JP2011036087A

JP2011036087A - 発電システム

Info

Publication number: JP2011036087A
Application number: JP2009182146A
Authority: JP
Inventors: Hideo Obara; 英夫小原; Hiroaki Kaneko; 広明金子
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】電気自動車には、蓄電池の直流電力をモーター駆動のために交流電力に変換するインバーターが必要になる。一方、系統電源から電気自動車内の蓄電池に充電するために、系統電源からの交流電力を充電可能な電圧の直流電力に変換するための機能が上記インバーターに必要になり、回路が複雑化する。
【解決手段】発電機１と、発電機１の直流電力を交流電力に変換する機能、及び系統電源より入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有するＤＣ／ＡＣ変換器３と、ＤＣ／ＡＣ変換器３により変換された直流電力を外部に取出すための電力取出器５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池等を用いて発電機を用いる発電システムに関するものである。

従来の発電システムの一例として、例えば、商用電源と系統連系している燃料電池システムから出力された電力を電気自動車のバッテリーに充電することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記電気自動車のバッテリーの他の充電方法として、外部の系統電源より供給された電力を直流電力に変換する機能を有するインバーターを介して系統電源より供給された交流電力を直流電力に変換する電動車両が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−２０９５３０号公報特開平７−１９３９１１号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の技術による充電方法では、上述のように電気自動車内に設けられた蓄電池からの直流電力を交流電力に変換し、モーターに供給する機能を有するインバーターが必要となるが、このインバーターには、系統電源からの交流電力を直流電力に変換する機能が更に必要になり、インバーターの回路が複雑化する。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、電気自動車内に設けられたモーターを駆動するためのインバーターの回路の簡素化を可能にする発電システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の発電システムは、発電機と、前記発電機の直流電力を交流電力に変換する機能、及び系統電源より入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有するＤＣ／ＡＣ変換器と、前記ＤＣ／ＡＣ変換器により前記変換された直流電力を外部に取出すための電力取出器とを備える。

本発明の燃料電池システムによれば、電気自動車内に設けられたモーターを駆動するためのインバーターについて、系統電源からの交流電力を直流電力に変換し、蓄電池に充電させる機能が省略されるので、インバーターの回路構成を簡素化することが可能になる。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムを説明するための図本発明の実施の形態２における燃料電池システムを説明するための図

以下本発明の発電システムについて、説明する。

本発明の発電システムは、発電機と、前記発電機の直流電力を交流電力に変換する機能、及び系統電源より入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有するＤＣ／ＡＣ変換器と、前記ＤＣ／ＡＣ変換器により前記変換された直流電力を外部に取出すための電力取出器とを備える。

これにより、電気自動車内に設けられたモーターを駆動するためのインバーターについて、商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、蓄電池に充電させる機能が省略されるので、インバーターの回路構成を簡素化することが可能になる。

また、本発明の発電システムは、ＤＣ／ＡＣ変換器と、系統電源との連系点との間に設けられた解列器を備え、解列器は発電機の非発電時に閉じるよう構成されていることを特徴とする。

従来の発電システムは、発電システムの発電運転が停止すると系統電源との連系を遮断するため、発電システムが備えるＤＣ／ＡＣ変換器を用いて電気自動車内の蓄電池に充電することはできなかったが、上記構成により発電システムの非発電時においてＤＣ／ＡＣ変換器を通じて蓄電池に充電することが可能になる。

また、本発明の発電システムは、ＤＣ／ＡＣ変換器と、前記系統電源との連系点との間に設けられた解列器と、電力取出器と外部充電器との電気的接続を検知する接続検知器とを備え、解列器は、発電機の非発電時において、開放するよう構成され、接続検知器で電気的接続を検知した場合、閉じるよう構成されていることを特徴とする。

ここで、上記「外部充電器」とは、蓄電池へ充電するための機器を指し、例えば、電力取出器と接続する接続器（コンセント）、及び電力取出器より入力された直流電力を蓄電池に充電可能な電力に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器とを備え、構成される。

また、本発明の発電システムは、電力取出器と外部充電器との電気的接続を検知する接続検知器と、接続検知器で前記電気的接続を検知した場合、ＡＣ／ＤＣ変換器は、系統電源からの交流電力を直流電力に変換するよう構成されていることを特徴とする。

また、本発明の発電システムは、発電システムの発電運転時において、前記発電機より取出された電力の少なくとも一部が前記電力取出器に出力されるように動作するＤＣ／ＤＣ変換器を備えることを特徴とする。

これにより、電力取出器と電気自動車とを一旦電気的に接続させれば、発電システムの発電時及び非発電時に拘わらず、電力取出器を介して電気自動車内の蓄電池に必要量を充電可能であり、発電時にのみ電気自動車への充電が可能に構成された従来の発電システムに比して、電気自動車への充電の利便性が向上する。

また、本発明の発電システムは、少なくとも一部の異常停止の場合において、ＡＣ／ＤＣ変換器が動作し、系統電源からの交流電力を直流電力に変換可能なように構成されていることを特徴とする。

これにより、発電システムが異常停止した場合の少なくとも一部においては、ＡＣ／ＤＣ変換器を通じて電気自動車内の蓄電池に充電することが可能になり、充電に関してより利便性が向上する。

また、本発明の発電システムは、可燃性ガス漏洩に関する第１の異常により停止した場合、ＤＣ／ＡＣ変換器が動作しないよう構成されているとともに、第１の異常と異なる第２の異常により停止した場合、ＤＣ／ＡＣ変換器が動作し、系統電源からの交流電力を直流電力に変換可能なように構成されていることを特徴とする。

ここで、上記「第２の異常」とは、第１の異常と異なる全ての異常という意味に限定されるものではなく、第１の異常と異なる異常のうちの少なくとも一部の異常を含むものとして定義される。

これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器の動作中に発生するスパークにより引火する可能性がある可燃性ガス漏洩異常（第１の異常）の場合は、電気自動車内の蓄電池の充電が停止され、可燃性ガス漏洩と異なる異常（第２の異常）による異常停止においては、ＡＣ／ＤＣ変換器が動作し、電気自動車内の蓄電池に充電がすることが可能になる。つまり、上記発電システムにより、より安全性を考慮しながら、電気自動車の充電の利便性を向上することが可能になる。

また、本発明の発電システムは、発電機が、燃料電池、内燃機関、太陽光発電機及び風力発電機のいずれかである。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における発電システムについて説明する。図１は、本実施の形態の燃料電池システムの概要を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の発電システム１００は、発電機１と、発電機１から出力された直流電力の電圧を変換して、直流電力を出力するＤＣ／ＤＣ変換器２と、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器２より出力された直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器３と、ＤＣ／ＡＣ変換器３の出力側と連系点との間の電路に設けられ、ＤＣ／ＡＣ変換器３と系統電源との間の接続を遮断する解列器６と、系統電源からの交流電力がＤＣ／ＡＣ変換器３により直流電力に変換され、この変換された直流電力を外部に取り出すための電力取出器５と、電力取出器５と電気自動車内の蓄電池とを電気的に接続する接続器が、電力取出器５と接続したことを検知する接続検知器５Ａと、制御器７とを備える。ここで、上記構成を有する発電システム１００から出力された交流電力は、連系点を経由して外部電力負荷４に供給される。なお、本実施の形態２の発電システムにおいては、ＤＣ／ＤＣ変換器２を設けるよう構成されているが、ＤＣ／ＤＣ変換器２を設けずに、直接、ＤＣ／ＡＣ変換器３で発電機１から出力された直流電力を交流電力に変換する形態を採用しても構わない。また、発電機１は、直流電力を生成可能であれば、いずれの発電機でも構わず、燃料電池、内燃機関、太陽光発電機及び風力発電機等が例示される。

また、電気自動車２００は、蓄電池９、電力取出器５より接続器（コンセント）を介して入力された直流電力を蓄電池９に充電可能な電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器８と、蓄電池９より取出された電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１０と、ＤＣ／ＡＣ変換器１０より出力された交流電力を用いて動作するモーター１１とを備える。ここで、「外部充電器」は、接続器とＤＣ／ＤＣ変換器８とを備え構成される。

次に、上記構成を有する本実施の形態の発電システム１００の動作について説明する。発電システム１００は、発電運転時において、発電機１より取出された直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器２より所定の電圧の直流電力に変換し、この直流電力を制御器６によりＤＣ／ＡＣ変換器３で交流電力に変換するよう制御し、外部電力負荷４に電力を供給する。上記発電運転時において、制御器７により解列器６は閉じるよう制御されている。

次に、発電システム１の発電運転を停止後の非発電時においては、制御器６は、発電機１が発電をするために必要な補機の動作を停止するとともに、ＤＣ／ＤＣ変換器２及びＤＣ／ＡＣ変換器３の動作を停止する。一方、制御器７は、解列器６の閉止状態を維持するよう制御する。なお、上記補機としては、例えば、発電機が、燃料電池の場合、燃料電池に反応ガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）を供給する反応ガス供給器等が例示される。ガスエンジン発電機の場合、ガスエンジンに燃料を供給する燃料供給器等が例示される。

ここで、発電システム１００の非発電時において、接続器（コンセント）を介して、電気自動車２００と発電システム１００に設けられた電力取出器５とを接続すると、電力取出器５内に内蔵された、電力取出器と接続器との接続を検知する接続検知器５Ａにより、接続を検知した検知信号が制御器７に入力され、制御器７は、その検知信号に基づきＤＣ／ＡＣ変換器３を動作させ、系統電源より交流電力を取出し、直流電力に変換し、この変換された直流電力を電気自動車２００内に供給する。電気自動車２００に供給された直流電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器８により蓄電池９に充電可能な電圧の直流電力に変換され、蓄電池９に充電される。なお、上記発電システムにおいては、発電システム１００の発電運転が停止された後も制御器７の制御により解列器６の閉止を維持する形態を採用したが、発電機１の発電運転を停止する際には、解列器６を開放し、発電システム１００の非発電時において接続検知器５Ａにより電力取出器５と接続器との接続が検知された場合に、制御器７により解列器６を閉じる形態を採用しても構わない。

以上のように本実施の形態の発電システム１００は、発電システム１００に内蔵されたＤＣ／ＡＣ変換器３に系統電源から交流電力を取出し、直流電力に変換する機能を付加するとともに、ＤＣ／ＡＣ変換器３により変換された直流電力を外部に取出すための電力取出器５とを備えることで、電気自動車２００内のインバーターについて系統電源からの交流電力を直流電力に変換する機能を省略し、インバーターの回路構成を簡素化することが可能になる。

（変形例１）
次に、変形例１の発電システム１００について説明する。本変形例の発電システム１００の構成については、実施の形態１の発電システム１００と同じであるので、その説明を省略する。本変形例の発電システムは、発電システム１００の非発電時だけでなく、発電システム１００の発電運転中において、発電機１から出力された直流電力を電気自動車１００に供給可能に構成される。具体的には、発電システム１００の発電運転時において接続器検知器５Ａにより電力取出器５と接続器との接続が検知されると、制御器７は、その検知信号に基づきＤＣ／ＤＣ変換器２を制御し、外部電力負荷４へ供給される電力だけでなく、電力器取出器５へ供給される電力分も加算した直流電力を発電機１より取出し、ＤＣ／ＡＣ変換器３により外部電力負荷４に供給する電力相当量が交流電力に変換される。このとき、ＤＣ／ＡＣ変換器３に入力されなかった直流電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器２とＤＣ／ＡＣ変換器３とを接続する電路より分岐する電路に流れ、電力取出器５を介して電気自動車２００に電力が供給される。このように、上記ＤＣ／ＤＣ変換器２が、本発明の「発電機より取出された電力の少なくとも一部が電力取出器に出力されるように動作するＤＣ／ＤＣ変換器」として機能する。なお、実施の形態１において説明したように、ＤＣ／ＤＣ変換器２を有さず、発電機１から出力される直流電力が直接ＤＣ／ＡＣ変換器３に導入されるような形態においては、電力取出器５への分岐電路にＤＣ／ＤＣ変換器が設けられ、制御器７が、このＤＣ／ＤＣ変換器の動作を制御することで、電力取出器５へ入力される直流電力量が制御される。

上述の本変形例の発電システムは、電力取出器５と接続器とを一旦接続させれば、発電システム１００の発電時及び非発電時に拘わらず、電力取出器５を介して電気自動車２００内の蓄電池９に必要量を充電可能である。一方、特許文献1記載に記載の発電システムのように発電システムの発電運転時のみ充電可能である場合は、発電システムの発電運転時での充電により必要量に満たず、発電運転を停止後も充電を継続する際には、使用者が、発電システムの電力取出器から接続器を取り外し、系統電源からの電力の供給を受けることが可能な別の電力取出器と接続器（コンセント）とを接続する作業が必要になる。つまり、本変形例の発電システムは、上記従来の発電システムに比して、電気自動車の充電について利便性が向上する。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の発電システムについて説明する。図２は、本実施の形態の発電システムの概要を示すブロック図である。本実施の形態の発電システムのうち実施の形態１と同様の構成については、その説明を省略し、異なる特徴を中心に説明する。

図２に示すように、本実施の形態の発電システム１００は、異常検知器１２を備える。ここで、制御器７は、異常検知器１２により異常が検知され、異常停止した場合においても、電気自動車２００への充電が可能なように解列器６及びＤＣ／ＡＣ変換器３を制御することを特徴とする。

次に、本実施の形態の発電システムの具体的な制御動作について、以下に説明する。

まず、発電システム１００の発電運転中において、異常検知器１２により発電システムの運転の停止が必要となる異常が検知されると、制御器７により発電システム１００が異常停止される。次に、異常停止後の非発電時においては、実施の形態１の発電システムと同様に、制御器７は、解列器６の閉止状態を維持するよう制御する。なお、上記発電システムにおいては、発電システム１００の発電運転が停止された後も制御器７の制御により解列器６の閉止を維持する形態を採用しているが、発電機１の発電運転を停止する際には、解列器６を開放し、発電システム１００の非発電時において接続検知器５Ａにより電力取出器５と接続器との接続が検知された場合に、制御器７により解列器６を閉じる形態を採用しても構わない。

その後の電気自動車２００の充電に関しては、実施の形態１において説明した内容と同様であるのでその説明を省略する。なお、本実施の形態２の発電システムは、発電システムが異常停止した場合の少なくとも一部の異常停止において、電気自動車２００への充電が可能なように制御器７により解列器６及びＤＣ／ＡＣ変換器３を制御されるよう構成されていれば良い。

上述の本実施の形態２の発電システムによれば、異常停止した場合においても、電気自動車に対して充電可能であるため、電気自動車の充電に関してより利便性が向上する。

（変形例２）
次に、変形例２の発電システムについて説明する。本変形例の発電システム１００の構成については、実施の形態２の発電システム１００と同じであるので、その説明を省略する。本変形例の発電システムは、異常検知器１２により異常が検知され、可燃性ガス漏洩に関する第１の異常により異常停止した場合においては、ＤＣ／ＡＣ変換器３を通じた電気自動車２００への充電ができないように構成され、第１の異常と異なる第２の異常により異常停止した場合においては、ＤＣ／ＡＣ変換器３を通じて系統電源からの交流電力を直流電力に変換し、電気自動車２００に充電することが可能なように構成されていることを特徴とする。ここで、上記「第２の異常」は、第１の異常と異なる全ての異常という意味に限定されるものではなく、第１の異常と異なる異常のうちの少なくとも一部の異常を含むものとして定義される。また、この「第２の異常」としては、発電機１の補機の異常等が例示される。

次に、本変形例の発電システムの具体的な制御動作について、以下に説明する。

まず、発電システム１００の発電運転中において、異常検知器１２により発電システムの運転の停止が必要となる異常が検知されると、制御器７により発電システム１００が異常停止される。次に、発電システム１００の異常停止時において、接続検知器５Ａにより電力取出器５と接続器との接続が検知されると、制御器７は、異常停止する要因となった異常の内容を判定する。具体的には、異常の内容が、第１の異常であるか第２の異常であるかを判定し、第１の異常である場合は、制御器７は、ＤＣ／ＡＣ変換器３により系統電源から交流電力を取出し、直流電力に変換する動作を実行しない。

一方、上記異常の内容が、第２の異常であると判定された場合、制御器７は、ＤＣ／ＡＣ変換器３により系統電源から交流電力を取出し、直流電力に変換し、この変換された直流電力を電力取出器５を介して電気自動車２００内の蓄電池９に供給するよう構成されている。

上述のような本変形例の発電システムにより、第１の異常による異常停止の場合は、電気自動車２００の蓄電池９への充電のためのＤＣ／ＡＣ変換器３の動作が停止され、ＤＣ／ＡＣ変換器３の動作中に発生するスパークによる引火が防止される。一方、第２の異常による異常停止の場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器３が動作し、電気自動車２００内の蓄電池９に充電することが可能になる。つまり、本変形例の発電システムは、実施の形態２の発電システムに比して、より安全性に配慮しながら電気自動車の充電の利便性を向上することが可能になる。

本発明に係る発電システムは、電気自動車内にインバーターの回路構成を簡素化することが可能になり、系統電源と連系した業務用、家庭用燃料電池システム等に対して有用である。

１発電機
２ＤＣ／ＤＣ変換器
３ＤＣ／ＡＣ変換器
４外部電力負荷
５電力取出器
６解列器
７制御器
８ＤＣ／ＤＣ変換器
９蓄電池
１０ＤＣ／ＡＣ変換器
１１モーター
１２異常検知器

Claims

発電機と、前記発電機の直流電力を交流電力に変換する機能、及び系統電源より入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有するＤＣ／ＡＣ変換器と、前記ＤＣ／ＡＣ変換器により前記変換された直流電力を外部に取出すための電力取出器とを備える発電システム。
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と、前記系統電源との連系点との間に設けられた解列器を備え、前記解列器は前記発電機の非発電時に閉じるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
前記ＤＣ／ＡＣ変換器と、前記系統電源との連系点との間に設けられた解列器と、前記電力取出器と外部充電器との電気的接続を検知する接続検知器とを備え、
前記解列器は、前記発電機の非発電時において、開放するよう構成され、
前記接続検知器で前記電気的接続を検知した場合、閉じるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
前記電力取出器と外部充電器との電気的接続を検知する接続検知器と、前記接続検知器で前記電気的接続を検知した場合、前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
発電システムの発電運転時において、前記発電機より取出された電力の少なくとも一部が前記電力取出器に出力されるように動作するＤＣ／ＤＣ変換器を備えることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
異常停止した場合にも、前記ＡＣ／ＤＣ変換器が動作し、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換可能なように構成されていることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
可燃性ガス漏洩に関する第１の異常により停止した場合、前記前記ＡＣ／ＤＣ変換器が動作しないよう構成されているとともに、前記第１の異常と異なる第２の異常により停止した場合、前記ＡＣ／ＤＣ変換器が動作し、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換可能なように構成されていることを特徴とする請求項４記載の発電システム。
前記発電機が、燃料電池、内燃機関、太陽光発電機及び風力発電機のいずれかである請求項１〜７のいずれかに記載の発電システム。