２、１４のみオンにする。（４個直列充電）
もし、発電機電源１の電圧又は電流が減少してきたら、スイッチ２３、２０、１２、５、１４のみをオンにする。（２個直列、２組並列）
【００１０】
さらに前記電圧又は電流が減少してきたら、スイッチ２３、３、１１、４、１２５、１３、６、１４のみオンにする。（４個並列充電）
以上により、損失の少ない方法で充電することができる。
【００１１】
さて、放電は以下のようにおこなえば良い。
もしも、高い電圧で電流が少なく放電したいときは、制御装置１９はスイッチ３、２０、２１、２２、４のみをオンにする。〈４直列放電〉
同様に中位の電圧・電流で放電したい時は、スイッチ３、２０、１２、５、２２、１４、２４のみオンにする。〈２直列２並列放電〉
さらに、低電圧・大電流で放電したい時は、３、１１、４、１２、５、１３、６、１４、のみをオンにすれば良い。（４並列放電）
ここで直流供給スイッチ１７をオンにすると、上記の３種類の電圧・電流を前記外部装置に供給できる。
また、ブリッジ型スイッチ１６で交流にできるのは、前記と同じである。
【００１２】
ところで「図２」の方式では、充電効率はよいが、充電と放電が同時に出来ない。
「図３」は本発明の他の例で、「図２」の回路を２組用意し、１組が充電中は他の組は放電にし、短時間に組の交互入れ替えをするものである。
同図に基づき動作を説明すると、２５，２６は「図２」で説明した充放電回路である。
矢印太線２７は矢印の方向に電流が流れることを表し、同図では発電機電源１から前記充放電回路２５に充電中、他の充放電回路２６から放電中であることを示している。
【００１３】
点線２８は時間が来れば、発電機電源１からの充電が充放電回路２５から２６に切り替わることを意味し、放電も２６から２５に切り替わる。
充放電回路２５と２６に使用のキャパシタの容量が小さい時、前記切り替えのタイミングは早くても良く〈ミリ秒〉、”充放電”というより”電力変換”の様相を示す〈時時刻々、充電エネルギーは商用電源１５または外部装置に１７を通して放電される）
また、この方式の他の利点は充電側と放電側の電気的に絶縁される事にある。
【本発明による効果】
【００１４】
以上、本発明によれば、変圧器など重く低効率でない電子回路とキャパシタにより、入力電圧が下がっても取り込め（充電）、出力電圧も交流、直流で数種類発生可能で、もちろん商用電源への”売電”も可能になる。
キャパシタの容量を上げれば、蓄電効果も高まり、長時間貯めて短時間で使うことも可能となる。
風力、ソーラ、波力、ブレーキ時の回生、などの発電機に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】：簡易型電力変換器　概要図
【図２】：電力変換器　概要図
【図３】：デュアルモード電力変換器　概要図
１：発電機電源
２：チョークコイル
３−６：機械的あるいは電子的スイッチ
１１−１４：機械的あるいは電子的スイッチ
７−１０：キャパシタあるいはバッテリ
１５：交流負荷（商用電源）
１６：ブリッジ型スイッチ
１７：直流供給スイッチ
１８：インダクタンス
１９：制御装置
２０−２４：スイッチ
２５−２６：充放電回路
２７−２８：切り換えスイッチ
３０−３１：共通線

Claims (5)

1. 風力、回生などの発電機と、複数のキャパシタ（またはバッテリ）と、スイッチと、共通線と、制御装置と、ブリッジ型スイッチとからなり、前記発電機からの電圧が低い時は、前記複数のキャパシタを前記共通線に並列接続になるよう前記制御装置は前記スイッチをオンオフして充電し前記スイッチのオンオフにより放電する、充放電器と、前記ブリッジ型スイッチのオンオフにより交番電圧を発生させ、放電することを特徴とした電力変換器
2. 前記スイッチのオンオフにより、前記キャパシタが全直列、半直列半並列、全並列の３種類で前記共通線に接続可能で直流出力スイッチのオンにより、外部装置
   に３種類の電圧・電流を供給できることを特徴とした
3. に記載の電力変換器
4. ２組の前記充放電器とスイッチとを設け、前記充放電器の１組が充電動作を行っている時、他方の組の前記充放電器は放電動作を行い、一定時間後、前記スイッチの切り替えにより、前記２組の充放電器が交互に充電・放電を行うことを特徴
   とした
5. に記載の電力変換器

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