JP2009177955A - 電力供給システム、直流電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な電圧が異なる複数種類の直流機器を１つの直流供給線路に接続することを可能にし、かつ受電側における電圧変換を不要にして電圧変換に伴う損失を防止する。
【解決手段】直流電力供給装置１０１は、出力電圧が複数種類から選択可能な電源回路部１０と、受電装置１０３に受電させるタイミングを指定する受電タイミング信号を生成するタイミング信号生成部１３とを備える。受電タイミング信号は、給電側通信部１４を通して受電装置１０３に送信される。受電装置１０３は、受電側通信部２３を通して受信した受電タイミング信号により指示されたタイミングで直流供給線路Ｗｄｃから直流電力を受電する受電制御部２１と、受電制御部２１が受電した直流電力を蓄電するとともに蓄電した直流電力を直流機器１０２に供給する蓄電部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として住宅、店舗、オフィスビルなどの建築物に配置された直流機器への給電を行うに際して、必要な電圧の異なる複数の直流機器に対して直流供給線路を用いて直流電力を供給する電力供給システム、および電力供給システムに用いる直流電力供給装置に関するものである。

従来から、直流電力を出力する直流電力供給装置と直流電力により駆動される直流機器とを直流供給線路を介して接続することにより、交流電力を直流電力に変換する電源アダプタを用いることなく直流機器に給電する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、直流機器（電気装置）が電力消費の開始前に動作開始を示す信号を送信することにより、電力の流れを適正化することが可能になっている。
特開２００７−２１５２５８号公報

ところで、特許文献１では、配線に過大な電流が流れないようにすることが可能であるが、駆動に必要な電圧の異なる複数種類の直流機器が存在している場合には、異なる直流供給線路に接続することになり、必要な電圧の異なる複数種類の直流機器を混在して用いようとすれば、複数の直流供給線路が必要になって配線が煩雑になるという問題を生じる。

この種の問題を解決するには、直流供給線路に印加する電圧を、各直流機器の駆動に必要な電圧のうちもっとも高い電圧としておき、受電側において降圧する電圧変換を行うことが考えられるが、降圧に用いるＤＣ／ＤＣコンバータなどにより電圧変換に伴う損失が発生するから電力の利用効率が低下し、消費電力が大きく成るという問題を生じる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、駆動に必要な電圧が異なる複数種類の直流機器を１つの直流供給線路に接続することを可能にし、かつ受電側における電圧変換を不要にして電圧変換に伴う損失を防止した電力供給システムを提供し、さらに当該電力供給システムに用いる直流電力供給装置を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電力を供給する直流電力供給装置と、直流供給線路を介して直流電力供給装置から直流電力を受電する複数台の受電装置と、各受電装置が受電した直流電力によりそれぞれ駆動される直流機器とを備え、直流電力供給装置は、出力電圧が複数種類から選択可能な電源回路部と、電源回路部の出力電圧を選択する電圧制御部と、受電装置との間で通信する給電側通信部と、受電装置に受電させるタイミングを指定する受電タイミング信号を生成し給電側通信部を通して受電タイミング信号を送信するタイミング信号生成部と、各受電装置が受電タイミング信号により指定されたタイミングで直流機器の駆動に必要な直流電圧を受電できるように電源回路部の出力電圧を電圧制御部に指示する統括制御部とを備え、受電装置は、直流電力供給装置との間で通信する受電側通信部と、受電側通信部を通して受信した受電タイミング信号により指示されたタイミングで直流供給線路から直流電力を受電する受電制御部と、受電制御部が受電した直流電力を蓄電するとともに蓄電した直流電力を直流機器に供給する蓄電部とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記統括制御部は、前記直流機器の駆動に必要な直流電圧を前記受電装置ごとに受電させるように前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、電源回路部が受電装置ごとの出力電圧を電源回路部が出力する前に、前記タイミング信号生成部に当該受電装置の識別情報を含む受電タイミング信号を送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が当該受電装置の識別情報を含む受電タイミング信号を受信した後の規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記統括制御部は、一定時間ずつの受電期間を並べた一定周期の変化パターンで前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、変化パターンの周期毎に前記タイミング信号生成部に同期信号となる受電タイミング信号を送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が同期信号となる受電タイミング信号を受信した後に前記変化パターンのうちの既知の規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記統括制御部は、一定時間ずつの受電期間の組合せにより規定された所定の変化パターンで前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、変化パターンごとに受電させる受電装置の順序情報を含む受電タイミング信号を前記タイミング信号生成部に送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が受電タイミング信号を受信した後に受電タイミング信号に含まれた順序情報に従う規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項３又は請求項４の発明において、前記受電装置は、前記変化パターン内において前記直流供給線路から複数回の受電が許容されていることを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項１の発明において、前記統括制御部は、可変時間の受電期間の組合せにより規定された所定の変化パターンで前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、変化パターンごとに受電させる受電装置の時間情報を含む受電タイミング信号を前記タイミング信号生成部に送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が受電タイミング信号を受信した後に受電タイミング信号に含まれた時間情報に従う規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする。

請求項７の発明では、請求項４〜６のいずれかの発明において、前記統括制御部は、前記受電装置からの給電の要求を受けて前記変化パターンを決めることを特徴とする。

請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記受電装置は、前記直流供給線路に接続され前記直流機器が着脱可能に接続されるアウトレットに設けられていることを特徴とする。

請求項９の発明では、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記受電装置は、前記直流機器に設けられていることを特徴とする。

請求項１０の発明は、直流電力供給装置であって、直流供給線路に印加する出力電圧が複数種類から選択可能であって直流供給線路に接続された受電装置に直流電力を受電させる電源回路部と、電源回路部の出力電圧を選択する電圧制御部と、受電装置との間で通信する給電側通信部と、受電装置に受電させるタイミングを指定する受電タイミング信号を生成し給電側通信部を通して受電タイミング信号を送信するタイミング信号生成部と、受電装置が受電タイミング信号により指定されたタイミングで直流機器の駆動に必要な直流電圧を受電できるように電源回路部の出力電圧を電圧制御部に指示する統括制御部とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明の構成によれば、直流電力供給装置が出力電圧を複数種類から選択し、受電装置に受電させるタイミングを受電タイミング信号で指定するとともに、受電装置では、受電タイミング信号で指定されたタイミングで直流供給線路から直流電力を受電するとともに受電した直流電力を蓄電部に蓄電して直流機器に供給するから、直流供給線路に複数種類の直流電圧を異なるタイミングで印加することによって、駆動に必要な電圧が異なる複数種類の直流機器を１つの直流供給線路に接続することが可能になる。また、受電タイミング信号で受電のタイミングを指定しているから、直流電力供給装置では、直流機器が必要とする直流電力だけを出力すればよく、無駄に電力供給を行わないから省エネルギになる。しかも、直流電力供給装置は、直流機器が必要とする出力電圧を直流供給線路に印加するから、直流供給線路から受電装置が受電した後に直流機器に直流電力を供給するまでの間に、ＤＣ／ＤＣ変換回路による電圧変換が不要であり、電圧変換に伴う損失が生じることがなく高効率である。

請求項２の発明の構成によれば、直流電力供給装置が受電装置ごとの出力電圧を出力するにあたり、受電させようとする受電装置を指定する識別情報を含んだ受電タイミング信号を送信するので、直流供給線路から受電する受電装置を個別に指定して直流電力を供給することができ、受電装置では受電タイミング信号を基準に用いて正確なタイミングで直流電力を受電することができる。

請求項３の発明の構成によれば、直流電力供給装置において一定周期の変化パターンで一定時間ずつ出力電圧を選択し、変化パターンの周期毎に受電タイミング信号を送信しており、受電装置では、受電タイミング信号を基準のタイミングとして、既知の変化パターンのうち当該受電装置で受電する電圧が得られる期間を知ることができるから、正確なタイミングで直流電力を受電することができる。また、請求項２の構成のように、受電装置ごとに受電タイミング信号を与える場合に比較すると、受電タイミング信号を送信する回数が少ないから、単位時間当たりで給電に利用できる時間の割合を増加させることができる。

請求項４の発明の構成によれば、直流電力供給装置において一定時間ずつの受電期間の組合せにより規定した変化パターンで出力電圧を選択し、変化パターンごとに受電させる受電装置の順序情報を受電タイミング信号に含めて送信しており、受電装置では受信した受電タイミング信号の順序情報で指定された規定期間において直流供給線路から直流電力を受電するから、受電タイミング信号の発生毎に変化パターンを変更することが可能であり、動作させる直流機器に応じて柔軟な給電が可能になる。しかも、請求項３の発明と同様に、請求項２の構成に比較すると、受電タイミング信号を送信する回数が少ないから、単位時間当たりで給電に利用できる時間の割合を増加させることができる。

請求項５の発明の構成によれば、変化パターン内において直流供給線路から複数回の受電が許容されているから、各受電装置に受電させる回数を異ならせることが可能であり、受電期間を一定時間ずつとしながらも、消費電力の大きい直流機器については１回の変化パターン内で複数回の受電を行うことで、必要電力を確保することが可能になる。

請求項６の発明の構成によれば、直流電力供給装置において受電装置に１回受電させる受電期間を可変時間とするとともに、受電期間の組合せにより変化パターンを規定しており、受電タイミング信号には各受電装置が受電する期間を指定する時間情報が含まれ、受電装置では時間情報で指定された規定期間に受電を行うから、受電タイミング信号の発生毎に変化パターンを変更することが可能であり、動作させる直流機器に応じて柔軟な給電が可能になる。つまり、消費電力の大きい直流機器には長時間の給電を行うことにより直流機器に対して過不足のない給電が可能になる。

請求項７の発明の構成によれば、受電装置からの要求に応答して直流電力供給装置から供給するから、受電を必要としている受電装置にのみ電力供給装置から電力が供給されることになり、一層の省エネルギが促進される。

請求項８の発明の構成によれば、受電装置をアウトレットに設けているから、通信機能を持たない直流機器であっても複数種類の電圧が印加される直流供給線路から受電することが可能になる。

請求項９の発明の構成によれば、受電装置を直流機器に設けているから、直流機器を直流供給線路に接続するだけで、複数種類の電圧が印加される直流供給線路から受電することが可能になる。

請求項１０の発明の構成によれば、複数種類の出力電圧を選択可能とし、かつ受電装置に受電させるタイミングを受電タイミング信号により指定しているから、受電装置では直流供給線路の線間電圧が所要の電圧であるときに受電タイミング信号に基づいて受電することができる。すなわち、１つの直流供給線路に受電する電圧の異なる複数の受電装置が接続されている場合でも、各受電装置に適合する電圧で直流電力を供給することが可能になる。

（基本構成）
以下に説明する実施形態は、本発明を適用する建築物として戸建て住宅の家屋を想定して説明するが、本発明の技術思想を集合住宅に適用することを妨げるものではない。図４は本実施形態を適用する電源システムの全体構成である。家屋Ｈには、図４に示すように、直流電力を出力する直流電力供給装置１０１と、直流電力により駆動される負荷としての直流機器１０２とが設けられ、直流電力供給装置１０１の出力端部に接続した直流供給線路Ｗｄｃを通して直流機器１０２に直流電力が供給される。直流電力供給装置１０１と直流機器１０２との間には、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流供給線路Ｗｄｃ上で直流電力供給装置１０１から直流機器１０２への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ１１４が設けられる。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。

直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力供給装置１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置であり、宅内網において直流機器１０２が構築するサブシステムなどと通信を行う。

図示例では、サブシステムとして、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１、照明器具のような照明系の直流機器１０２からなる照明システムＫ１０２，Ｋ１０５、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器１０２からなるインターホンシステムＫ１０３、火災感知器のような警報系の直流機器１０２からなる住警器システムＫ１０４などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。

上述した直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、情報機器システムＫ１０１、照明システムＫ１０２およびインターホンシステムＫ１０３、住警器システムＫ１０４、照明システムＫ１０５に関連付けて４個の直流ブレーカ１１４を設けている。１台の直流ブレーカ１１４に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割する接続ボックス１２１が設けられる。図示例においては、照明システムＫ１０２とインターホンシステムＫ１０３との間に接続ボックス１２１が設けられている。

情報機器システムＫ１０１としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で家屋Ｈに先行配置（家屋Ｈの建築時に施工）される直流コンセント１３１に接続される直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。

照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、家屋Ｈに先行配置される照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０２と、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０５とが設けられる。引掛シーリング１３２には、家屋Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。

照明システムＫ１０２を構成する直流機器１０２である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ１４１は直流機器１０２とともに通信の機能を有している。また、スイッチ１４１の操作によらず、宅内網の別の直流機器１０２あるいは宅内サーバ１１６から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。

上述した直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２には、任意の直流機器１０２を接続することができ、接続された直流機器１０２に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。

これらの直流アウトレットは、直流機器１０２に直接設けた接触子（図示せず）または接続線を介して設けた接触子（図示せず）が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有している。すなわち、直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された直流機器１０２が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。直流機器１０２だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。

宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴに接続される接続口を有している。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合には、広域網ＮＴに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ２００によるサービスを享受することができる。

センタサーバ２００が提供するサービスには、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として直流機器１０２であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。

宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）の取得の機能を備える。

宅内サーバ１１６は、センタサーバ２００との通信機能を用いることにより、広域網ＮＴに接続された通信端末からセンタサーバ２００を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。

通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。

また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ２００に通知し、センタサーバ２００から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。

宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ１１６では、ＵＰｎＰ（Universal Plug and Play）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ１１６はブラウザ機能を有する表示器１１７を備え、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。この表示器１１７はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。

宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。

機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、たとえば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。

ところで、直流電力供給装置１０１は、基本的には、商用電源のように宅外から供給される交流電源ＡＣの電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、交流電源ＡＣは、分電盤１１０に内器として取り付けられた主幹ブレーカ１１１を通して、スイッチング電源を含むＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に接続される。

直流電力供給装置１０１には、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、商用電源ＡＣの停電期間）に備えて二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することも可能になっている。交流電源ＡＣから直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図示例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含み、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。

分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよいが、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電され、二次電池１６２の放電は、交流電源ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流電力供給装置１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器１０２への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の入力電力として用いる構成を採用してもよい。

直流機器１０２の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部１１３にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された直流機器１０２）に対して１種類の電圧が供給されるが、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。あるいはまた、直流供給線路Ｗｄｃを２線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。

上述の構成例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ図示しているが、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設することが可能であり、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させるのが望ましい。

上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や直流機器１０２を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器１０２に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。

上述の例では主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２により直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置しているが、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。

この場合、家屋Ｈの各階や各部屋を単位として直流電力供給装置１０１を設けることができるから、直流電力供給装置１０１を系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する直流機器１０２との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなるから、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。

（実施形態）
以下では、図１を参照して本実施形態の要部について説明する。図１において実線は電力の供給経路を示し、破線は通信経路を示している。上述のように、通信信号は直流電圧に重畳されているものとするが、通信信号を伝送する通信路を直流供給線路Ｗｄｃとは別に設けてもよい。直流電力供給装置１０１は、協調制御部１１３においてＤＣ／ＤＣコンバータからなる電源回路部１０を備えている。電源回路部１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３から得られる直流電力の電圧を調節して直流供給線路Ｗｄｃの線間に印加する。

電源回路部１０の出力電圧は複数種類から選択可能になっている。具体的には、電源回路部１０を構成するＤＣ／ＤＣコンバータに設けたスイッチング素子のオンデューティを制御するＰＷＭ制御を行うことにより、電源回路部１０の出力電圧を調節する。電源回路部１０は、出力電圧の異なる複数個の電源回路と、直流供給線路Ｗｄｃに接続する電源回路を択一的に選択する選択スイッチとで構成してもよい。ただし、後者の構成を採用する場合には、選択スイッチで選択されていない電源回路の動作を停止するのが望ましい。また、後者の構成を採用すると出力電圧は複数段階に変化することになるが、前者の構成を採用すれば、電源回路部１０の出力電圧を複数種類から選択しながらも、出力電圧の微調整が可能になる。

電源回路部１０の出力電圧の選択は電圧制御部１１が行う。電圧制御部１１は、統括制御部１２からの指示を受けて電源回路部１０の出力電圧を選択する。統括制御部１２は、タイミング信号生成部１３に受電タイミング信号の生成を指示するとともに、電源回路部１０の出力電圧を電圧制御部１１に指示する。また、タイミング信号生成部１３で生成された受電タイミング信号は、給電側通信部１４を通して受電装置１０３への通信信号として直流供給線路Ｗｄｃに送出される。電源回路部１０、電圧制御部１１、総括制御部１２、タイミング信号生成部１３、給電側通信部１４は直流電力供給装置１０１に設けられる。

上述のように、電源回路部１０は出力電圧が複数種類から選択可能であり、２線式もしくは３線式の１つの直流供給線路Ｗｄｃに出力電圧を印加するから、電源回路部１０の出力電圧を選択することにより直流供給線路Ｗｄｃの線間電圧が変化する。

直流供給線路Ｗｄｃには、直流機器１０２が直接接続されるか（図２参照）、あるいは直流アウトレット（アウトレット）を介して直流機器１０２が接続される。図１には直流機器１０２が直流アウトレットとしての直流コンセント１３１に接続された例を示しているが、引掛シーリング１３２を直流アウトレットとして用いることも可能である。図１に示す構成例では直流コンセント１３１が受電装置１０３を内蔵し、図２に示す構成例では直流機器１０２′が直流機器１０２′として期待される機能を奏する主機能部１０２ａとともに受電装置１０３を内蔵する。

受電装置１０３は、直流供給線路Ｗｄｃから直流電力を受電するか否かを選択する受電制御部２１と、受電制御部２１で受電した直流電力を蓄電する蓄電部２２と、直流電力供給装置１０１に設けた給電側通信部１４と直流供給線路Ｗｄｃを通して通信する受電側通信部２３とを備える。受電側通信部２３と給電側通信部１４とには通信に必要な識別情報が設定される。受電制御部２１は、タイミング信号生成部１３から給電側通信部１４および受電側通信部２３を通して受信した受信タイミング信号により指示されるタイミングで直流供給線路Ｗｄｃから直流電力を受電する。蓄電部２２は、たとえば二次電池を備え、受電制御部２１で受電した直流電力を蓄電する。

直流コンセント１３１の器体には、直流機器１０２に設けたプラグや直流機器１０２に設けた引掛栓刃のような接続子が着脱可能に接続される機器接続口１３１ａと、直流供給線路Ｗｄｃに直流コンセント１３１を接続するための電源接続端子１３１ｂとが設けられる。機器接続口１３１ａは接続子を差込接続する構造が望ましい。

受電側通信部２３は、直流供給線路Ｗｄｃの線間に印加された直流電圧に高周波の通信信号を重畳することにより給電側通信部１４との間で通信信号を授受する構成であるから、電源接続端子１３１ｂにおいて通信専用の接続部を設ける必要がなく、直流コンセント１３１と直流供給線路Ｗｄｃとの接続作業が容易であり施工が容易になる。このことは、受電装置１０３を備える直流機器１０２′を直流供給線路Ｗｄｃに接続する場合も同様である。

蓄電部２２は、蓄電した直流電力を機器接続部１３１ａに接続された直流機器１０２に供給する。蓄電部２２に蓄電される直流電力の電力量は、受電制御部２１が直流供給線路Ｗｄｃから受電した電力量により決まるから、受電制御部２１において受電する電力量は直流機器１０２の駆動に必要な電力量によって決まる。また、蓄電部２２の出力電圧は直流供給線路Ｗｄｃから受電した電圧と同電圧になる。

したがって、電源回路部１０が直流供給線路Ｗｄｃの線間に印加する電圧を、直流機器１０２（もしくは直流機器１０２′の主機能部１０２ａ）を動作させるのに必要な電圧とすることにより、受電装置１０３では電圧変換を行うことなく直流機器１０２（もしくは直流機器１０２′の主機能部１０２ａ）に給電することが可能になっている。以下では、直流機器１０２と直流機器１０２′の主機能部１０２ａとを区別せずに、直流機器１０２として説明する。

次に、受電制御部２１が直流供給線路Ｗｄｃから受電するタイミングを制御する技術について説明する。以下に説明する例では、直流供給線路Ｗｄｃに３台の受電装置１０３が接続されている場合を例とし、各受電装置１０３を区別するためにＡ，Ｂ，Ｃの符合を用いる。各受電装置１０３では、直流機器１０２を動作させるのに必要な電力量と電圧とに応じて受電することが必要であり、電圧は電源回路部１０の出力電圧により決まり、受電した電圧が一定であれば電力量は受電装置１０３が受電した時間によって決まる。

まず、各受電装置１０３で異なる電圧の直流電力を受電する場合について説明する。この例では電力量はとくに考慮せず、以下の動作によって直流機器１０２を動作させるのに必要な電力量を確保することができ、蓄電部２２での蓄電量も直流機器１０２を動作させるための必要量を確保できるものとする。電源回路部１０の出力電圧が選択されるのに応じて各受電装置１０３に直流電力を受電させるには、直流電力供給装置１０１から各受電装置１０３に受電のタイミングを指示する必要がある。そのため、電源回路部１０の出力電圧を変更するたびに受電装置１０３を指定する方法を採用することができる。

すなわち、図３（ａ）に示すように、直流電力供給装置１０１から各受電装置１０３の受電通信部２３に設定された識別情報ＩＤを含む受電タイミング信号ＴＭを送信した後に、当該受電装置１０３に受電させる電圧を直流供給線路Ｗｄｃに印加する。図示例では、一定時間Ｔ１ごとに受電装置１０３の識別情報ＩＤを含む受電タイミング信号ＴＭを発生している。すなわち、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ受電させる電圧を直流供給線路Ｗｄｃに印加するにあたって、電源回路部１０による電圧印加前に、それぞれ受電装置Ａ，Ｂ，Ｃを指定する識別情報を含む受電タイミング信号ＴＭを送信するのである。

上述の制御は直流電力供給装置１０１における統括制御部１２の主導で行う。すなわち、統括制御部１２は、電圧制御部１１に電源回路部１０の出力電圧を指示するとともに、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃごとの出力電圧を電源回路部１０が出力する前にタイミング信号生成部１３に受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの識別情報を含む受電タイミング信号を送信させる。

このような動作によって、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃでは、受電タイミング信号に自身を指定する識別情報ＩＤを含むか否かを判断し、自身を指定している受電タイミング信号を受信した受電装置１０３では、受電タイミング信号の後の一定時間である規定期間において、直流供給線路Ｗｄｃから直流電力を受電することが可能になる。つまり、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに対して直流供給線路Ｗｄｃに印加されている異なる電圧の直流電力を各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃで分離して受電することが可能になる。

図３（ａ）の動作例では、直流電力供給装置１０１が受電先を指定する受電タイミング信号を各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃごとに個別に発生させているが、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数が固定され、かつ受電させる順番も固定されているときには、電源回路部１０の出力電圧を時間変化させる変化パターンは一定になるから、図３（ｂ）のように、同期信号ＳＹとなる受電タイミング信号ＴＭを送信した後に、電源回路部１０の出力電圧を規定の変化パターンで変化させる技術を採用することができる。

すなわち、直流電力供給装置１０１の統括制御部１２では、タイミング信号生成部１３に同期信号ＳＹとなる受電タイミング信号の発生を指示した後に、一定時間ずつの受電期間Ｔｕを並べた一定周期Ｔ２の変化パターンで電圧制御部１１に電源回路部１０の出力電圧を指示する。この動作により、図３（ｂ）のように、受電タイミング信号ＴＭに引き続いて一定時間ずつの受電期間Ｔｕを順に並べた変化パターンで直流供給線路Ｗｄｃの線間電圧を変化させることができる。

受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの受電制御部２１では、受電側通信部２３が同期信号となる受電タイミング信号ＴＭを受信すると、上述の変化パターンのうち自身が受電するタイミングである規定期間（受電期間Ｔｕ）において直流供給線路Ｗｄｃから直流電力を受電する。

図３（ｂ）に示す技術を採用する場合には、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃでは自身が受電する受電期間Ｔｕを管理する必要があるが、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの識別情報ＩＤを含む受電タイミング信号ＴＭを毎回送信する図３（ａ）の技術を採用する場合に比較すると、受電タイミング信号ＴＭを送信する回数が少なくなり単位時間当たりで給電に利用できる時間の割合を増加させ、より多くの電力を受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに給電することが可能になる。

図３（ｂ）に示す例では、変化パターンについて受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数が固定され、かつ受電させる順番も固定されている場合を想定しているが、変化パターンのうち受電させる順番が可変である場合には、図３（ｃ）に示すように、順序情報ＰＴを含む受電タイミング信号ＴＭを送信し、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃには、順序情報ＰＴに従う規定期間である受電期間Ｔｕに受電させるようにしてもよい。図３（ｂ）に示した例と同様に、受電期間Ｔｕは一定時間になっている。

各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃにおける受電制御部２１では、受電タイミング信号ＴＭの順序情報ＰＴにより指示された順番から自身が受電する受電期間Ｔｕを求め、求めた受電期間Ｔｕに直流供給線路Ｗｄｃから受電する。

この動作では、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに対して順序情報ＰＴを送信しているから、直流機器１０２のオンオフなどによって、受電する受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数が変化したような場合にも、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数の変化に容易に対応することができるから、直流供給線路Ｗｄｃに対して受電相手である受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの存在しない電圧を印加することがなく、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに無駄なく受電させることが可能になる。

また、各受電タイミング信号ＴＭには順序情報ＰＴが含まれるから、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数の変化に対して柔軟な対応が可能になる。つまり、受電タイミング信号ＴＭを発生させる時間間隔Ｔ３は可変になる。また、図３（ｂ）の動作例と同様に図３（ａ）の動作例よりも受電タイミング信号ＴＭの発生回数が少ないから、単位時間当たりで給電に利用できる時間の割合が増加する。

ところで、図３（ｂ）（ｃ）に示した動作例では、既知または指示した変化パターンで電源回路部１０の出力電圧を変化させるから、変化パターンを適宜に設定することにより、受電タイミング信号ＴＭを１回送信するたびに、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの少なくとも一部に対して複数回の受電が許容される。つまり、図３（ｂ）に示す例のように、受電タイミング信号ＴＭを１回送信したときに各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに１回ずつ受電させる動作だけではなく、図３（ｃ）に示す例のように、いずれかの受電装置Ａ，Ｂ，Ｃ（図示例では受電装置Ａ）に複数回の受電を行わせることができる。

このように複数回の受電を許容しておくことにより、単位時間当たりの受電量を必要に応じて増加させることが可能になり、直流機器１０２に必要な電力量が多い場合でも対応した給電が可能になる。ここに、受電タイミング信号ＴＭの１回の送信について同じ受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに複数回給電する場合に、同じ受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの受電期間Ｔｕは集中しているよりも分散しているほうが望ましい。つまり、受電期間Ｔｕを分散させることにより、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに設けた蓄電部２２に蓄積される電荷量の変化幅（最大値と最小値との差）が小さくなり、直流機器１０２に給電する電圧の安定度が高くなる。

なお、図３（ａ）を用いて示した技術では、受電タイミング信号ＴＭにより受電装置Ａ，Ｂ，Ｃを指定する識別情報ＩＤを通知しているから、図３（ａ）の技術を用いても単位時間当たりに受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに給電する電力量を可変にすることが可能である。

図３（ａ）〜（ｃ）に示した動作例では、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの１回の受電期間Ｔｕが一定時間であるが、単位時間当たりに受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに受電させる電力量を異ならせる技術として、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃでの１回の受電の時間を異ならせる方法を採用することも可能である。この技術を採用する場合には、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃでは、受電する順序および時間を知ることが必要になる。受電する順序については図３（ｃ）の動作例のように順序情報ＰＴとして示すことが可能であるが、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数が固定であれば順序情報ＰＴは提示しなくてもよい。図３（ｄ）には順序情報を含まない受電タイミング信号ＴＭを用いた動作例を示す。

すなわち、図３（ｄ）に示す動作例では、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに受電させる順序は既知であって、受電タイミング信号ＴＭには、各受電装置Ａ、Ｂ，Ｃに受電させる時間を指定する時間情報ＰＲを変化パターンとして含めている。また、直流電力供給装置１０１では、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに受電させる電圧を、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃに受電させようとする時間だけ継続させて直流供給線路Ｗｄｃに印加する。一方、各受電装置Ａ，Ｂ，Ｃでは受電タイミング信号ＴＭに含まれる時間情報ＰＲにより示された規定期間において受電する。したがって、受電タイミング信号ＴＭが発生する時間間隔Ｔ４は可変であり、また、毎回の受電期間も可変になる。

この動作では、受電タイミング信号ＴＭの発生毎に変化パターンを変更することが可能であり、動作させる直流機器に応じて柔軟な給電が可能になる。つまり、消費電力の小さい直流機器１０２には短時間の給電を行い、消費電力の大きい直流機器１０２には長時間の給電を行うことにより、各直流機器１０２に対して過不足のない給電が可能になる。

直流電力供給装置１０１が直流供給線路Ｗｄｃに印加する電圧の時間変化である変化パターンは、直流電力供給装置１０１に対して適宜の指示装置（たとえば、表示器１１７）を用いて指示してもよいが、受電装置Ａ，Ｂ，Ｃの台数の変化に柔軟に対応するためには、各受電装置１０３からの給電の要求を受けて変化パターンを決めるのが望ましい。たとえば、受電装置１０３において、直流機器１０２の動作状態（オンオフや消費電力）を監視し、直流機器１０２の動作状態に応じて直流電力供給装置１０１に給電を要求し、直流電力供給装置１０１の統括制御部１２において変化パターンを決定するのが望ましい。この動作では、直流機器１０２の動作の変化に柔軟に対応して過不足ないように給電を行うことが可能になり、省エネルギの促進につながる。

給電側通信部１４は受電装置１０３の受電側通信部２３と通信を直接行う例を示したが、給電側通信部１４と受電側通信部２３との間で、宅内サーバ１１６を介在させて通信を行うようにしてもよい。

実施形態を示す要部ブロック図である。 同上の他の構成例の要部ブロック図である。 同上の動作説明図である。 同上の全体構成を示す構成図である。

符号の説明

１０ 電源回路部
１１ 電圧制御部
１２ 統括制御部
１３ タイミング信号生成部
１４ 給電側通信部
２１ 受電制御部
２２ 蓄電部
２３ 受電側通信部
１０１ 直流電力供給装置
１０２，１０２′ 直流機器
１０３ 受電装置
１３１ 直流コンセント（アウトレット）
１３２ 引掛シーリング（アウトレット）
Ｈ 家屋（建築物）
Ｗｄｃ 直流供給線路

Claims (10)

1. 直流電力を供給する直流電力供給装置と、直流供給線路を介して直流電力供給装置から直流電力を受電する複数台の受電装置と、各受電装置が受電した直流電力によりそれぞれ駆動される直流機器とを備え、直流電力供給装置は、出力電圧が複数種類から選択可能な電源回路部と、電源回路部の出力電圧を選択する電圧制御部と、受電装置との間で通信する給電側通信部と、受電装置に受電させるタイミングを指定する受電タイミング信号を生成し給電側通信部を通して受電タイミング信号を送信するタイミング信号生成部と、各受電装置が受電タイミング信号により指定されたタイミングで直流機器の駆動に必要な直流電圧を受電できるように電源回路部の出力電圧を電圧制御部に指示する統括制御部とを備え、受電装置は、直流電力供給装置との間で通信する受電側通信部と、受電側通信部を通して受信した受電タイミング信号により指示されたタイミングで直流供給線路から直流電力を受電する受電制御部と、受電制御部が受電した直流電力を蓄電するとともに蓄電した直流電力を直流機器に供給する蓄電部とを備えることを特徴とする電力供給システム。
2. 前記統括制御部は、前記直流機器の駆動に必要な直流電圧を前記受電装置ごとに受電させるように前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、電源回路部が受電装置ごとの出力電圧を電源回路部が出力する前に、前記タイミング信号生成部に当該受電装置の識別情報を含む受電タイミング信号を送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が当該受電装置の識別情報を含む受電タイミング信号を受信した後の規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
3. 前記統括制御部は、一定時間ずつの受電期間を並べた一定周期の変化パターンで前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、変化パターンの周期毎に前記タイミング信号生成部に同期信号となる受電タイミング信号を送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が同期信号となる受電タイミング信号を受信した後に前記変化パターンのうちの既知の規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
4. 前記統括制御部は、一定時間ずつの受電期間の組合せにより規定された所定の変化パターンで前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、変化パターンごとに受電させる受電装置の順序情報を含む受電タイミング信号を前記タイミング信号生成部に送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が受電タイミング信号を受信した後に受電タイミング信号に含まれた順序情報に従う規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
5. 前記受電装置は、前記変化パターン内において前記直流供給線路から複数回の受電が許容されていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の電力供給システム。
6. 前記統括制御部は、可変時間の受電期間の組合せにより規定された所定の変化パターンで前記電圧制御部に前記電源回路部の出力電圧を指示するとともに、変化パターンごとに受電させる受電装置の時間情報を含む受電タイミング信号を前記タイミング信号生成部に送信させ、前記受電制御部は、前記受電側通信部が受電タイミング信号を受信した後に受電タイミング信号に含まれた時間情報に従う規定期間において前記直流供給線路から直流電力を受電することを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
7. 前記統括制御部は、前記受電装置からの給電の要求を受けて前記変化パターンを決めることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の電力供給システム。
8. 前記受電装置は、前記直流供給線路に接続され前記直流機器が着脱可能に接続されるアウトレットに設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給システム。
9. 前記受電装置は、前記直流機器に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給システム。
10. 直流供給線路に印加する出力電圧が複数種類から選択可能であって直流供給線路に接続された受電装置に直流電力を受電させる電源回路部と、電源回路部の出力電圧を選択する電圧制御部と、受電装置との間で通信する給電側通信部と、受電装置に受電させるタイミングを指定する受電タイミング信号を生成し給電側通信部を通して受電タイミング信号を送信するタイミング信号生成部と、受電装置が受電タイミング信号により指定されたタイミングで直流機器の駆動に必要な直流電圧を受電できるように電源回路部の出力電圧を電圧制御部に指示する統括制御部とを備えることを特徴とする直流電力供給装置。

Images