JP2011083090A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源からの電力の供給が中断された場合であっても、複数の負荷のうち、所望の負荷に対して長時間に亘って電力を継続して供給することができる電力供給システムを提供する。
【解決手段】商用交流電源からの電力を該電力が消費される複数の負荷に向けて供給可能に並列に分岐された複数の分岐電力線４３，４４，４５，４６と、第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６の途中位置に配置され、商用交流電源側から機器側への電力の伝達のみを許容するダイオード５１と、第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６におけるダイオード５１と機器との間に接続され、商用交流電源からの電力の供給が中断された非常時に第３分岐電力線４５又は第４分岐電力線４６を介して機器に電力を供給可能な蓄電池ユニット５２とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、非常用電源を備えた電力供給システムに関する。

従来から、例えば特許文献１に記載されるように、充放電可能な非常用電源を備えた電力供給システムが広く知られている。この電力供給システムでは、商用交流電源などの汎用電源が停電した場合には蓄電池などの非常用電源から放電させることにより、負荷となる各種の機器に電力を供給するようになっている。

特開２００９−１５９７３０号公報

ところで、特許文献１に記載の電力供給システムでは、汎用電源から負荷となる複数の機器に対して個別に電力を供給するために配電路が複数に分岐した構成となっている。そして、蓄電池（非常用電源）は、配電路における分岐点よりも汎用電源側の位置に接続されている。そのため、この電力供給システムでは、汎用電源が停電した場合、敢えて停電時には動作させる必要性の低い機器に対しても、他の機器に対するのと同様に蓄電池から電力が供給されてしまい、蓄電池に蓄電された電力が浪費されていた。したがって、停電時にも動作させる必要性の高い機器に対して停電時に蓄電池から電力を継続して供給することができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、汎用電源からの電力の供給が中断された非常時において、複数の負荷のうち所望の負荷に対して非常用電源からの電力を継続して供給することができる電力供給システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、汎用電源からの電力を該電力が消費される複数の負荷に向けて供給可能に並列に分岐された複数の分岐電力線と、前記分岐電力線の途中位置に配置され、前記電源側から前記負荷側への電力の伝達のみを許容する電力規制手段と、前記分岐電力線における前記電力規制手段と前記負荷との間に接続され、前記汎用電源からの電力の供給が中断された非常時に前記分岐電力線を介して前記負荷に電力を供給可能な非常用電源とを備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、非常用電源から供給される電力は、分岐電力線を介して一次側となる汎用電源側に逆流することが規制される。すなわち、その非常用電源から放電された非常用の電力は、当該非常用電源が接続された分岐電力線の二次側に設けられた負荷に向けて供給される。そのため、単一の非常用電源から複数の分岐電力線の各二次側に設けられた全ての負荷に向けて一斉に電力が供給される場合とは異なり、非常用電源の電力を浪費することが回避される。したがって、汎用電源からの電力の供給が中断された非常時において、複数の負荷のうち非常用電源が対応付けされた所望の負荷に対しては、非常用の電力を継続して供給することができる。

また、本発明の電力供給システムは、前記分岐電力線の途中位置に配置され、前記汎用電源側から供給される電力の電圧を降下させる降圧手段を更に備えたことを要旨とする。
上記構成によれば、汎用電源が負荷に向けて電力を供給する際に、汎用電源と降圧手段との間を接続する電力線に対して印加する電圧が大きく設定される。そのため、当該電力線における電力損失を低減することができ、結果として、汎用電源から各負荷に電力を供給する際の電力損失を低減することができる。

また、本発明の電力供給システムは、前記分岐電力線における前記電力規制手段と前記負荷との間に配置され、前記汎用電源側から前記負荷側に過電流が流れた場合に前記分岐電力線を介した電流の流れを遮断する過電流遮断手段を更に備え、前記非常用電源は、前記分岐電力線における前記電力規制手段と前記過電流遮断手段との間に配置されることを要旨とする。

上記構成によれば、負荷側において短絡事故等が生じた場合、非常用電源は、過電流遮断手段によって負荷側に対して電気的に遮断された状態となる。そのため、非常用電源から負荷側に過電流が流れることはなく、非常用電源に蓄電された電力が浪費されることを回避できる。

また、本発明の電力供給システムにおいて、前記非常用電源は、充電及び放電が可能な蓄電池であることを要旨とする。
上記構成によれば、非常用電源は、充電が可能であるため、蓄電している電力を非常時に放電した後に充電することで、長期間に亘り継続して使用することができる。

また、本発明の電力供給システムは、自然エネルギを電力に変換する発電手段を更に備え、該発電手段で発電した電力が前記蓄電池に充電されることを要旨とする。
上記構成によれば、非常用電源は、自然エネルギを電力に変換する発電手段が発電した電力を充電させるので、クリーンエネルギの利用に貢献することができる。

本発明によれば、汎用電源からの電力の供給が中断された非常時において、複数の負荷のうち所望の負荷に対して非常用電源からの電力を継続して供給することができる。

本実施形態の電力供給システムのブロック図。 本実施形態のＤＣ分電盤のブロック図。 別の実施形態のＤＣ分電盤のブロック図。

以下、本発明に係る電力供給システムを具体化した実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、住宅には、宅内に設置された各種機器（照明機器、エアコン、家電、オーディオビジュアル機器等）に電力を供給する電力供給システム１が設けられている。電力供給システム１は、家庭用の商用交流電源（ＡＣ電源）２を汎用電源として各種機器を動作させる他に、太陽光により発電する発電手段としての太陽電池３の電力も各種機器に電源として供給する。電力供給システム１は、直流電源（ＤＣ電源）を入力して動作するＤＣ機器５の他に、交流電源（ＡＣ電源）を入力して動作するＡＣ機器６にも電力を供給する。

電力供給システム１には、同システム１の分電盤としてのコントロールユニット７及びＤＣ分電盤（直流ブレーカ内蔵）８が設けられている。また、電力供給システム１には、住宅のＤＣ機器５の動作を制御する機器として制御ユニット９及びリレーユニット１０が設けられている。

コントロールユニット７には、交流電源を分岐させるＡＣ分電盤１１が交流系電力線１２を介して接続されている。コントロールユニット７は、このＡＣ分電盤１１を介して商用交流電源２に接続されるとともに、直流系電力線１３を介して太陽電池３に接続されている。コントロールユニット７は、ＡＣ分電盤１１から交流電力を取り込むとともに太陽電池３から直流電力を取り込み、これら電力を機器電源として所定の直流電力に変換する。そして、コントロールユニット７は、この変換後の直流電力を、直流系電力線１４を介してＤＣ分電盤８に出力したり、又は直流系電力線１５を介して蓄電池１６に出力して同電力を蓄電したりする。コントロールユニット７は、ＡＣ分電盤１１から交流電力を取り込むのみならず、太陽電池３や蓄電池１６の直流電力を交流電力に変換してＡＣ分電盤１１に供給することも可能である。コントロールユニット７は、信号線１７を介してＤＣ分電盤８とデータやり取りを実行する。

ＤＣ分電盤８は、直流電力対応の一種のブレーカである。ＤＣ分電盤８は、コントロールユニット７から入力した直流電力を分岐させ、その分岐後の直流電力を、直流系電力線１８を介して制御ユニット９に出力したり、直流系電力線１９を介してリレーユニット１０に出力したりする。また、ＤＣ分電盤８は、信号線２０を介して制御ユニット９とデータやり取りをしたり、信号線２１を介してリレーユニット１０とデータやり取りしたりする。

制御ユニット９には、複数のＤＣ機器５，５…が接続されている。これらＤＣ機器５は、直流電力及びデータの両方を１本の線によって搬送可能な直流供給線路２２を介して制御ユニット９と接続されている。直流供給線路２２は、ＤＣ機器の電源となる直流電圧に、高周波の搬送波によりデータを電送する通信信号を重畳する、いわゆる電力線搬送通信により、１対の線で電力及びデータの両方をＤＣ機器５に搬送する。制御ユニット９は、直流系電力線１８を介してＤＣ機器５の直流電源を取得し、ＤＣ分電盤８から信号線２０を介して得る動作指令を基に、どのＤＣ機器５をどのように制御するのかを把握する。そして、制御ユニット９は、指示されたＤＣ機器５に直流供給線路２２を介して直流電圧及び動作指令を出力し、ＤＣ機器５の動作を制御する。

制御ユニット９には、宅内のＤＣ機器５の動作を切り換える際に操作するスイッチ２３が直流供給線路２２を介して接続されている。また、制御ユニット９には、例えば赤外線リモートコントローラからの発信電波を検出するセンサ２４が直流供給線路２２を介して接続されている。よって、ＤＣ分電盤８からの動作指示のみならず、スイッチ２３の操作やセンサ２４の検知によっても、直流供給線路２２に通信信号を流してＤＣ機器５が制御される。

リレーユニット１０には、複数のＤＣ機器５，５…がそれぞれ個別の直流系電力線２５を介して接続されている。リレーユニット１０は、直流系電力線１９を介してＤＣ機器５の直流電源を取得し、ＤＣ分電盤８から信号線２１を介して得る動作指令を基に、どのＤＣ機器５を動作させるのかを把握する。そして、リレーユニット１０は、指示されたＤＣ機器５に対し、内蔵のリレーにて直流系電力線２５への電源供給をオンオフすることで、ＤＣ機器５の動作を制御する。また、リレーユニット１０には、ＤＣ機器５を手動操作するための複数のスイッチ２６が接続されており、スイッチ２６の操作によって直流系電力線２５への電源供給をリレーにてオンオフすることにより、ＤＣ機器５が制御される。

ＤＣ分電盤８には、例えば壁コンセントや床コンセントの態様で住宅に建て付けられた直流コンセント２７が直流系電力線２８を介して接続されている。この直流コンセント２７にＤＣ機器のプラグ（図示略）を差し込めば、同機器に直流電力を直接供給することが可能である。

また、商用交流電源２とＡＣ分電盤１１との間には、商用交流電源２の使用量を遠隔検針可能な電力メータ２９が接続されている。電力メータ２９には、商用電源使用量の遠隔検針の機能のみならず、例えば電力線搬送通信や無線通信の機能が搭載されている。電力メータ２９は、電力線搬送通信や無線通信等を介して検針結果を電力会社等に送信する。

電力供給システム１には、宅内の各種機器をネットワーク通信によって制御可能とするネットワークシステム３０が設けられている。ネットワークシステム３０には、同システム３０のコントロールユニットとして宅内サーバ３１が設けられている。宅内サーバ３１は、インターネットなどのネットワークＮを介して宅外の管理サーバ３２と接続されるとともに、信号線３３を介して宅内機器３４に接続されている。また、宅内サーバ３１は、ＤＣ分電盤８から直流系電力線３５を介して取得する直流電力を電源として動作する。

宅内サーバ３１には、ネットワーク通信による宅内の各種機器の動作制御を管理するコントロールボックス３６が信号線３７を介して接続されている。コントロールボックス３６は、信号線１７を介してコントロールユニット７及びＤＣ分電盤８に接続されるとともに、直流供給線路３８を介してＤＣ機器５を直接制御可能である。コントロールボックス３６には、例えば使用したガス量や水道量を遠隔検針可能なガス／水道メータ３９が接続されるとともに、ネットワークシステム３０の操作パネル４０に接続されている。操作パネル４０には、例えばドアホン子器やセンサやカメラからなる監視機器４１が接続されている。

宅内サーバ３１は、ネットワークＮを介して宅内の各種機器の動作指令を入力すると、コントロールボックス３６に指示を通知して、各種機器が動作指令に準じた動作をとるようにコントロールボックス３６を動作させる。また、宅内サーバ３１は、ガス／水道メータ３９から取得した各種情報を、ネットワークＮを通じて管理サーバ３２に提供可能であるとともに、監視機器４１で異常検出があったことを操作パネル４０から受け付けると、その旨もネットワークＮを通じて管理サーバ３２に提供する。

次に、本実施形態のＤＣ分電盤８について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、ＤＣ分電盤８内には、コントロールユニット７からの直流電力を伝送する直流系電力線１４と、負荷としての各種の機器５，３４，４１に電力を伝送する直流系電力線１８，１９，２８，３５との間を電気的に繋ぐ給電路４２が設けられている。この給電路４２は、コントロールユニット７から延びる直流系電力線１４に一次側となる一端側が接続される一方、二次側となる他端側が複数（本実施形態では４つ）に分岐して、第１分岐電力線４３、第２分岐電力線４４、第３分岐電力線４５、及び、第４分岐電力線４６をそれぞれ構成している。

そして、第１分岐電力線４３は、直流コンセント２７に直流電力を供給する直流系電力線２８に接続されると共に、第２分岐電力線４４は、宅内サーバ３１及び操作パネル４０に直流電力を供給する直流系電力線３５に接続されている。また、第３分岐電力線４５は、制御ユニット９に直流電力を供給する直流系電力線１８に接続されると共に、第４分岐電力線４６は、リレーユニット１０に直流電力を供給する直流系電力線１９に接続されている。なお、本実施形態では、制御ユニット９に直流供給線路２２を介して接続されたＤＣ機器５及びリレーユニット１０に直流系電力線２５を介して接続されたＤＣ機器５として、室内灯や非常灯等の照明系のＤＣ機器が主として設けられている。

また、各分岐電力線４３，４４，４５，４６の途中位置には、過電流遮断手段としての過電流遮断装置４７がそれぞれ設けられている。過電流遮断装置４７は、負荷となる各種の機器５，３４，４１に接続されるように二次側に設けられた固定接点４８と該固定接点４８に可動して接離するように一次側に設けられた可動接点４９とからなる機械接点５０を備えている。そして、過電流遮断装置４７は、固定接点４８に可動接点４９が接触した閉状態で機械接点５０を流れる電流が所定の閾値以上である場合に、その閉状態の機械接点５０を固定接点４８から可動接点４９を離間させることで強制的に開状態にする。その結果、コントロールユニット７と各種の機器５，３４，４１とが電気的に遮断されるため、コントロールユニット７側から各種の機器５，３４，４１に向けて過電流が流れることが回避されるようになっている。

また、各分岐電力線４３，４４，４５，４６のうち、制御ユニット９に繋がる第３分岐電力線４５及びリレーユニット１０に繋がる第４分岐電力線４６には、過電流遮断装置４７よりもコントロールユニット７側となる位置にダイオード５１がそれぞれ設けられている。そして、これらのダイオード５１は、コントロールユニット７側から制御ユニット９側又はリレーユニット１０側への電力の伝送を許容する一方で、制御ユニット９側又はリレーユニット１０側からコントロールユニット７側への電力の伝送を規制する電力規制手段としてそれぞれ機能する。

また、第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６には、ダイオード５１と過電流遮断装置４７との間に蓄電池ユニット５２が設けられている。そして、この蓄電池ユニット５２からは、停電時等の非常時においてコントロールユニット７からの電力の供給が中断された場合に、制御ユニット９又はリレーユニット１０に対してバックアップ用（非常用）の電力を供給するようになっている。

蓄電池ユニット５２は、非常用電源としてのバックアップ用蓄電池５３、充電回路５４、及び、放電回路５５を備えている。そして、充電回路５４は、商用交流電源２及び太陽電池３からコントロールユニット７を介して供給される直流電力をバックアップ用蓄電池５３に出力することにより、該バックアップ用蓄電池５３を充電させるようになっている。一方、放電回路５５は、充電されたバックアップ用蓄電池５３を放電させることにより、バックアップ用蓄電池５３から直流電力を出力させるようになっている。

次に、上記のように構成された電力供給システム１の作用について、特に、停電時において、蓄電池ユニット５２のバックアップ用蓄電池５３から照明系のＤＣ機器５に電力を供給する際の作用に着目して以下説明する。

さて、電力供給システム１においては、停電時において、汎用電源である商用交流電源２からの電力の供給が停止した場合、蓄電池１６から全ての機器に向けて電力を供給して動作を維持させる。しかしながら、蓄電池１６は、全ての機器に向けて一斉に電力を供給するため、蓄電した電力を短時間で枯渇させてしまう。そのため、照明系のＤＣ機器５は、特に夜間などでは停電時においても動作させる必要性が高いにも関わらず、これらの機器５を長時間に亘って継続して動作させることができない虞があった。

この点、本実施形態の電力供給システム１によれば、照明系のＤＣ機器５に繋がる第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６に対して蓄電池ユニット５２のバックアップ用蓄電池５３がそれぞれ接続されている。そして、停電時には、蓄電池ユニット５２の放電回路５５が駆動され、バックアップ用蓄電池５３に蓄電されている直流電力が第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６を介して照明系のＤＣ機器５に供給される。

なお、蓄電池ユニット５２のバックアップ用蓄電池５３から第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６に出力された直流電力は、各分岐電力線４５，４６に接続されたダイオード５１によってコントロールユニット７側への逆流が規制される。そのため、バックアップ用蓄電池５３から出力された直流電力が、ＤＣ分電盤８内の給電路４２の分岐点を介して他の分岐電力線（第１分岐電力線４３及び第２分岐電力線４４）に流れ込むことはない。したがって、蓄電池ユニット５２は、第１分岐電力線４３及び第２分岐電力線４４に繋がる宅内機器３４及び監視機器４１に向けて直流電力を供給することが回避される。すなわち、蓄電池ユニット５２は、停電時には、照明系のＤＣ機器５に向けて選択的に直流電力を供給する。

また、本実施形態の電力供給システム１では、照明系のＤＣ機器５に短絡事故等が生じた場合には、過電流遮断装置４７が蓄電池ユニット５２と照明系のＤＣ機器５とを電気的に遮断した状態とする。そのため、蓄電池ユニット５２から照明系のＤＣ機器５に過電流が流れることはない。

また、本実施形態では、蓄電池ユニット５２は、非停電時には、充電回路５４を駆動させる。そして、商用交流電源２又は太陽電池３からコントロールユニット７を介して供給される直流電力をバックアップ用蓄電池５３に充電する。すなわち、蓄電池ユニット５２は、非停電時には、自動的に充電処理が行われるようになっている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）蓄電池ユニット５２から供給される直流電力は、第３分岐電力線４５又は第４分岐電力線４６を介して一次側となる商用交流電源２側に逆流することが規制される。すなわち、その蓄電池ユニット５２から放電された非常用の電力は、当該蓄電池ユニット５２が接続された分岐電力線４５，４６の二次側に設けられた照明系のＤＣ機器５に向けて供給される。そのため、単一の蓄電池ユニット５２から複数の分岐電力線４３，４４，４５，４６の各二次側に設けられた全ての機器５，３４，４１に向けて一斉に電力が供給される場合とは異なり、蓄電池ユニット５２の電力を浪費することが回避される。したがって、商用交流電源２側からの電力の供給が中断された非常時において、複数の機器５，３４，４１のうち蓄電池ユニット５２が対応付けされた照明系のＤＣ機器５に対しては、非常用の電力を継続して供給することができる。

（２） 照明系のＤＣ機器５側において短絡事故等が生じた場合、蓄電池ユニット５２は、過電流遮断装置４７によって照明系のＤＣ機器５側に対して電気的に遮断された状態となる。そのため、蓄電池ユニット５２から照明系のＤＣ機器５側に過電流が流れることはなく、蓄電池ユニット５２に蓄電された電力が浪費されることを回避できる。

（３）蓄電池ユニット５２は、充電が可能であるため、蓄電している電力を非常時に放電した後に充電することで、長期間に亘り継続して使用することができる。
（４）蓄電池ユニット５２は、自然エネルギを電力に変換する太陽電池３が発電した電力を充電させるので、クリーンエネルギの利用に貢献することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、図３に示すように、第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６におけるダイオード５１と蓄電池ユニット５２との間に降圧手段としてのＤＣ／ＤＣコンバータ５６を接続し、商用交流電源２からコントロールユニット７を介して供給される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５６によって変圧（降圧）させた状態でＤＣ機器５に供給する構成としてもよい。

この構成によれば、商用交流電源２がＤＣ機器５に向けて電力を供給する際に、コントロールユニット７とＤＣ分電盤８との間を接続する直流系電力線１４に対して印加する電圧が大きく設定される。そのため、当該直流系電力線１４における電力損失を低減することができ、結果として、商用交流電源２からＤＣ機器５に電力を供給する際の電力損失を低減することができる。

・上記実施形態において、発電手段として、燃料電池や風力発電等の他の発電方式を採用してもよい。
・上記実施形態において、蓄電池ユニット５２のバックアップ用蓄電池５３として、放電のみが可能な一次電池を採用し、一次電池の電力が枯渇した段階で新規交換する構成としてもよい。

・上記実施形態において、ＤＣ分電盤８内の給電路４２における全ての分岐電力線４３，４４，４５，４６に対して蓄電池ユニット５２を個別に設ける構成としてもよい。この場合、商用交流電源２からの電力の供給が停止した場合に、全ての機器５，３４，４１に向けて一斉に電力するための蓄電池１６を省略した構成を採用することもできる。

・上記実施形態において、蓄電池ユニット５２は、照明系のＤＣ機器５に繋がる第３分岐電力線４５及び第４分岐電力線４６の双方に接続する構成としてもよい。
・上記実施形態において、蓄電池ユニット５２は、ＤＣ分電盤８内の給電路４２における全ての分岐電力線４３，４４，４５，４６に接続可能に構成され、切り替えスイッチの操作に応じて各分岐電力線４３，４４，４５，４６に対する接続状態を切り替える構成としてもよい。

・上記実施形態において、蓄電池ユニット５２が電力を供給する機器は、照明系のＤＣ機器５に限定されない。すなわち、停電時においても動作させる必要性の高い機器であれば任意の機器を採用することができる。

１…電力供給システム、２…汎用電源としての商用交流電源、３…発電手段としての太陽電池、５…負荷としてのＤＣ機器、３４…負荷としての宅内機器、４１…負荷としての監視機器、４３…第１分岐電力線、４４…第２分岐電力線、４５…第３分岐電力線、４６…第４分岐電力線、４７…過電流遮断手段としての過電流遮断装置、５３…非常用電源としてのバックアップ用電源、５６…降圧手段としてのＤＣ／ＤＣコンバータ。

Claims (5)

1. 汎用電源からの電力を該電力が消費される複数の負荷に向けて供給可能に並列に分岐された複数の分岐電力線と、
   前記分岐電力線の途中位置に配置され、前記電源側から前記負荷側への電力の伝達のみを許容する電力規制手段と、
   前記分岐電力線における前記電力規制手段と前記負荷との間に接続され、前記汎用電源からの電力の供給が中断された非常時に前記分岐電力線を介して前記負荷に電力を供給可能な非常用電源と
   を備えたことを特徴とする電力供給システム。
2. 請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
   前記分岐電力線の途中位置に配置され、前記汎用電源側から供給される電力の電圧を降下させる降圧手段を更に備えたことを特徴とする電力供給システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電力供給システムにおいて、
   前記分岐電力線における前記電力規制手段と前記負荷との間に配置され、前記汎用電源側から前記負荷側に過電流が流れた場合に前記分岐電力線を介した電流の流れを遮断する過電流遮断手段を更に備え、
   前記非常用電源は、前記分岐電力線における前記電力規制手段と前記過電流遮断手段との間に配置されることを特徴とする電力供給システム。
4. 請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記非常用電源は、充電及び放電が可能な蓄電池であることを特徴とする電力供給システム。
5. 請求項４に記載の電力供給システムにおいて、
   自然エネルギを電力に変換する発電手段を更に備え、該発電手段で発電した電力が前記蓄電池に充電されることを特徴とする電力供給システム。

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