JP2015080374A

JP2015080374A - 電力変換装置

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Publication number: JP2015080374A
Application number: JP2013217522A
Authority: JP
Inventors: 篤志中本; Atsushi Nakamoto; 晃吉武; Akira Yoshitake; 康弘松田; Yasuhiro Matsuda; 昂洋吉松; Takahiro Yoshimatsu; 佐野　嘉彦; Yoshihiko Sano; 嘉彦佐野; 恵太北出; Keita Kitade
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: JP6218071B2

Abstract

【課題】組み立て時の作業性を向上させることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、第１の電力変換部５と第２の電力変換部６とヒートシンク７１〜７３と本体２（筐体）とを備える。第１の電力変換部５は、電力供給装置応じた個数の変換部を有し、変換部毎に直流と直流との間で電力変換を行う。具体的には、第１の電力変換部５は、太陽電池に接続される第１の変換部５１と、２台（２系統）の蓄電池それぞれに接続される２つの第２の変換部５２とで構成される。第２の電力変換部６は、第１の電力変換部５と系統電源との間に設けられ、直流と交流との間で電力変換を行う。そして、第１の変換部５１にはヒートシンク７１が設けられ、２つの第２の変換部５２それぞれにはヒートシンク７２が設けられ、第２の電力変換部６にはヒートシンク７３が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

従来、太陽電池や蓄電池などの電力供給装置と系統電源との間で電力変換する電力変換ユニットを筐体に収納した電力変換装置がある（例えば、特許文献１参照）。電力変換ユニットは、電力供給装置に接続され直流と直流との間で電力変換する第１の電力変換部と、第１の電力供給部と系統電源との間に接続され、直流と交流との間で電力変換する第２の電力変換部を備える。

特開２０１３−０９０４５６号公報

しかし、従来では、第１の電力変換部と第２の電力変換部とが一体に構成され、１つのヒートシンクが設けられていた。そのため、一体に構成された電力変換部のサイズが大きくなり、組み立て時の作業性が低下していた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み立て時の作業性を向上させることができる電力変換装置を提供することにある。

本発明の電力変換装置は、電力供給装置に応じた個数の変換部を有し、前記変換部毎に直流と直流との間で電力変換を行う第１の電力変換部と、前記第１の電力変換部と系統電源との間に設けられ、直流と交流との間で電力変換を行う第２の電力変換部と、前記第１の電力変換部および前記第２の電力変換部それぞれに設けられ、前記電力供給装置の種類毎または前記変換部毎に独立したヒートシンクと、前記第１の電力変換部および前記第２の電力変換部が並べて設けられる筐体とを備えることを特徴とする。

この電力変換装置において、前記電力供給装置は、太陽電池と蓄電池であり、前記第１の電力変換部は、前記太陽電池に接続される第１の変換部と、前記蓄電池に接続される第２の変換部とで構成されることが好ましい。

この電力変換装置において、前記第１の変換部と前記第２の変換部と前記第２の電力変換部とが上下方向に並べて設けられ、前記第１の変換部が最も上に設けられることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、第１の電力変換部と第２の電力変換部それぞれに別体のヒートシンクが設けられ、さらに電力供給装置の種類毎または変換部毎にヒートシンクが独立している。したがって、第１，第２の電力変換部を一体に構成する場合に比べて個々のサイズが小さくなり、個々の質量も小さくなる。したがって、組み立て時の作業性を向上させることができるという効果がある。

実施形態において、第１，第２の電力変換部の配置を示す本体の正面図である。実施形態において、第１，第２の電力変換部の配置示すを本体の断面図である。実施形態において、カバーを外した状態を示す本体の正面図である。実施形態の全体を示す電力変換装置の正面図である。実施形態において、カバーを外した状態を示す電力変換装置の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の電力変換装置１（図４参照）は、屋外に設置され、太陽電池と蓄電池との少なくとも一方が出力する直流電力を交流電力に変換して、電気負荷（例えば照明器具など）に電力を供給する。太陽電池と蓄電池とに由来する電力は、系統電源から受電しているときは系統に連系し、系統電源が停電しているときには自立端子から電気負荷に出力される。さらに、系統電源，太陽電池に由来する電力は、蓄電池の充電に用いることも可能である。

本実施形態の電力変換装置１の外観正面図を図４、カバー２２，カバー３２を外した状態の正面図を図５に示す。なお、図４における上下左右を上下左右方向、上下左右に直交する図の手前方向を前方向、上下左右に直交する図の奥方向を後方向と規定して、以下説明する。

本実施形態の電力変換装置１の外郭は、本体２（筐体）と、本体２が上に載せられるベース３とで構成されている。本体２は、前面に開口２３を有する矩形箱状のボディ２１と、開口２３を塞ぐカバー２２とで構成されている。ベース３は、前面に開口３３を有する矩形箱状のボディ３１と、開口３３を塞ぐカバー３２とで構成されている。

図３に示すように、ボディ２１は、矩形状の背板２１１と、背板２１１の各端（上端，下端，左端，右端）から前方向に突出した矩形状の側板（上板２１２，下板２１３，左板２１４，右板２１５）とを有し、前面に矩形状の開口２３が形成されている。このボディ２１の内部に、電力変換ユニット４が収納されている。電力変換ユニット４は、電力変換装置１の外部に設けられた太陽電池（図示なし）と蓄電池（図示なし）との少なくとも一方が接続される。また、電力変換ユニット４は、屋内に設置された分電盤のブレーカ（図示なし）または、ベース３に収納された切替ユニット３４に設けられたブレーカ３５を介して、電気負荷に接続される。そして、電力変換ユニット４は、太陽電池，蓄電池に由来する直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電気負荷に供給する。さらに電力変換ユニット４は、太陽電池の発電電力および系統電源（商用電源）からの供給電力を用いて蓄電池を充電する機能および、太陽電池の発電電力を系統電源に逆潮流させて売電する機能も有する。

ベース３には、切替ユニット３４と、トランス３６が収納されている。切替ユニット３４は、停電時において、ブレーカ３５を介して接続された電気負荷に対して太陽電池，蓄電池の発電電力を供給する自立運転モードに切り替える機能を有する。トランス３６は、太陽電池，蓄電池に由来する電力から生成された交流電圧を２線式から３線式に変換する。これにより、切替ユニット３４は、片側１００Ｖの単相三線出力することができ、停電時において、２００Ｖ対応の電気負荷を自立運転モードで駆動させることができる。

次に、電力変換ユニット４の構成について図３を用いて説明する。電力変換ユニット４は、ボディ２１の背板２１１に固定されている。電力変換ユニット４は、太陽電池に接続される太陽電池接続端子４１１と、蓄電池に接続される蓄電池接続端子４１２と、系統電源に接続される系統電源接続端子４１３と、切替ユニット３４に接続される自立出力端子４１４とを備える。太陽電池接続端子４１１は、電力変換ユニット４の左端の上部において上下方向１列に設けられており、１〜５モジュールの太陽電池が接続可能となる。蓄電池接続端子４１２は、電力変換ユニット４の左端の上下方向中央部において上下方向に並んで２組設けられており、１〜２台の蓄電池が接続可能となる。系統電源接続端子４１３と自立出力端子４１４とは一体に構成され、電力変換ユニット４の左端の下部において上下方向１列に設けられている。

また、電力変換ユニット４は、屋内に設けられたリモコン（図示なし）に接続される通信端子４１５を備える。通信端子４１５は、電力変換ユニット４の右下の隅に設けられている。リモコンは、電力変換ユニット４の設定や、太陽電池の発電電力、蓄電池の残容量の確認などを行うことができる。各端子（太陽電池接続端子４１１，蓄電池接続端子４１２，系統電源接続端子４１３，自立出力端子４１４，通信端子４１５）に接続される配線は、ボディ２１の下板２１３に形成された孔を介してベース３から導入される。そのため、電力変換ユニット４とボディ２１の下板２１３との間および、電力変換ユニット４とボディ２１の左板２１４との間には、配線スペースとして空間が設けられている。

そして、電力変換ユニット４は、電力供給装置である太陽電池，蓄電池と系統電源との間で電力変換する第１の電力変換部５と第２の電力変換部６を備える。第１の電力変換部５は、第１の変換部５１と第２の変換部５２を備える。第１の変換部５１は、太陽電池接続端子４１１を介して太陽電池に接続され、太陽電池が発電する直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路で構成される。第２の変換部５２は、蓄電池接続端子４１２を介して蓄電池に接続され、直流と直流との間で双方向の電力変換を行うことで蓄電池を充放電する双方向ＤＣ−ＤＣ変換回路で構成される。第２の電力変換部６は、第１の電力変換部５（第１，第２の変換部５１，５２）と系統電源との間に設けられ、直流と交流との間で双方向の電力変換を行う双方向インバータ回路で構成される。図１，図２に、電力変換ユニット４のカバー４１６，４１７等を外して、第１，第２の電力変換部５，６を露出させた状態を図示し、第１，第２の電力変換部５，６の配置・構成について説明する。

ボディ２１の背板２１１には、第１の基台４２と第２の基台４３とが取り付けられている。第１の基台４２に第１，第２の電力変換部５，６が取り付けられる。第２の基台４３に、太陽電池接続端子４１１，蓄電池接続端子４１２，系統電源接続端子４１３，自立出力端子４１４が取り付けられる。

第１の基台４２は、前面が開口し上下方向に連続する溝を形成している。そして、第１の基台４２は、後述する第２の基台４３の右側において、ボディ２１の上板２１２，下板２１３，右板２１５から離れた位置に配置され、ボディ２１の背板２１１に固定されている。第１の基台４２は、上下方向に長く形成された矩形状の背板４２１と、背板４２１の左右両端から前方向に突出した左板４２２，右板４２３と、左板４２２の前端から左方向に突出した鍔部４２４と、右板４２３の前端から右方向に突出した鍔部４２５とを備える。また、背板４２１の下端には、２台のファン４４が左右方向に並べて配置されている。

そして、第１の基台４２の前面の開口を塞ぐように４つのヒートシンク７１〜７３が上下方向に並べて鍔部４２４，４２５に取り付けられる。各ヒートシンク７１〜７３は、第１の基台４２の背板４２１と対向し後述する実装基板が取り付けられる板部７４と、板部７４の後面から突出した複数の板で構成され、上下方向に形成された複数のスリットを有する放熱部７５を有する（図２参照）。

より具体的に説明すると、一番上側に配置されたヒートシンク７１の板部７４の前面には、第１の変換部５１を構成する３枚の実装基板５１１が上下方向に並べて設けられている。各実装基板５１１に実装される部品（スイッチングモジュール５１２，コンデンサ等）によって、ＤＣ−ＤＣ変換回路を構成している。なお、比較的発熱量が大きいスイッチングモジュール５１２は、実装基板５１１の後面においてヒートシンク７１に接触するように実装されている。スイッチングモジュール５１２がヒートシンク７１に接触することで、スイッチングモジュール５１２の放熱性を確保することができる。また、１枚の実装基板５１１でＤＣ−ＤＣコンバータ回路を２回路構成可能であり、２台の太陽電池の出力を直流−直流変換することができる。したがって、３枚の実装基板５１１を用いて１〜５台の太陽電池に対応することができる。このように、第１の変換部５１は、５回路のＤＣ−ＤＣ変換回路を有しており、ヒートシンク７１が設けられている。

また、ヒートシンク７１の下側には２枚のヒートシンク７２が上下方向に並べて配置されている。各ヒートシンク７２の板部７４の前面には、第２の変換部５２を構成する実装基板５２１が設けられている。実装基板５２１に実装される部品（スイッチングモジュール５２２，コンデンサ等）によって、双方向ＤＣ−ＤＣ変換回路を構成している。なお、比較的発熱量が大きい４つのスイッチングモジュール５２２は、実装基板５２１の後面においてヒートシンク７２に接触するように実装されている。スイッチングモジュール５２２がヒートシンク７２に接触することで、スイッチングモジュール５２２の放熱性を確保することができる。また、実装基板５２１を２枚備えることで、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を２回路構成可能であり、２台（２系統）の蓄電池を充放電することができる。このように、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を有する第２の変換部５２を２つ備え、それぞれにヒートシンク７２が設けられている。

また、一番下側に配置されたヒートシンク７３の板部７４の前面には、第２の電力変換部６を構成する２枚の実装基板６１，６２が左右方向に並べて設けられている。そして、実装基板６１，６２に実装される部品（スイッチングモジュール６１１，コンデンサ等）によって、双方向インバータ回路を構成している。なお、比較的発熱量が大きい２つのスイッチングモジュール６１１は、実装基板６１の後面においてヒートシンク７３に接触するように実装されている。スイッチングモジュール６１１がヒートシンク７３に接触することで、スイッチングモジュール６１１の放熱性を確保することができる。このように、双方向インバータ回路を有する第２の電力変換部６には、ヒートシンク７３が設けられている。

また、第１の基台４２の下端に設けられたファン４４によって、各ヒートシンク７１〜７３の放熱部７５のスリットに沿った空気が流れることで、ヒートシンク７１〜７３による部品の放熱性がより向上する。

このように、第１の電力変換部５は、太陽電池に接続される第１の変換部５１と、２台（２系統）の蓄電池それぞれに接続される２つの第２の変換部５２とで構成される。そして、第１の変換部５１を構成する３枚の実装基板５１１にはヒートシンク７１が設けられ、２つの第２の変換部５２を構成する実装基板５２１それぞれにはヒートシンク７２が設けられる。また、第２の電力変換部６を構成する実装基板６１，６２にはヒートシンク７３が設けられる。すなわち、第１の電力変換部５（第１の変換部５１，第２の変換部５２）と第２の電力変換部６とは、それぞれが独立した別体のヒートシンクが設けられ、本体２のボディ２１に並べて設けられる。

また、第２の基台４３は、後台４３１と第１〜第３の取付板４３２〜４３４とで構成される。後台４３１は、上下方向に長い矩形板状に形成されおり、第１の基台４２の左側において、ボディ２１の上板２１２，下板２１３，左板２１４から離れた位置に配置され、ボディ２１の背板２１１に固定されている。後台４３１には、第１の取付板４３２と第２の取付板４３３と第３の取付板４３４が上下方向に並んで設けられる。また、後台４３１の下端には、２台のファン４４が左右方向に並べて配置されている。

第１の取付板４３２は、矩形状の前板４３２１と、前板４３２１の左端から後方向に突出した側板４３２２と、側板４３２２の後端から左方向に突出し後台４３１に固定される鍔部４３２３とで構成されている。前板４３２１は、後台４３１と前後方向に離れており、後台４３１の前方を覆っている。また、前板４３２１の左端に太陽電池接続端子４１１（図３参照）が取り付けられる。

第２の取付板４３３は、矩形状の前板４３３１と、前板４３３１の左端から後方向に突出した側板４３３２と、側板４３３２の後端から左方向に突出し後台４３１に固定される鍔部４３３３とで構成されている。前板４３３１は、後台４３１と前後方向に離れており、後台４３１の前方を覆っている。また、前板４３３１の左端に蓄電池接続端子４１２（図３参照）が取り付けられる。

第３の取付板４３４は、矩形状の前板４３４１と、前板４３４１の左端から後方向に突出した側板４３４２と、側板４３４２の後端から左方向に突出し後台４３１に固定される鍔部４３４３とで構成されている。前板４３４１は、後台４３１と前後方向に離れており、後台４３１の前方を覆っている。なお、前板４３４１の左右方向の寸法は、後台４３１の左右方向の寸法よりも短く形成されており、前板４３４１は、後台４３１の下部における左端付近のみを覆っている。そして、前板４３４１は、左端に系統電源接続端子４１３，自立出力端子４１４（図３参照）が取り付けられる。

また、後台４３１には、第１，第２の電力変換部５，６を構成する回路部品のうち、比較的発熱量が大きい発熱部品の１つであるコイルが設けられている。後台４３１における、第１の取付板４３２の前板４３２１と対向する位置には、太陽電池接続端子４１１に接続されるフィルタ回路のコイル（図示なし）や、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のコイル（図示なし）が配置されている。また、後台４３１における、第２の取付板４３３の前板４３３１と対向する位置には、蓄電池接続端子４１２に接続されるフィルタ回路のコイル（図示なし）や、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のコイル（図示なし）が配置されている。また、後台４３１における、第３の取付板４３４の側板４３４２の右側の位置には、双方向インバータ回路と系統電源接続端子４１３，自立出力端子４１４との間に接続される出力用リアクトル４５が配置されている。すなわち、後台４３１には、電力変換ユニット４を構成する部品のうち、比較的発熱量およびサイズが大きい大型コイル（出力用リアクトル４５を含む）が配置されている。なお、後台４３１には、大型コイル以外の部品も配置されている。そして、後台４３１の下端に設けられたファン４４によって、後台４３１に沿った空気が流れることで、大型コイル（出力用リアクトル４５を含む）の放熱性を確保することができる。

このように、本実施形態の電力変換装置１は、第１の電力変換部５と第２の電力変換部６とヒートシンク７１〜７３と本体２（筐体）とを備える。第１の電力変換部５は、電力供給装置に応じた個数の変換部を有し、変換部毎に直流と直流との間で電力変換を行う。具体的には、第１の電力変換部５は、太陽電池に接続される第１の変換部５１と、２台（２系統）の蓄電池それぞれに接続される２つの第２の変換部５２とで構成される。第２の電力変換部６は、第１の電力変換部５と系統電源との間に設けられ、直流と交流との間で電力変換を行う。そして、第１の変換部５１にはヒートシンク７１が設けられ、２つの第２の変換部５２それぞれにはヒートシンク７２が設けられ、第２の電力変換部６にはヒートシンク７３が設けられる。すなわち、ヒートシンク（ヒートシンク７１〜７３）は、第１の電力変換部５および第２の電力変換部６それぞれに設けられ、さらに電力供給装置の種類（太陽電池，蓄電池）毎または変換部（第１，第２の変換部５１，５２）毎に独立している。

したがって、第１の変換部５１とヒートシンク７１とが一体に構成され、第２の変換部５２とヒートシンク７２とが一体に構成され、第２の電力変換部６とヒートシンク７３とが一体に構成されている。すなわち、第１の電力変換部５（第１，第２の変換部５１，５２）および第２の電力変換部６は、それぞれが別体に構成されているので、一体に構成する場合に比べてサイズが小型化し、かつ質量が軽減する。これにより、電力変換装置１を組み立てる際における作業性が向上する。また、第１の電力変換部５（第１，第２の変換部５１，５２）および第２の電力変換部６のいずれかが故障した場合、故障した変換部のみを交換することができ、さらに交換する変換部のサイズも小さいので、作業効率が向上する。

また、第１の電力変換部５は、電力供給装置の種類（太陽電池，蓄電池）に応じて第１の変換部５１と第２の変換部５２とに分けられ、さらに蓄電池の系統（台数）に応じて第２の変換部５２が２つ設けられている。そして、第１，第２の変換部５１，５２それぞれに、独立した別体のヒートシンク（ヒートシンク７１，７２）が設けられている。したがって、第１，第２の変換部５１，５２それぞれの電力容量に応じたサイズのヒートシンク７１，７２を採用することができる。したがって、太陽電池は１モジュール当たりの電力容量が比較的小さいので、太陽電池５モジュール分のＤＣ−ＤＣコンバータ回路がまとめてヒートシンク７１に取り付けられている。また、蓄電池は１台当たりの電力容量が比較的大きいので、１つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路ごとにヒートシンク７２が取り付けられている。

なお、本実施形態では、各変換部（第１，第２の変換部５１，５２，第２の電力変換部６）それぞれに１つのヒートシンクが設けられているが、複数のヒートシンクが設けられていてもよい。

また、電力変換ユニット４を収納する本体２は、ベース３を台として兼用しているので、地面から電力変換ユニット４までの距離が確保され、電力変換ユニット４が水没する可能性が低減する。

さらに、上下方向に並べて設けられた第１の電力変換部５（第１，第２の変換部５１，５２），第２の電力変換部６のうち、太陽電池に接続される第１の変換部５１が最も上に配置されている。また、上下方向に並べて設けられた太陽電池接続端子４１１，蓄電池接続端子４１２，系統電源接続端子４１３，自立出力端子４１４のうち、太陽電池接続端子４１１が最も上に配置されている。一般的に、太陽電池は発電を停止する機能を有していないので、太陽電池に接続される第１の変換部５１および太陽電池接続端子４１１が水没した場合、太陽電池が故障するおそれがある。しかし、本実施形態では、第１の変換部５１および太陽電池接続端子４１１が最も上に配置されているので、これらが水没する可能性がより低減し太陽電池の故障を防止することができる。

また、電力変換装置１は、本体２とベース３とで構成されているので、本体２，ベース３それぞれの重量は、本体２とベース３とを一体に構成する場合に比べて軽くなるので、設置する際の作業性が向上する。

１電力変換装置
２本体（筐体）
２１ボディ
４電力変換ユニット
５第１の電力変換部
５１第１の変換部
５２第２の変換部
６第２の電力変換部
７１〜７３ヒートシンク

Claims

電力供給装置に応じた個数の変換部を有し、前記変換部毎に直流と直流との間で電力変換を行う第１の電力変換部と、
前記第１の電力変換部と系統電源との間に設けられ、直流と交流との間で電力変換を行う第２の電力変換部と、
前記第１の電力変換部および前記第２の電力変換部それぞれに設けられ、前記電力供給装置の種類毎または前記変換部毎に独立したヒートシンクと、
前記第１の電力変換部および前記第２の電力変換部が並べて設けられる筐体とを備える
ことを特徴とする電力変換装置。
前記電力供給装置は、太陽電池と蓄電池であり、
前記第１の電力変換部は、
前記太陽電池に接続される第１の変換部と、
前記蓄電池に接続される第２の変換部とで構成される
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記第１の変換部と前記第２の変換部と前記第２の電力変換部とが上下方向に並べて設けられ、前記第１の変換部が最も上に設けられる
ことを特徴する請求項２記載の電力変換装置。