JP2009232674A - 電源供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の電源機器による並列運転において、負荷電流の変化や電源機器の供給能力の変化があっても、負荷機器への供給電圧を定電圧に保ちながら各電源機器の出力電流を調整し、負荷機器への電力供給を行う。
【解決手段】並列運転して直流電力を直流機器102に供給する複数台の電源機器4,4・・・は、1台の第1の電源機器4aと複数台の第2の電源機器4b〜4dとで構成されている。第1の電源機器4aは、出力電流の大きさに関わらず定電圧となる直流電圧を出力電圧とするものである。第2の電源機器4b〜4dは、出力電流が大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧とするものである。第2の電源機器4b〜4dは、調整手段によって、直流機器102への電力供給時に、第2の電源機器4b〜4dからの出力電圧を定電圧に保つように、出力電流と出力電圧の関係を示す出力電流−出力電圧特性をシフトする。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数台の電源機器が並列運転して直流電力を負荷機器に供給する電源供給装置に関するものである。
従来から、複数台の電源機器が並列運転して直流電力を負荷機器に供給する電源供給装置として、さまざまな方式のものが知られている。
従来の電源供給装置の一例として、全ての電源機器が定電圧制御を行う電源供給装置がある。この電源供給装置では、全ての電源機器の出力電圧が、それぞれ同じ大きさの定電圧となるように設定されている。
ところが、この電源供給装置では、実際には全ての電源機器の出力電圧を精度よく同じ大きさに設定することが難しく、電源機器間に出力電圧の差が生じてしまう。このため、上記電源供給装置では、最大出力電圧の電源機器のみが供給能力分だけ直流電力を負荷機器に供給し、上記電源機器からの電力供給のみでは不足するときに、不足した電力分を他の電源機器が供給するようになる。その結果、上記電源供給装置には、最大出力電圧の電源機器つまり特定の電源機器に負担が集中し、複数台の電源機器が並列運転する利点が低減するという問題があった。
上記問題を解決するものとして、出力電流が大きくなると出力電圧が単調に小さくなる電源機器を2台備える電源供給装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この電源供給装置では、2台の電源機器の出力電流−出力電圧特性の傾斜角度が異なっている。つまり、出力電流が同じ大きさだけ変化したときに、一方の電源機器の出力電圧の変化量と他方の電源機器の出力電圧の変化量とが異なる。
上記のような電力供給装置では、負荷機器側の使用電流(負荷電流)の大きさに応じて、各電源機器がそれぞれ負荷電流と各出力電流−出力電圧特性のバランス点で落ち着くことによって、各電源機器から任意の電圧と電流を出力することができる。
特開平10−248253号公報
しかしながら、2台の電源機器の出力電流−出力電圧特性の傾斜角度が異なっている電源供給装置は、負荷電流の大きさに応じて各電源機器の出力電圧つまり負荷機器への供給電圧が変動してしまうため、負荷機器への供給電圧を安定に保つことができないという問題があった。仮に、このような電源供給装置に対して、各電源機器の出力電流を所望の電流値に変更したときに、変更前後において負荷機器への供給電圧を定電圧に保つためには、2台の電源機器の出力電流−出力電圧特性の両方を水平移動する必要があり、構成が複雑になってしまう。
ここで、上記問題を解決するための手段として、並列運転する複数台の電源機器のうち、1台の電源機器を定電圧制御とし、残りの電源機器を定電流制御とする電源供給装置が考えられる。このような電源供給装置では、定電流制御の電源機器において出力電流の大きさが予め設定されており、この定電流制御の電源機器の出力電圧が定電圧制御の電源機器の出力電圧(基準電圧)に合わせ込まれた状態で、定電流制御の電源機器からは、設定された大きさの出力電流が負荷機器に供給される。このとき、負荷電流の不足分は、定電圧制御の電源機器から負荷機器に供給される。これにより、この電源供給装置では、負荷電流がある程度変化しても、負荷機器への供給電圧を定電圧(定電圧制御の電源機器で設定された出力電圧)に保ったまま、負荷機器への電力供給を安定に行うことができる。
ところが、定電圧制御の電源機器と定電流制御の電源機器とを組み合わせた電源供給装置では、定電圧制御の電源機器の供給能力がなくなった場合(例えば商用電源が接続されている場合、商用電源の停電や瞬停など)、定電流制御の電源機器において、出力電圧を合わせ込むための基準電圧がなくなるため、出力電圧が極端に高くなって過電圧となったり、極端に低くなって電圧不足になったりしてしまう。つまり、上記電源供給装置では、定電圧制御の電源機器の供給能力がなくなった場合に、負荷機器への供給電圧を定電圧に保つことができない。
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数台の電源機器による並列運転において、負荷電流の変化や電源機器の供給能力の変化があっても、負荷機器への供給電圧を定電圧に保ちながら各電源機器の出力電流を調整することができ、その結果、負荷機器への電力供給を行うことができる電源供給装置を提供することにある。
請求項1の発明は、並列運転して直流電力を負荷機器に供給する複数台の電源機器を備える電源供給装置であって、前記複数台の電源機器は、出力電流の大きさに関わらず定電圧となる直流電圧を出力電圧とする1台の第1の電源機器と、出力電流が大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧とする第2の電源機器とで構成され、前記第2の電源機器は、前記負荷機器への電力供給時に当該第2の電源機器からの出力電圧を定電圧に保つように、出力電流と出力電圧の関係を示す出力電流−出力電圧特性をシフトする調整手段を備えることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記調整手段は、前記出力電流の大きさを指示するための指示値が入力され、前記出力電流が前記指示値になるように前記出力電流−出力電圧特性をシフトすることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記調整手段は、シフト後の出力電流−出力電圧特性において前記第2の電源機器の出力電圧が前記第1の電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときに前記第2の電源機器の出力電流が前記指示値になるように、シフト前の前記第2の電源機器の出力電圧に所定電圧を加算又は減算することを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れか1項の発明において、前記第1の電源機器には、商用電源からの電源電圧が入力されることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項2又は3の発明において、前記第2の電源機器は、出力電流を検出する電流検出手段と、出力電圧を検出する電圧検出手段と、スイッチング素子を有し当該スイッチング素子のオンオフ動作により電力変換を行うDC−DCコンバータと、前記電流検出手段の検出結果と前記電圧検出手段の検出結果とに基づいて前記出力電流−出力電圧特性になるように前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御するためのパルス幅変調信号を当該スイッチング素子に出力するスイッチング制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記調整手段は、前記指示値が入力され当該指示値に応じた値と前記電流検出手段の検出結果との差分値を算出し、当該差分値を前記スイッチング制御手段に出力し、前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段の検出結果と前記差分値とに応じて前記パルス幅変調信号のオンデューティ幅を変更することを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項2又は3の発明において、前記調整手段は、前記電流検出手段の検出結果と前記指示値との誤差を算出し、当該誤差を低減するように前記出力電流−出力電圧特性のシフトを補正することを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項1乃至7の何れか1項の発明において、前記調整手段は、前記出力電流−出力電圧特性のうち、出力電圧の高い領域を当該出力電流−出力電圧特性よりも傾きの小さい特性で制限することを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項1乃至8の何れか1項の発明において、前記第2の電源機器として、太陽電池に接続される太陽電池用電源機器と、二次電池に接続される二次電池用電源機器とがあり、前記太陽電池用電源機器は、前記太陽電池の供給能力範囲内で当該太陽電池が最大出力電力となるように当該太陽電池用電源機器の出力電流−出力電圧特性をシフトして、当該太陽電池用電源機器の出力電流を前記負荷機器に供給し、当該太陽電池用電源機器の出力電流が当該負荷電流より大きい場合、当該太陽電池用電源機器の残りの出力電流によって前記二次電池を充電させ、前記二次電池用電源機器は、前記負荷電流が前記太陽電池用電源機器の出力電流より大きい場合、当該二次電池用電源機器の出力電流を当該負荷機器に供給するように、当該二次電池用電源機器の出力電流−出力電圧特性をシフトし、前記第1の電源機器は、前記負荷電流が前記太陽電池用電源機器の出力電流と前記二次電池用電源機器の出力電流との総和より大きい場合、当該第1の電源機器の出力電流を当該負荷機器に供給することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、第2の電源機器の出力電流−出力電圧特性をシフトすることによって、負荷機器側の使用電流(負荷電流)が変化した場合であっても、第2の電源機器の供給能力が変化した場合であっても、定電圧を保ちながら、第2の電源機器の出力電流の大きさを調整することができる。これにより、負荷機器への電力供給を安定に行うことができる。
請求項2の発明によれば、指示値に応じて出力電流−出力電圧特性を容易にシフトさせることができる。
請求項3の発明によれば、シフト後の出力電流−出力電圧特性において第2の電源機器の出力電圧が第1の電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときに第2の電源機器の出力電流が指示値になるように、シフト前の第2の電源機器の出力電圧に所定電圧を加算又は減算することによって、負荷電流が変化しても、第2の電源機器の出力電流の大きさを容易に指示値に調整することができる。
請求項4の発明によれば、安定した電力を供給する商用電源からの電源電圧が第1の電源機器に入力されることによって、負荷機器のオンオフによる負荷変動の影響を低減することができ、負荷機器への電力供給をより安定に行うことができる。
請求項5の発明によれば、第2の電源機器において、出力電流が大きくなるにつれて単調に出力電圧が小さくなる関係を、第1の電源機器の構成から部品点数をほとんど増やすことなく、容易に実現することができる。
請求項6の発明によれば、第2の電源機器の出力電流の大きさを容易に調整することができる。
請求項7の発明によれば、第2の電源機器において、実際に流れている出力電流をフィードバックし、この出力電流と指示値との誤差を補正することによって、出力電流の精度を高めることができる。
請求項8の発明によれば、負荷電流が小さくなった場合に、出力電圧の上昇を抑制することができるので、負荷機器にかかる電圧の上昇を抑制することができる。
請求項9の発明によれば、太陽電池用電源機器の出力電流を負荷機器に供給したり、上記出力電流で二次電池を充電させたりすることによって、太陽電池を有効に利用することができるとともに、第1の電源機器の利用を最小限にすることができ、省エネルギー化を図ることができる。
実施形態1の要部を示すブロック図である。 同上の構成図である。 同上に係る第1の電源機器の回路図である。 同上に係る第2の電源機器の回路図である。 同上に係る電源供給装置において、(a)が第2の電源機器の出力電流−出力電圧特性を示す図、(b)が第1の電源機器の出力電流−出力電圧特性を示す図、(c)が第2の電源機器の出力電流について説明する図である。 同上に係る第2の電源機器の動作を説明する図である。 同上に係る第2の電源機器の出力電流−出力電圧特性のシフトについて説明する図である。 実施形態2の要部を示すブロック図である。 実施形態3に係る電源供給装置の出力電流−出力電圧特性を示す図である。 同上に係る電源供給装置の要部を示すブロック図である。 実施形態4に係る電源供給装置の出力電流−出力電圧特性を示す図である。 実施形態5に係る電源供給装置の要部を示すブロック図である。 同上に係る電源供給装置において、(a)がACDCコンバータの出力電流−出力電圧特性を示す図、(b)がPVコンバータの出力電流−出力電圧特性を示す図、(c)がBATコンバータの出力電流−出力電圧特性を示す図である。 実施形態6に係る第2の電源機器の回路図である。 同上の要部を示すブロック図である。 同上に係る第2の電源機器の機能を説明する図である。 実施形態7の要部を示すブロック図である。 実施形態8の要部を示すブロック図である。
(実施形態1)
以下に説明する形態は、本発明を適用する建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。家屋Hには、図2に示すように、直流電力を出力する直流電力供給部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、直流電力供給部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。直流電力供給部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上で直流電力供給部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、直流電力供給部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からなる玄関システム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及び玄関システム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と玄関システム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、又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)又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、例えば、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、直流電力供給部101は、基本的には、商用電源のように宅外から供給される商用電源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、商用電源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。
直流電力供給部101には、商用電源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。商用電源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、商用電源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、直流電力供給部101を構成する主電源及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、主電源及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。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、主電源及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2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部101を設けることができるから、直流電力供給部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及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。
続いて、直流電力供給部101に収納されている電源供給装置3について図1を用いて説明する。電源供給装置3は、並列運転して直流電力を直流機器(負荷機器)102に供給する複数台(図示例では4台)の電源機器4,4・・・を備えている。
複数台の電源機器4,4・・・は、1台の第1の電源機器4aと複数台(図示例では3台)の第2の電源機器4b〜4dとで構成されている。
第1の電源機器4aは、出力電流Ioutの大きさに関わらず常に定電圧となる直流電圧を出力電圧Voutとするものである(図5(b)参照)。第1の電源機器4aには、商用電源ACからの電源電圧が入力電圧Vinとして入力される。
この第1の電源機器4aは、図3に示すように、出力電圧Vout(Voa)を検出する電圧検出手段50と、基準電圧V2と電圧検出手段50の検出電圧V1とに応じてオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S1を生成するスイッチング制御手段51と、スイッチング制御手段51からのパルス幅変調信号S1のオンデューティ幅に応じてオンオフ動作するスイッチング素子520を有するDC−DCコンバータ52とを備えている。
電圧検出手段50は、直列接続の2つの抵抗器500,501と、抵抗器500,501による分割電圧が入力される電圧ホロア502とを備えており、第1の電源機器4aの出力電圧Vout(Voa)を検出する。
スイッチング制御手段51は、電圧検出手段50の検出電圧(電圧ホロア502の出力電圧)V1及び基準電圧V2が入力されるスイッチングIC510を備えている。
スイッチングIC510は、基準電圧V2と検出電圧V1との差分電圧(V2−V1)が一定となるようにオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S1をスイッチング素子520に出力する。つまり、スイッチングIC510は、出力電圧Vout(検出電圧V1)が常に一定となるように、パルス幅変調信号S1のオンデューティ幅を設定する。
DC−DCコンバータ52は、入力側から順に、平滑コンデンサ521と、インダクタ522と、スイッチング素子520と、ダイオード523と、平滑コンデンサ524とを備えており、スイッチング素子520のオンオフ動作によって入力電圧Vinを昇圧する。
スイッチング素子520は、例えば電界効果トランジスタなどであり、スイッチングIC510からのパルス幅変調信号S1が抵抗器525を介してゲートに入力される。スイッチング素子520がオンになると、ソースとドレインの間が導通し、インダクタ522には電磁エネルギーが蓄えられる。その後、スイッチング素子520がオフになると、インダクタ522に蓄えられた電磁エネルギーが放出されることによって昇圧する。昇圧された電圧は平滑コンデンサ524で平滑される。平滑コンデンサ524で平滑された直流電圧は、出力電圧Voutとして直流機器102(図1参照)に出力される。
上記の動作により、第1の電源機器4aは、図5(b)に示すように、出力電流Ioutの大きさに関わらず出力電圧Voutを一定の直流電圧とする出力電流−出力電圧特性から外れないようにフィードバック制御を行うことができる。
第2の電源機器4b〜4dは、図5(a)に示すように、出力電流Ioutが大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧Voutとするものである。このような第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性を、Vout=−αIout+V0(α>0、V0>0)と表わすことができる。上記の出力電流−出力電圧特性では、Vout+αIoutはV0で一定値となる。αは、第2の電源機器4b〜4dごとに異なった値であってもよいし、同じ値であってもよい。
図1に示すように、第2の電源機器4bには太陽電池161が接続され、第2の電源機器4cには二次電池162が接続され、第2の電源機器4dには燃料電池163が接続されている。第2の電源機器4b〜4dは、それぞれ各電池161〜163から入力電圧Vinが入力される。
第2の電源機器4b〜4dは、図4に示すように、出力電流Iout(Iob,Ioc,Iod)を検出する電流検出手段60と、出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)を検出する電圧検出手段61と、電圧検出手段61の検出電圧V5と電流検出手段60から出力される電圧V8とに応じてオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S2を生成するスイッチング制御手段62と、スイッチング制御手段62からのパルス幅変調信号S2のオンデューティ幅に応じてオンオフ動作するスイッチング素子630を有するDC−DCコンバータ63と、出力電流−出力電圧特性における出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)に所定電圧を加算又は減算する調整手段64とを備えている。
電流検出手段60は、抵抗器600,605と、抵抗器600の両端電圧を検出する電流IC601と、電流IC601の出力電圧V3を分割する抵抗器602,603と、抵抗器602,603で分割された分割電圧が入力される電圧ホロア604とを備えており、第2の電源機器4b〜4dの出力電流Iout(Iob,Ioc,Iod)を検出する。
電圧検出手段61は、直列接続の2つの抵抗器610,611と、抵抗器610,611による分割電圧が入力される電圧ホロア612とを備えており、第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)を検出する。
スイッチング制御手段62は、電圧検出手段61の検出電圧(電圧ホロア612の出力電圧)V5及び後述の電圧V8が入力されるスイッチングIC620を備えている。
DC−DCコンバータ63は、入力側から順に、平滑コンデンサ631と、インダクタ632と、スイッチング素子630と、ダイオード633と、平滑コンデンサ634とを備えており、スイッチング素子630のオンオフ動作によって入力電圧Vinを昇圧する。
調整手段64は、後述の制御部7(図1参照)から出力電流Ioutの指示値を取得するCPU640と、CPU640の出力電圧V6を分割する2つの抵抗器641,642と、抵抗器641,642による分割電圧が入力される非反転増幅回路643とを備えている。
CPU640では、電源供給装置3の動作中において、つまり電源供給装置3による直流機器102への電力供給時において、制御部7からの指示値に基づいて、出力電流Ioutの大きさを変動するための制御が行われる。
制御部7(図1参照)は、電源供給装置3が動作中において、つまり電源供給装置3による直流機器102への電力供給時において、各電源機器4a〜4dから電源容量の情報を受け取ったり、各直流機器102から必要な電流や電力の情報を受け取ったりする。これらの情報を受け取った制御部7は、各電源機器4a〜4dに接続されている電源の発電能力や電池残量、時間帯などに応じて、システム全体としてどの電源機器4a〜4dからどれだけの電力を各直流機器102に供給すれば効率がよいのかを求め、それに応じて各電源機器4a〜4dの出力を調整する。つまり、制御部7は、システム全体の効率を考慮して、各電源機器4b〜4dの調整手段64のそれぞれに対して、各電源機器4b〜4dの出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさを指示するための指示値を送信する。なお、指示値は、電流値であってもよいし、出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさを換算した電圧値であってもよい。また、指示値は、各電源機器4b〜4dの出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさを指示するための値に限定されるものではなく、各電源機器4b〜4dの出力電力の大きさを指示するための値であってもよい。
CPU640は、制御部7からの指示値に応じた大きさの出力電圧V6を出力する。非反転増幅回路643の出力電圧V7は、CPU640の出力電圧V6が大きくなるにつれて大きくなっていき、CPU640の出力電圧V6が小さくなるにつれて小さくなっていく。
また、電流検出手段60には、電圧ホロア604と抵抗器605との間に差動増幅回路606が挿入されている。差動増幅回路606は、非反転増幅回路643の出力電圧V7と電流検出手段60の検出電圧(電圧ホロア604の出力電圧)V4との差分電圧(V7−V4)に比例した電圧V8(=β(V7−V4)(β>0))をスイッチングIC620に出力する。したがって、検出電圧V4が同じ大きさであっても、制御部7からの指示値に応じて出力電圧V6及び出力電圧V7が大きくなった場合、スイッチングIC620に出力される電圧V8も大きくなる。逆に、出力電圧V6及び出力電圧V7が小さくなった場合、スイッチングIC620に出力される電圧V8も小さくなる。なお、βの大きさは、後述のスイッチングIC620において、電圧V8が検出電圧V5と演算できるように設定される。
スイッチングIC620は、電圧V8と検出電圧V5との差分電圧(V8−V5)つまり電圧(βV7−(V5+βV4))が一定となるようにオンデューティ幅が設定(変更)されたパルス幅変調信号S2をスイッチング素子630に出力する。具体的には、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも大きくなると、スイッチングIC620は、電圧(βV7−(V5+βV4))が小さくなるように(電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるように)、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅を広く設定する。逆に、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも小さくなると、スイッチングIC620は、電圧(βV7−(V5+βV4))が大きくなるように(電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるように)、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅を狭く設定する。
スイッチング素子630は、例えば電界効果トランジスタなどであり、スイッチングIC620からのパルス幅変調信号S2が抵抗器635を介してゲートに入力される。スイッチング素子630がオンになると、ソースとドレインの間が導通し、インダクタ632には電磁エネルギーが蓄えられる。その後、スイッチング素子630がオフになると、インダクタ632に蓄えられた電磁エネルギーが放出されることによって昇圧する。昇圧された電圧は、平滑コンデンサ634で平滑される。平滑コンデンサ634で平滑された直流電圧は、出力電圧Voutとして直流機器102(図1参照)に出力される。
上記の動作により、出力電流Iout(検出電圧V4)がこれまでよりも大きくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも小さくなるが、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるようにオンデューティ幅を狭く設定して昇圧を小さくすることによって、出力電圧Vout(検出電圧V5)をこれまでよりも小さくすることができる。一方、出力電流Iout(検出電圧V4)がこれまでよりも小さくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも大きくなるが、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるようにオンデューティ幅を広く設定して昇圧を大きくすることによって、出力電圧Vout(検出電圧V5)をこれまでよりも大きくすることができる。
よって、このような構成の第2の電源機器4b〜4dは、電圧(βV7−(V5+βV4))を一定とすることによって、図5(a)に示すように、出力電流Ioutが大きくなると出力電圧Voutが単調(直線上)に小さくなる出力電流−出力電圧特性(Vout+αIoutが一定値である特性)から外れないようにフィードバック制御を行うことができる。
このような出力電流−出力電圧特性を持つ第2の電源機器4b〜4dは、第1の電源機器4aとともに用いられた交点をもつ状態において、出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれ、出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれたときの出力電流Iob,Ioc,Iodを出力する。
ここで、出力電流Iob,Ioc,Iodが減少した場合、出力電圧Vob,Voc,Vodは、図6の出力電流−出力電圧特性にしたがって変動し、一時的に大きくなる(図6の(A))。出力電圧Vob,Voc,Vodが大きくなると、出力電流Iob,Ioc,Iodは大きくなり、その結果、検出電圧V4も大きくなる(図6の(B))。検出電圧V4が大きくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))が小さくなることにより、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅が狭くなり、出力電圧Vob,Voc,Vod(検出電圧V5)は小さくなる(図6の(C))。これにより、出力電圧Vob,Voc,Vodは出力電圧Voaに合わせ込まれる。
一方、出力電流Iob,Ioc,Iodが増加した場合、出力電圧Vob,Voc,Vodは、図6の出力電流−出力電圧特性にしたがって変動し、一時的に小さくなる(図6の(D))。出力電圧Vob,Voc,Vodが小さくなると、出力電流Iob,Ioc,Iodは小さくなり、その結果、検出電圧V4も小さくなる(図6の(E))。検出電圧V4が小さくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))が大きくなることにより、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅が広くなり、出力電圧Vob,Voc,Vod(検出電圧V5)は大きくなる(図6の(F))。これにより、出力電圧Vob,Voc,Vodは出力電圧Voaに合わせ込まれる。
続いて、このような第2の電源機器4b〜4dに対して、直流機器102側の総使用電流(負荷電流)が大きくなり、出力電圧Vob,Voc,Vod(検出電圧V5)が一定のもとで、出力電流Iob,Ioc,Iodを大きくする指示値が制御部7からあった場合について図7を用いて説明する。まず、上記指示値があると、出力電圧V7及び電圧V8(=β(V7−V4))が大きくなる。このとき、電圧(βV7−(V5+βV4))が大きくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は広くなり、出力電圧Vob,Voc,Vodは一時的に出力電圧Voaより大きくなる(図7の(A))。この動作が、本発明における第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vob,Voc,Vodに所定電圧を加算することに相当する。出力電圧Vob,Voc,Vodが大きくなると、出力電流Iob,Ioc,Iod(検出電圧V4)も大きくなる(図7の(B))。検出電圧V4が大きくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))は小さくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は狭くなる。その結果、出力電圧Vob,Voc,Vodは小さくなる(図7の(C))。上記の動作を繰り返した後、出力電圧Vob,Voc,Vodは出力電圧Voaになる。これにより、第2の電源機器4b〜4dは、定電圧特性(第1の電源機器4aの出力電流−出力電圧特性)との交点の出力電流Vob,Voc,Vodが指示値になるように第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性をシフトしたことになり、指示値通りの出力電流Iob,Ioc,Iodを出力する。
これに対して、負荷電流が小さくなり、出力電圧Vob,Voc,Vod(検出電圧V5)が一定のもとで、出力電流Iob,Ioc,Iodを小さくする指示値が制御部7からあった場合、出力電圧V7及び電圧V8(=β(V7−V4))が小さくなる。このとき、電圧(βV7−(V5+βV4))が小さくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は狭くなり、出力電圧Vob,Voc,Vodは一時的に出力電圧Voaより小さくなる(図7の(D))。この動作が、本発明における第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vob,Voc,Vodに所定電圧を減算することに相当する。出力電圧Vob,Voc,Vodが小さくなると、出力電流Iob,Ioc,Iod(検出電圧V4)も小さくなる(図7の(E))。検出電圧V4が小さくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))は大きくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は広くなる。その結果、出力電圧Vob,Voc,Vodは大きくなる(図7の(F))。上記の動作を繰り返した後、出力電圧Vob,Voc,Vodは出力電圧Voaになる。これにより、第2の電源機器4b〜4dは、定電圧特性(第1の電源機器4aの出力電流−出力電圧特性)との交点の出力電流Iob,Ioc,Iodが指示値になるように第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性をシフトしたことになり、指示値通りの出力電流Iob,Ioc,Iodを出力する。
上記のように第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性がシフトした後も、シフト前と同様、出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれ、出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれたときの出力電流Iob,Ioc,Iodを出力する。
以上、本実施形態によれば、負荷電流が変化したときに、各第2の電源機器4b〜4dにおいて、制御部7からの指示値に基づいて、図7に示すように、出力電流−出力電圧特性をシフトすることができる。シフトさせた後においても、各第2の電源機器4b〜4dは、出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれ、出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaと同じ大きさであるときの出力電流Iob,Ioc,Iodを直流機器102に出力することができる。これにより、負荷電流が変化しても、電源供給装置3は各第2の電源機器4b〜4dを負荷電流に応じた出力電流Iob,Ioc,Iodに設定することができるとともに、負荷電流が変化しても、第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vob,Voc,Vodが第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれることで、上記出力電圧Vob,Voc,Vodを定電圧に保つことができる。その結果、直流機器102への電力供給を安定に行うことができる。
以下に一例を示す。図5では、(a)が第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性を示し、(b)が第1の電源機器4aの出力電流−出力電圧特性を示す。ここで、図5(c)に示すように、制御部7からの指示値としてI11が指示されて第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性を図5(c)の矢印のようにシフトさせた場合、第2の電源機器4b〜4dの出力電流IoutをI12からI11に増加させることができる。
また、本実施形態によれば、安定した電力を供給する商用電源ACからの電源電圧が第1の電源機器4aに入力されることによって、直流機器102のオンオフによる負荷変動の影響を低減することができ、直流機器102への電力供給をより安定に行うことができる。これに対して、第1の電源機器4aに太陽電池161や二次電池162が接続されると、直流機器102への電力供給は、太陽電池161の場合は日射に影響し、二次電池162の場合は蓄電状況に影響してしまう。
さらに、第2の電源機器4b〜4dにおいて、出力電流Ioutが大きくなるにつれて単調に出力電圧Voutが小さくなる関係を、第1の電源機器4aの構成から部品点数をほとんど増やすことなく、容易に実現することができる。
なお、実施形態1の変形例として、配線(直流供給線路Wdc)による電圧降下がある場合、第1の電源機器4aの出力電流−出力電圧特性において出力電圧Voaを電圧降下分だけ予め上昇しておけばよい。このようにすれば、第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vob,Voc,Vodも第1の電源機器4aの出力電圧Voaに合わせ込まれるので、直流機器102に印加される電圧を適正電圧とすることができる。以下の実施形態2〜8においても同様である。
(実施形態2)
ところで、実施形態1における第2の電源機器4b〜4dのように、出力電流−出力電圧特性をシフトすることによって第2の電源機器4b〜4dの出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさを制御するだけでは、定電圧制御の第1の電源機器4aの出力電圧Voaがばらついて誤差を生じている場合や、制御部7からの指示値を出力電圧V6の電圧値に換算するときに換算誤差が生じている場合、第2の電源機器4b〜4dの実際の出力電流Iob,Ioc,Iodが制御部7からの指示値にならないことがある。このため、第2の電源機器4b〜4dに対して、出力電流Iob,Ioc,Iodの精度を高めたいという要望がある。
そこで、実施形態2の第2の電源機器4b〜4dは、電流検出手段60で検出された出力電流Iob,Ioc,Iodと制御部7からの指示値との誤差を低減させる機能を有している。
本実施形態の調整手段64では、図8に示すように、電流検出手段60の検出結果(検出電圧V3)及び電圧検出手段61の検出結果をCPU640が取得する。上記検出結果を取得したCPU640は、電流検出手段60の検出電圧V3と制御部7からの指示値との誤差を算出する。なお、制御部7からの指示値が電流値で入力される場合、CPU640は、検出電圧V3の大きさを電流値に換算し、換算した電流値と制御部7からの指示値との誤差を算出すればよい。
誤差を算出したCPU640は、誤差を低減するように出力電圧V6を調整して、出力電流−出力電圧特性のシフト量を補正する。つまり、調整手段64は、電流検出手段60で検出された出力電流Iob,Ioc,Iodが指示値になるように、出力電流−出力電圧特性を補正する。
本実施形態によれば、第2の電源機器4b〜4dにおいて、実際に流れている出力電流Iob,Ioc,Iodをフィードバックし、この出力電流Iob,Ioc,Iodと指示値との誤差を補正することによって、出力電流Ioutの精度を高めることができる。
(実施形態3)
ところで、実施形態1において、負荷電流が小さくなると、第2の電源機器4b〜4dの出力電流Iob,Ioc,Iodが小さくなり、出力電圧Vob,Voc,Vodが大きくなってしまうため、負荷である直流機器102に高電圧が印加される場合がある。
そこで、実施形態3の第2の電源機器4b〜4dは、上記第2の電源機器4b〜4dの出力電流Iout(Iob,Ioc,Iod)が小さくなって第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)が第1の電源機器4aの出力電圧Vout(Voa)より大きくなると、図9に示すように、第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)が第1の電源機器4aの出力電圧Vout(Voa)と同じ大きさに保つように、第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性をシフトする。
図10に示すように、電源接続部Pにおける電圧が大きくなった場合、制御部7が電源接続部Pの電圧を検出し、検出電圧が第1の電源機器4aで設定されている出力電圧Voaになるように、各第2の電源機器4b〜4dに指示値として設定出力電圧指令を送信する。
各第2の電源機器4b〜4dでは、制御部7からの設定出力電圧指令に応じて、要求されている出力電流Iob,Ioc,Iodにおける出力電圧Vob,Voc,Vodを下げる方向に出力電流−出力電圧特性(傾斜制御特性)がシフトされる。
本実施形態によれば、負荷電流が小さくなった場合であっても、第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)の上昇を抑制することができるので、直流機器102での電圧上昇を抑制することができる。
(実施形態4)
ところで、実施形態3において、負荷電流が急に小さくなった場合に、各第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性をシフトさせているが、シフトが完了するまでの間に出力電圧Vob,Voc,Vodが一時的に上昇してしまうことがある。
そこで、実施形態4の第2の電源機器4b〜4dでは、図11に示すように、実施形態3における第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性のうち、出力電圧Voutの高い領域を定電圧特性とする。つまり、本実施形態の第2の電源機器4b〜4dは、実施形態3と同様の傾きを有する第1の出力特性L1と、定電圧特性の第2の出力特性L2とを持っている。第1の出力特性L1は、出力電圧Voutが小さく出力電流Ioutが大きい範囲の特性であり、第2の出力特性L2は、出力電流Ioutが小さい範囲の特性である。なお、実施形態3と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
第1の出力特性L1と第2の出力特性L2を切り替えるために、本実施形態の第2の電源機器4b〜4dは、図10に示す切替スイッチ644を用いる。
切替スイッチ644は、CPU640の制御によって、差動増幅回路606の入力電圧V9を切り替えている。切替スイッチ644が接地側から電圧ホロア604側に切り替わると、入力電圧V9は、出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさを示す検出電圧V4になるため、結果的に第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性は第1の出力特性L1に切り替わる。一方、切替スイッチ644が電圧ホロア604側から接地側に切り替わると、入力電圧V9は、出力電流Ioutの大きさに関係なく常に一定になるため、第2の電源機器4b〜4dの出力電流−出力電圧特性は第2の出力特性L2に切り替わる。CPU640は、出力電圧Vob,Voc,Vodが予め設定された閾値より小さい場合、切替スイッチ644が電圧ホロア604側になるように制御する。これに対して、出力電圧Vob,Voc,Vodが閾値に到達すると、CPU640は、切替スイッチ644を電圧ホロア604側から接地側に切り替えるように制御する。
また、第2の出力特性L2の出力電圧Vob,Voc,Vodは、第1の電源機器4aの出力電圧Voaに比べて少し高い。上記より、負荷電流が小さくなり、出力電流Iob,Ioc,Iodが小さくなっても、少しの電圧上昇で抑えることができる。
本実施形態によれば、負荷電流が急に小さくなった場合に、第2の電源機器4b〜4dの出力電圧Vob,Voc,Vodの上昇を抑制することができるので、直流機器102への供給電圧の上昇を抑制することができる。
なお、本実施形態では、第2の出力特性L2は定電圧特性であるが、本実施形態の変形例として、第2の出力特性L2は、第1の出力特性L1より傾きが小さい出力特性であってもよい。
(実施形態5)
実施形態5では、太陽電池161を有効利用するための構成について説明する。図12に示すように、第1の電源機器として、商用電源ACに接続されるACDCコンバータ4aが設けられ、第2の電源機器として、太陽電池161に接続されるPVコンバータ(太陽電池用電源機器)4bと、二次電池162に接続されるBATコンバータ(二次電池用電源機器)4cとが設けられている。
PVコンバータ4bは、太陽電池161の供給能力範囲内で太陽電池161が最大出力電力となるように、図13(b)に示すPVコンバータ4bの出力電流−出力電圧特性をシフトして、PVコンバータ4bの出力電流Ioutを電流値I2として直流機器102に供給する。PVコンバータ4bの出力電流Ioutが負荷電流(大きさをI0とする)より大きい場合(I2>I0の場合)、PVコンバータ4bは、PVコンバータ4bの出力電流Ioutの残り(I2−I0)によって二次電池162を充電させる。
BATコンバータ4cは、負荷電流がPVコンバータ4bの出力電流Ioutより大きい場合(I0>I2の場合)、図13(c)に示すように、BATコンバータ4cの出力電流Ioutを電流値I3(=I0−I2)として直流機器102に供給するように、BATコンバータ4cの出力電流−出力電圧特性をシフトする。
ここで、負荷電流が大きくなり、BATコンバータ4cの出力電流Ioutを最大にしてもなお不足する場合(I0>I2+I3の場合)、ACDCコンバータ4aは、図13(a)に示すように、ACDCコンバータ4aの出力電流Ioutを電流値I1(=I0−I2−I3)として直流機器102に供給する。
本実施形態によれば、PVコンバータ4bの出力電流Ioutを直流機器102に供給したり、上記出力電流Ioutで二次電池162を充電させたりすることによって、太陽電池161を有効に利用することができるとともに、ACDCコンバータ4aの出力電流Ioutを最小限にすることができ、省エネルギー化を図ることができる。
なお、負荷電流がI0で一定であっても、第2の電源機器4b〜4dに接続されている電源(例えば太陽電池161など)の供給能力に応じて、出力電流−出力電圧特性をシフトさせてもよい。例えば、太陽電池161の供給能力が下がってきた場合、PVコンバータ4bの出力電流Ioutを電流値I2よりも小さくし、小さくなった分だけ、BATコンバータ4cの出力電流Ioutを電流値I3より大きくしたり、ACDCコンバータ4aの出力電流Ioutを電流値I1より大きくしたりするように、ACDCコンバータ4a、PVコンバータ4b及びBATコンバータ4cの各出力電流−出力電圧特性をシフトすればよい。
(実施形態6)
実施形態6では、第2の電源機器4b〜4dが、図14に示すように、可変電圧モードと定電圧モードとを切り替えるための切替スイッチ644を調整手段64に備えている点で、実施形態1の第2の電源機器4b〜4d(図4参照)と相違している。可変電圧モードとは、出力電流Iout(Iob,Ioc,Iod)が大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧Vout(Vob,Voc,Vod)とするモードである。定電圧モードとは、出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさに関わらず定電圧となる直流電圧を出力電圧Vob,Voc,Vodとするモードである。なお、定電圧モードであるときの出力電圧Vob,Voc,Vodは、第1の電源機器4aの出力電圧Voaと同じ大きさにしてもよい。これにより、出力電圧Voutが定電圧である機器が第1の電源機器4aから第2の電源機器4b〜4dに切り替わっても、直流機器102への供給電圧の大きさが切替前後で変動しないので、直流機器102に対して安定供給を行うことができる。また、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
切替スイッチ644は、CPU640の制御によって、差動増幅回路606の入力電圧V9を切り替えている。切替スイッチ644が接地側から電圧ホロア604側に切り替わると、入力電圧V9は、出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさを示す検出電圧V4になるため、結果的に第2の電源機器4b〜4dは定電圧モードから可変電圧モードに切り替わることになり、実施形態1の第2の電源機器4b〜4dと同様の特性となる。一方、切替スイッチ644が電圧ホロア604側から接地側に切り替わると、入力電圧V9は、出力電流Iob,Ioc,Iodの大きさに関係なく常に一定になるため、第2の電源機器4b〜4dは可変電圧モードから定電圧モードに切り替わることになる。このとき、定電圧モードであるときの出力電圧Vob,Voc,Vodは、第1の電源機器4aの出力電圧Voaと同じ大きさにしてもよい。これにより、直流機器102に対して安定供給を行うことができる。
本実施形態の第1の電源機器4aは、図15に示すように、商用電源ACの停電及び復電を検出する検出部53と、第2の電源機器4b〜4d及び制御部7との間で通信を行う通信部54とを備えている。通信部54は、検出部53の検出結果(停電検出結果、復電検出結果)を第2の電源機器4b〜4dに送信する送信手段である。
また、本実施形態の第2の電源機器4b〜4dは、切替スイッチ644だけではなく、第1の電源機器4a、他の第2の電源機器4b〜4d及び制御部7との間で通信を行う通信部65も備えている。通信部65は、外部から信号を受信する受信手段である。
第2の電源機器4b〜4dでは、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える順番(順位)を予め設定しておく。第1の電源機器4aが商用電源ACの停電を検出すると、直流機器102への供給電力を確保するために、第1の電源機器4aの通信部54から停電検出結果が第2の電源機器4b〜4dのうち最も順位の高い1台(ここでは第2の電源機器4dとする)に送信される。第2の電源機器4dでは、通信部65が第1の電源機器4aから停電検出結果を受信すると、CPU640が、切替スイッチ644を接地側になるように制御して、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える。
一方、第1の電源機器4aが商用電源ACの復電を検出すると、第1の電源機器4aの通信部54から復電検出結果が第2の電源機器4dに送信される。第2の電源機器4dでは、通信部65が第1の電源機器4aから復電検出結果を受信すると、CPU640は、切替スイッチ644を電圧ホロア604側になるように制御して、定電圧モードから可変電圧モードに切り替える。つまり、CPU640と切替スイッチ644は切替手段を構成する。
上記より、第2の電源機器4dは、第1の電源機器4aに接続されている商用電源ACが停電したときと復電したときにおいて、図16に示すように、出力電流−出力電圧特性を切り替えることができる。
以上、本実施形態によれば、定電圧制御の第1の電源機器4aに接続されている商用電源ACが停電になった場合であっても、第2の電源機器4dが可変電圧モードから定電圧モードに切り替わることによって、第2の電源機器4dが定電圧制御を行い、第2の電源機器4dの出力電圧Voutを定電圧にすることができるので、第1の電源機器4aが通電しているときと同様に、直流機器102への電力供給を安定に行うことができる。
また、商用電源ACが復電したときには、第2の電源機器4dを定電圧モードから可変電圧モードに切り替えて元に戻すことによって、より安定供給が可能な商用電源ACが供給元である第1の電源機器4aから定電圧を供給することができる。
なお、実施形態6では、第1の電源機器4aに接続されている商用電源ACが停電になった場合に、第2の電源機器4dが可変電圧モードから定電圧モードに切り替えるようにしているが、実施形態6の変形例として、第2の電源機器4dではなく、他の第2の電源機器4b,4cが可変電圧モードから定電圧モードに切り替えるようにしてもよい。つまり、第2の電源機器4b〜4dの何れか1台が可変電圧モードから定電圧モードに切り替えるようにすればよい。
また、第1の電源機器4aは、停電検出結果や復電検出結果を、最も順位の高い第2の電源機器4dに直接送信するのではなく、制御部7に送信し、制御部7が停電検出結果や復電検出結果を第2の電源機器4dに送信してもよい。
さらに、実施形態6では、全ての第2の電源機器4b〜4dが切替スイッチ644及び通信部65を備えているが、実施形態6の変形例として、全ての第2の電源機器4b〜4dが切替スイッチ644及び通信部65を備えていなくてもよい。この場合、切替スイッチ644及び通信部65を備えている第2の電源機器4a〜4dの中で、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える順番(順位)を予め設定しておけばよい。
(実施形態7)
実施形態7では、第2の電源機器4b〜4dが、図17に示すように、自己に接続されている電源の電源供給可能量を検出する検出部66を備えている点で、実施形態6の第2の電源機器4b〜4d(図15参照)と相違している。なお、第2の電源機器4b〜4dは、実施形態6と同様に、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える順番が予め設定されている。また、実施形態6と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の第2の電源機器4b〜4dでは、通信部65が、検出部66の供給量検出結果を他の第2の電源機器4b〜4dに送信する第2の送信手段となる。
実施形態6において可変電圧モードから定電圧モードに切り替わった第2の電源機器4dでは、電源供給可能量が閾値以下であると検出部66が検出すると、通信部65が供給量検出結果を他の第2の電源機器4b,4cに送信する。
他の第2の電源機器4c,4dのうち次に順位の高い1台(ここでは第2の電源機器4cとする)では、定電圧モードに切り替わった第2の電源機器4dから供給量検出結果を通信部65が受信すると、CPU640が、切替スイッチ644を接地側に切り替えるように制御して、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える。
以上、本実施形態によれば、第1の電源機器4aに接続されている商用電源ACが停電になった後に可変電圧モードから定電圧モードに切り替わって出力電圧Voutを定電圧にしていた第2の電源機器4dの電源供給可能量も少なくなった場合であっても、他の第2の電源機器4cが可変電圧モードから定電圧モードに切り替わることによって、第2の電源機器4cが定電圧制御を行い、第2の電源機器4cの出力電圧Voutを定電圧にすることができるので、第1の電源機器4aが通電しているときと同様に、直流機器102への電力供給を安定に行うことができる。
なお、第2の電源機器4dは、供給量検出結果を次に順位の高い第2の電源機器4cに直接送信するのではなく、制御部7に送信し、制御部7が第2の電源機器4cに供給量検出結果を送信してもよい。
また、実施形態7では、全ての第2の電源機器4b〜4dが切替スイッチ644及び通信部65を備えているが、実施形態7の変形例として、全ての第2の電源機器4b〜4dが切替スイッチ644及び通信部65を備えていなくてもよい。この場合、切替スイッチ644及び通信部65を備えている第2の電源機器4a〜4dの中で、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える順番(順位)を予め設定しておけばよい。
(実施形態8)
実施形態8では、第1の電源機器4aが、図18に示すように、全ての電源機器4a〜4dの電源供給可能量の情報を定期的に取得して記憶する記憶部55を備えている点で、実施形態7の第1の電源機器4a(図17参照)と相違している。なお、実施形態7と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の第2の電源機器4b〜4dは、自己に接続されている電源の電源供給可能量を検出する検出部67と、全ての電源機器4a〜4dの電源供給可能量の情報を定期的に取得して記憶する記憶部68とを備えている。検出部67で検出された電源供給可能量の情報は、通信部65によって第1の電源機器4aに送信される。
本実施形態の第1の電源機器4aでは、通信部54が全ての第2の電源機器4b〜4dから電源供給可能量の情報を受信すると、受信した電源供給可能量の情報を記憶部55に記憶する。
電源供給可能量の情報が記憶部55に記憶された第1の電源機器4aにおいて、商用電源ACが停電であると検出部53が検出した場合、通信部54が、記憶部55に記憶された電源供給可能量の情報を用いて、その時最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4cに検出部53の停電検出結果を送信する。
最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4cでは、通信部65が停電検出結果を受信すると、CPU640が、切替スイッチ644を制御して、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える。
さらに、可変電圧モードから定電圧モードに切り替わった第2の電源機器4cでは、電源供給可能量が閾値以下であると検出部66が検出すると、通信部65が、記憶部68に記憶された電源供給可能量の情報を用いて、その時最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4dに検出部66の供給量検出結果を送信する。
最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4dでは、通信部65が供給量検出結果を受信すると、CPU640が、切替スイッチ644を制御して、可変電圧モードから定電圧モードに切り替える。
以上、本実施形態によれば、第1の電源機器4aに接続されている商用電源ACが停電になった場合に、最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4cが可変電圧モードから定電圧モードに切り替わることによって、出力電圧Voutを定電圧にする第2の電源機器4b〜4dの切替回数(可変電圧モードから定電圧モードに切り替わる切替回数)を少なくすることができるので、切替による不具合(システム全体の効率化や安定性の低下など)を低減することができ、直流機器102への電力供給をより安定に行うことができる。
なお、実施形態8では、各電源機器4a〜4dが記憶部55,68を備えているが、実施形態8の変形例として、制御部7が記憶部(図示せず)を備えていてもよい。この場合、検出部67で検出された電源供給可能量の情報は、通信部65によって制御部7に送信される。制御部7は、記憶部に記憶された電源供給可能量の情報を用いて、その時最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4b〜4dに供給量検出結果を送信する。
また、実施形態8では、全ての第2の電源機器4b〜4dが切替スイッチ644及び通信部65を備えているが、実施形態8の変形例として、全ての第2の電源機器4b〜4dが切替スイッチ644及び通信部65を備えていなくてもよい。この場合、第1の電源機器4aでは、通信部54が、切替スイッチ644及び通信部65を備えている第2の電源機器4a〜4dから電源供給可能量の情報を定期的に受信し、受信した電源供給可能量の情報を記憶部55に記憶すればよい。その後、電源供給可能量の情報が記憶部55に記憶された第1の電源機器4aにおいて、商用電源ACが停電であると検出部53が検出した場合、通信部54は、記憶部55に記憶された電源供給可能量の情報を用いて、その時最も電源供給可能量の多い第2の電源機器4b〜4dに検出部53の停電検出結果を送信すればよい。
102 直流機器(負荷機器)
3 電源供給装置
4 電源機器
4a 第1の電源機器
4b〜4d 第2の電源機器
60 電流検出手段
61 電圧検出手段
62 スイッチング制御手段
63 DC−DCコンバータ
630 スイッチング素子
64 調整手段
AC 商用電源
Iout 出力電流
Vout 出力電圧

Claims (9)

  1. 並列運転して直流電力を負荷機器に供給する複数台の電源機器を備える電源供給装置であって、
    前記複数台の電源機器は、出力電流の大きさに関わらず定電圧となる直流電圧を出力電圧とする1台の第1の電源機器と、出力電流が大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧とする第2の電源機器とで構成され、
    前記第2の電源機器は、前記負荷機器への電力供給時に当該第2の電源機器からの出力電圧を定電圧に保つように、出力電流と出力電圧の関係を示す出力電流−出力電圧特性をシフトする調整手段を備える
    ことを特徴とする電源供給装置。
  2. 前記調整手段は、前記出力電流の大きさを指示するための指示値が入力され、前記出力電流が前記指示値になるように前記出力電流−出力電圧特性をシフトすることを特徴とする請求項1記載の電源供給装置。
  3. 前記調整手段は、シフト後の出力電流−出力電圧特性において前記第2の電源機器の出力電圧が前記第1の電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときに前記第2の電源機器の出力電流が前記指示値になるように、シフト前の前記第2の電源機器の出力電圧に所定電圧を加算又は減算することを特徴とする請求項2記載の電源供給装置。
  4. 前記第1の電源機器には、商用電源からの電源電圧が入力されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電源供給装置。
  5. 前記第2の電源機器は、
    出力電流を検出する電流検出手段と、
    出力電圧を検出する電圧検出手段と、
    スイッチング素子を有し当該スイッチング素子のオンオフ動作により電力変換を行うDC−DCコンバータと、
    前記電流検出手段の検出結果と前記電圧検出手段の検出結果とに基づいて前記出力電流−出力電圧特性になるように前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御するためのパルス幅変調信号を当該スイッチング素子に出力するスイッチング制御手段と
    を備えることを特徴とする請求項2又は3記載の電源供給装置。
  6. 前記調整手段は、前記指示値が入力され当該指示値に応じた値と前記電流検出手段の検出結果との差分値を算出し、当該差分値を前記スイッチング制御手段に出力し、
    前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段の検出結果と前記差分値とに応じて前記パルス幅変調信号のオンデューティ幅を変更する
    ことを特徴とする請求項5記載の電源供給装置。
  7. 前記調整手段は、前記電流検出手段の検出結果と前記指示値との誤差を算出し、当該誤差を低減するように前記出力電流−出力電圧特性のシフトを補正することを特徴とする請求項2又は3記載の電源供給装置。
  8. 前記調整手段は、前記出力電流−出力電圧特性のうち、出力電圧の高い領域を当該出力電流−出力電圧特性よりも傾きの小さい特性で制限することを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の電源供給装置。
  9. 前記第2の電源機器として、太陽電池に接続される太陽電池用電源機器と、二次電池に接続される二次電池用電源機器とがあり、
    前記太陽電池用電源機器は、前記太陽電池の供給能力範囲内で当該太陽電池が最大出力電力となるように当該太陽電池用電源機器の出力電流−出力電圧特性をシフトして、当該太陽電池用電源機器の出力電流を前記負荷機器に供給し、当該太陽電池用電源機器の出力電流が当該負荷電流より大きい場合、当該太陽電池用電源機器の残りの出力電流によって前記二次電池を充電させ、
    前記二次電池用電源機器は、前記負荷電流が前記太陽電池用電源機器の出力電流より大きい場合、当該二次電池用電源機器の出力電流を当該負荷機器に供給するように、当該二次電池用電源機器の出力電流−出力電圧特性をシフトし、
    前記第1の電源機器は、前記負荷電流が前記太陽電池用電源機器の出力電流と前記二次電池用電源機器の出力電流との総和より大きい場合、当該第1の電源機器の出力電流を当該負荷機器に供給する
    ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の電源供給装置。
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