JP2016127625A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】通電時および停電時の雑音端子電圧を低減することが可能な蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電池2を充電する機能および蓄電池2の放電電圧から自立出力電圧を生成する機能を有する電圧変換部3aと、電圧変換部3aを収納する導電性の筐体部4と、筐体部4に電気的に接続されたアース線5と、アース線5に介装されたノイズ抑制部6と、アース線5の他端T6と出力端T5とを電気的に接続する第1配線11に介装された第1スイッチ部S1と、通電時と停電時で第1スイッチ部S1の導通状態と非導通状態とを切り替える制御部3bと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、蓄電装置に関する。
従来の蓄電装置としては、例えば、特許文献1に記載のものや、図3に示す蓄電装置1Bが知られている。蓄電装置1Bは、蓄電池2と、パワーコンディショナー(PCS)3’と、蓄電池2およびパワーコンディショナー3’を収納する導電性のシャーシ4と、一端がシャーシ4に接続されるとともに他端が分電盤のFG端子(フレームグランド端子)に接続されるアース線5と、を備えている。
パワーコンディショナー3’は、電圧変換部3aと、電圧変換部3aを制御する制御部3b’とを備えている。電圧変換部3aは、単相三線式電力系統の系統電圧(例えば、AC200[V])を直流化して蓄電池2に供給する機能と、蓄電池2の放電電圧から自立出力電圧(例えば、AC100[V])を生成して出力する機能とを有する。
蓄電装置1Bは、系統電圧が入力される入力端T1、T2、T3と、自立出力電圧が出力される出力端T4、T5と、分電盤のFG端子に接続される接続端T6(アース線5の他端)と、を備えている。入力端T1、T2、T3とパワーコンディショナー3’とを電気的に接続する配線13には、リレーS3が介装されている。入力端T2、T3と出力端T4、T5とを電気的に接続する配線14には、リレーS4が介装されている。リレーS3よりもパワーコンディショナー3’側において、配線13のU相およびW相と出力端T4、T5とを電気的に接続する配線15には、リレーS5が介装されている。配線15のN側(出力端T5側)とシャーシ4とを接続する配線16には、リレーS6が介装されている。リレーS3〜S6は、制御部3b’の制御下で、それぞれ独立に導通状態(ON)と非導通状態(OFF)とが切り替わる。
具体的には、入力端T1、T2、T3に系統電圧が入力されている場合、すなわち通電時の場合、制御部3b’は、リレーS3、S4を導通状態にするとともにリレーS5、S6を非導通状態にする。これにより、蓄電装置1Bは、出力端T4、T5から自立出力電圧を出力しつつ、パワーコンディショナー3’により単相三線式電力系統から供給される低価格の深夜電力を利用して蓄電池2を充電したり、電力料金の高い昼間に蓄電池2を放電させたりすることができる。
一方、入力端T1、T2、T3に系統電圧が入力されていない場合、すなわち停電時の場合、制御部3b’は、リレーS3、S4を非導通状態にするとともにリレーS5、S6を導通状態にする。これにより、蓄電装置1Bは、蓄電池2の放電電圧から生成した自立出力電圧を出力端T4、T5から出力することができる。出力端T4、T5には、停電時でも使用したい負荷(例えば、冷蔵庫等の家電製品)が接続される。
また、蓄電装置1Bでは、上述したように停電時にリレーS6を導通状態とし、配線15のN側(出力端T5側)をシャーシ4およびアース線5を介して分電盤のFG端子に接続している。これにより、蓄電装置1Bでは、停電時であっても通電時と同様に配線15のN側が接地されるので、利用者の安全を確保することができる。なお、通電時は、単相三線式電力系統のO相が系統側で接地されるので、リレーS6が非導通状態であっても配線15のN側は接地される。
特開2013−165624号公報
ところで、上記従来の蓄電装置1Bでは、パワーコンディショナー3’で発生するノイズがシャーシ4からFG端子に流出するのを防ぐために、アース線5にコイルL1を介装している。
しかしながら、蓄電装置1Bでは、通電時にパワーコンディショナー3’に入力される系統電圧(例えば、AC200[V])と停電時にパワーコンディショナー3’が出力する自立出力電圧(例えば、AC100[V])の電圧値が異なるため、パワーコンディショナー3’で発生するノイズは通電時と停電時で成分が異なる。ここで、ノイズとは雑音端子電圧のことであり、蓄電装置1Bでは、雑音端子電圧を定められた規格値以下にする必要がある。
図4(A)は、蓄電装置1Bにおける通電時の系統側雑音端子電圧を示す図である。図4(B)は、蓄電装置1BからコイルL1を削除した場合における通電時の系統側雑音端子電圧を示す図である。図5(A)は、蓄電装置1Bにおける停電時の自立出力側雑音端子電圧を示す図である。図5(B)は、蓄電装置1BからコイルL1を削除した場合における停電時の自立出力側雑音端子電圧を示す図である。図4(A)、図4(B)、図5(A)および図5(B)では、雑音端子電圧の測定値(ピーク値および平均値)とともに、規格値である準尖頭値(QP)および平均値(AV)を示している。
図4(A)では、雑音端子電圧の全測定値が、規格値である準尖頭値(QP)および平均値(AV)以下になっているのに対して、図4(B)では、一部の周波数帯域における雑音端子電圧の測定値が規定値を超えている。また、図5(A)では、一部の周波数帯域における雑音端子電圧の測定値が規定値を超えているのに対して、図5(B)では、雑音端子電圧の全測定値が規定値以下になっている。
すなわち、蓄電装置1Bでは、コイルL1が設けられていることで、図4(A)に示すように通電時に系統側雑音端子電圧が規格値以下になる反面、図5(A)に示すように停電時には自立出力側雑音端子電圧が規格値を超えてしまうという問題がある。換言すれば、蓄電装置1Bでは、通電時にパワーコンディショナー3’から系統側に流出するノイズを抑制するためには、図4(A)に示すようにコイルL1が有効であるが、停電時にパワーコンディショナー3’から自立出力側に流出するノイズを抑制するためには、図5(B)に示すようにコイルL1がない方が良いという問題がある。
なお、蓄電装置1Bでは、停電時の系統側雑音端子電圧も規格値以下にする必要があるが、パワーコンディショナー3’で発生するノイズが大きいと、リレーS3が非導通状態であってもリレーS3の接点間をノイズが伝搬する場合があり、この場合、停電時の系統側雑音端子電圧を規格値以下にするのは困難になる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、通電時および停電時の雑音端子電圧を低減することが可能な蓄電装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電装置は、
入力端に入力された交流の系統電圧に基づいて蓄電池を充電する一方、系統電圧とは電圧値の異なる交流の自立出力電圧を出力端から出力する蓄電装置であって、
系統電圧を直流化して蓄電池に供給する機能と、蓄電池の放電電圧から自立出力電圧を生成して出力する機能とを有する電圧変換部と、
電圧変換部を収納する導電性の筐体部と、
一端が筐体部に電気的に接続され、他端が分電盤のフレームグランド端子に接続されるアース線と、
アース線に介装されたノイズ抑制部と、
アース線の他端と出力端の接地側とを電気的に接続する第1配線に介装された第1スイッチ部と、
入力端に系統電圧が入力されているか否かに応じて、第1スイッチ部の導通状態と非導通状態とを切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、通電時と停電時とで第1スイッチ部の導通状態と非導通状態とを切り替えることにより、ノイズ抑制部を介して筐体部を分電盤のFG端子に接続したり、ノイズ抑制部を介することなく出力端の接地側をFG端子に接続したりすることができる。したがって、この構成によれば、通電時または停電時のうちノイズ抑制部が有効に機能するときにノイズ抑制部を介して筐体部をFG端子に接続する一方、ノイズ抑制部が有効に機能しない(ノイズ抑制部がない方がよい)ときにノイズ抑制部を介することなく出力端の接地側をFG端子に接続することで、通電時の系統側雑音端子電圧および停電時の自立出力側雑音端子電圧を低減することが可能になる。
上記蓄電装置では、制御部は、入力端に系統電圧が入力されている場合、第1スイッチ部を非導通状態にする一方、入力端に系統電圧が入力されていない場合、第1スイッチ部を導通状態にするよう構成できる。
この構成によれば、通電時にノイズ抑制部が有効に機能し、停電時にノイズ抑制部が有効に機能しない場合に、通電時の系統側雑音端子電圧および停電時の自立出力側雑音端子電圧を低減することが可能になる。
上記蓄電装置では、入力端は、単相三線式電力系統の第1電圧線に接続される第1入力端と、第2電圧線に接続される第2入力端と、中性線に接続される第3入力端とを含み、
アース線の他端と第3入力端とを電気的に接続する第2配線に介装された第2スイッチ部をさらに備え、
制御部は、入力端に系統電圧が入力されている場合、第2スイッチ部を非導通状態にする一方、入力端に系統電圧が入力されていない場合、第2スイッチ部を導通状態にすることが好ましい。
この構成によれば、中性線(O相)に接続される第3入力端は、通電時は分電盤のFG端子に接続されず、停電時に分電盤のFG端子に接続される。したがって、この構成によれば、停電時に系統側(O相)の雑音端子電圧を低減することが可能になる。
上記蓄電装置は、第1入力端と第3入力端との間に接続された第1コンデンサと、
第2入力端と第3入力端との間に接続された第2コンデンサと、
をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、第1入力端−第3入力端間(U相−O相間)に第1コンデンサが接続され、第2入力端−第3入力端間(W相−O相間)に第2コンデンサが接続されるので、停電時にO相が分電盤のFG端子に接続された場合、U相およびW相も交流的にFG端子に接続される。したがって、この構成によれば、停電時に系統側(U相およびW相)の雑音端子電圧を低減することが可能になる。
上記蓄電装置では、入力端と電圧変換部とを電気的に接続する第3配線に介装された第3スイッチ部と、
第2入力端および第3入力端と出力端とを電気的に接続する第4配線に介装された第4スイッチ部と、
第3スイッチ部と電圧変換部との間において第3配線から分岐し、出力端に電気的に接続される第5配線に介装された第5スイッチ部と、を備え、
制御部は、入力端に系統電圧が入力されている場合、第3スイッチ部および第4スイッチ部を導通状態にするとともに第5スイッチ部を非導通状態にする一方、入力端に系統電圧が入力されていない場合、第3スイッチ部および第4スイッチ部を非導通状態にするとともに第5スイッチ部を導通状態にするよう構成できる。
この構成によれば、第3スイッチ部、第4スイッチ部および第5スイッチ部を制御することで、通電時に、自立出力電圧を出力しつつ、単相三線式電力系統から供給される低価格の深夜電力を利用して蓄電池を充電したり、電力料金の高い昼間に蓄電池を放電させたりすることができ、停電時に、蓄電池の放電電圧から生成した自立出力電圧を出力端から出力することができる。
上記蓄電装置では、ノイズ抑制部は、コイルを含み、
コイルは、コアにアース線の一部を巻き付けたものであってもよい。
本発明によれば、通電時および停電時の雑音端子電圧を低減することが可能な蓄電装置を提供することができる。
本発明に係る蓄電装置のブロック図である。 (A)は、本発明の蓄電装置における停電時の系統側雑音端子電圧を示す図である。(B)は、本発明の蓄電装置においてO相をFG端子に接続しない場合における停電時の系統側雑音端子電圧を示す図である。 従来の蓄電装置のブロック図である。 (A)は、従来の蓄電装置における通電時の系統側雑音端子電圧を示す図である。(B)は、従来の蓄電装置からコイルL1を削除した場合における通電時の系統側雑音端子電圧を示す図である。 (A)は、従来の蓄電装置における停電時の自立出力側雑音端子電圧を示す図である。(B)は、従来の蓄電装置からコイルL1を削除した場合における停電時の自立出力側雑音端子電圧を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る蓄電装置の実施形態について説明する。
図1に、本発明の一実施形態に係る蓄電装置1Aを示す。同図に示すように、蓄電装置1Aは、蓄電池2と、パワーコンディショナー(PCS)3と、シャーシ4と、アース線5と、ノイズ抑制部6と、を備えている。なお、図1に示されている各構成要素のうち、図3と同一の符号を付した構成要素については従来技術で説明したものと同様なので、ここでは説明を一部省略する。
蓄電池2は、充放電を繰り返し行うことができるように構成された二次電池を、複数個(例えば、6個)直列接続してユニット化したものである。蓄電池2は、パワーコンディショナー3に接続されている。
パワーコンディショナー3は、電圧変換部3aと、電圧変換部3aを制御する制御部3bとを備えている。電圧変換部3aは、単相三線式電力系統の系統電圧(例えば、AC200[V])を直流化して蓄電池2に供給する機能と、蓄電池2の放電電圧から自立出力電圧(例えば、AC100[V])を生成して出力する機能とを有する。電圧変換部3aは、例えば、双方向DC/DCコンバータと双方向インバータとで構成される。双方向DC/DCコンバータは、入力された直流電圧を降圧する降圧動作と、入力された直流電圧を昇圧する昇圧動作とを行う。双方向インバータは、入力された直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換動作と、入力された交流電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換動作とを行う。制御部3bは、例えば、マイコンで構成される。
シャーシ4は、蓄電池2、パワーコンディショナー3、および後述するリレーS1〜S5やコンデンサC1、C2が搭載された回路基板等を収納する導電性(金属製)のフレームである。シャーシ4は、本発明の「筐体部」に相当する。
アース線5は、一端がシャーシ4に接続され、他端(接続端T6)が分電盤のFG端子(フレームグランド端子)に接続される。アース線5には、ノイズ抑制部6が介装されている。
ノイズ抑制部6は、パワーコンディショナー3で発生するノイズがシャーシ4からFG端子に流出するのを防ぐために設けられたものであり、コイルL1を含む。コイルL1は、例えば、コアにアース線5の一部を巻き付けることで形成される。
蓄電装置1Aは、単相三線式電力系統の系統電圧が入力される入力端T1、T2、T3と、自立出力電圧が出力される出力端T4、T5と、アース線5の他端である接続端T6と、を備えている。入力端T1は、本発明の「第1入力端」に相当し、単相三線式電力系統の第1電圧線(U相)に接続される。入力端T2は、本発明の「第2入力端」に相当し、単相三線式電力系統の第2電圧線(W相)に接続される。入力端T3は、本発明の「第3入力端」に相当し、単相三線式電力系統の中性線(O相)に接続される。出力端T4は、非接地側(L側)の端子であり、出力端T5は、接地側(N側)の端子である。出力端T4、T5には、停電時でも使用したい負荷(例えば、冷蔵庫等の家電製品)が接続される。
出力端T5と接続端T6とを電気的に接続する第1配線11には、本発明の「第1スイッチ部」に相当するリレーS1が介装されている。入力端T3と接続端T6とを電気的に接続する第2配線12には、本発明の「第2スイッチ部」に相当するリレーS2が介装されている。入力端T1、T2、T3とパワーコンディショナー3とを電気的に接続する第3配線13には、本発明の「第3スイッチ部」に相当するリレーS3が介装されている。リレーS3よりも入力端T1、T2、T3側において、第3配線13のW相およびO相と出力端T4、T5とを電気的に接続する第4配線14には、本発明の「第4スイッチ部」に相当するリレーS4が介装されている。リレーS3よりもパワーコンディショナー3側において、第3配線13のU相およびW相と出力端T4、T5とを電気的に接続する第5配線15には、本発明の「第5スイッチ部」に相当するリレーS5が介装されている。
また、蓄電装置1Aは、入力端T1、T2、T3のそれぞれの電圧値を測定する電圧測定手段(例えば、電圧センサ)を備えている。電圧測定手段は、所定の周期で測定結果をパワーコンディショナー3の制御部3bに出力する。制御部3bは、電圧測定手段の測定結果に基づいて、入力端T1、T2、T3に系統電圧が入力されている「通電時」であるか、入力端T1、T2、T3に系統電圧が入力されていない「停電時」であるかを判断し、リレーS1〜S5の導通状態(ON)と非導通状態(OFF)とをそれぞれ独立に切り替える。
具体的には、通電時の場合、制御部3bは、リレーS3、S4を導通状態にするとともにリレーS1、S2、S5を非導通状態にする。これにより、分電盤のFG端子は、接続端T6からノイズ抑制部6のコイルL1を介してシャーシ4に接続される。したがって、蓄電装置1Aでは、従来の蓄電装置1Bと同様、通電時にコイルL1が有効に機能し、通電時の系統側雑音端子電圧を所定の規格値以下に抑制することができる。
一方、停電時の場合、制御部3bは、リレーS1、S2、S5を導通状態にするとともにリレーS3、S4を非導通状態にする。これにより、出力端T5に接続される第5配線15のN側は、リレーS1が介装された第1配線11および接続端T6を介して分電盤のFG端子に接続される。したがって、蓄電装置1Aでは、従来の蓄電装置1BからコイルL1を削除した場合と同様に、停電時の自立出力側雑音端子電圧を所定の規格値以下に抑制することができる。
また、蓄電装置1Aでは、停電時の場合、上述したようにリレーS2が導通状態になることから、入力端T3に接続された第3配線13のO相は、リレーS2が介装された第2配線12および接続端T6を介して分電盤のFG端子に接続される。したがって、蓄電装置1Aでは、停電時の系統側(O相)の雑音端子電圧を低減することができる。
さらに、蓄電装置1Aでは、入力端T1−入力端T3間(U相−O相間)に本発明の「第1コンデンサ」に相当するコンデンサC1が接続され、入力端T2−入力端T3間(W相−O相間)に本発明の「第2コンデンサ」に相当するコンデンサC2が接続されているので、停電時に、単相三線式電力系統のO相が分電盤のFG端子に接続されると、単相三線式電力系統のU相およびW相も交流的にFG端子に接続される。したがって、蓄電装置1Aでは、停電時の系統側(U相およびW相)の雑音端子電圧を低減することができる。
図2(A)に、蓄電装置1Aにおける停電時の系統側雑音端子電圧を示し、図2(B)に、単相三線式電力系統のO相が分電盤のFG端子に接続されていない蓄電装置における停電時の系統側雑音端子電圧を示す。図2(A)では、雑音端子電圧の全測定値が、規格値である準尖頭値(QP)および平均値(AV)以下になっているのに対して、図2(B)では、一部の周波数帯域における雑音端子電圧の測定値が規定値を超えている。このことから、停電時に単相三線式電力系統のO相を分電盤のFG端子に接続することにより、停電時の系統側雑音端子電圧が低減されることが分かる。
以上、本発明に係る蓄電装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、ノイズ抑制部6は、アース線5に介装することができ、パワーコンディショナー3で発生するノイズがシャーシ4からFG端子に流出するのを防ぐことができるのであれば、適宜構成を変更することができる。
パワーコンディショナー3の電圧変換部3aは、系統電圧を直流化して蓄電池2に供給する機能と、蓄電池2の放電電圧から自立出力電圧を生成して出力する機能とを有するものであれば、適宜構成を変更することができる。
第1スイッチ部(リレーS1)以外のスイッチ部は、本発明に係る蓄電装置が系統電圧に基づいて蓄電池2を充電する一方、蓄電池2の放電電圧から生成した自立出力電圧を出力できるのであれば、適宜追加したり削除したりすることができる。また、スイッチ部として、リレー以外のものを用いることもできる。
上記実施形態に係る蓄電装置1Aでは、通電時にノイズ抑制部6が有効に機能し、停電時にノイズ抑制部6が有効に機能しない(ノイズ抑制部6がない方がよい)ため、停電時にリレーS1を導通状態にして、第5配線15のN側をノイズ抑制部6が介装された経路とは別の経路で分電盤のFG端子に接続しているが、停電時にノイズ抑制部6が有効に機能し、通電時にノイズ抑制部6が有効に機能しない蓄電装置の場合は、通電時に、リレーS1を導通状態にして、ノイズ抑制部6を介さない経路で第5配線15のN側を分電盤のFG端子に接続するよう構成できる。
上記実施形態に係る蓄電装置1Aでは、制御部3bが電圧変換部3aの制御とリレーS1〜S5の制御とを行っているが、電圧変換部3aの制御を行う制御部と、リレーS1〜S5の制御を行う制御部とを別々に設けてもよい。制御部を別々に設ける場合、リレーS1〜S5の制御を行う制御部は、必ずしもパワーコンディショナー3内に設ける必要はない。
上記実施形態では、蓄電池2が蓄電装置1Aに含まれているが、蓄電池2は、本発明に係る蓄電装置とは別に設けられていてもよい。
1A 蓄電装置
2 蓄電池
3 パワーコンディショナー
3a 電圧変換部
3b 制御部
4 シャーシ(筐体部)
5 アース線
6 ノイズ抑制部
11 第1配線
12 第2配線
13 第3配線
14 第4配線
15 第5配線

Claims (6)

  1. 入力端に入力された交流の系統電圧に基づいて蓄電池を充電する一方、前記系統電圧とは電圧値の異なる交流の自立出力電圧を出力端から出力する蓄電装置であって、
    前記系統電圧を直流化して蓄電池に供給する機能と、前記蓄電池の放電電圧から前記自立出力電圧を生成して出力する機能とを有する電圧変換部と、
    前記電圧変換部を収納する導電性の筐体部と、
    一端が前記筐体部に電気的に接続され、他端が分電盤のフレームグランド端子に接続されるアース線と、
    前記アース線に介装されたノイズ抑制部と、
    前記アース線の他端と前記出力端の接地側とを電気的に接続する第1配線に介装された第1スイッチ部と、
    前記入力端に前記系統電圧が入力されているか否かに応じて、前記第1スイッチ部の導通状態と非導通状態とを切り替える制御部と、を備えた
    ことを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記制御部は、前記入力端に前記系統電圧が入力されている場合、前記第1スイッチ部を非導通状態にする一方、前記入力端に前記系統電圧が入力されていない場合、前記第1スイッチ部を導通状態にする
    ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記入力端は、単相三線式電力系統の第1電圧線に接続される第1入力端と、第2電圧線に接続される第2入力端と、中性線に接続される第3入力端とを含み、
    前記アース線の他端と前記第3入力端とを電気的に接続する第2配線に介装された第2スイッチ部をさらに備え、
    前記制御部は、前記入力端に前記系統電圧が入力されている場合、前記第2スイッチ部を非導通状態にする一方、前記入力端に前記系統電圧が入力されていない場合、前記第2スイッチ部を導通状態にする
    ことを特徴とする請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記第1入力端と前記第3入力端との間に接続された第1コンデンサと、
    前記第2入力端と前記第3入力端との間に接続された第2コンデンサと、
    をさらに備えた、
    ことを特徴とする請求項3に記載の蓄電装置。
  5. 前記入力端と前記電圧変換部とを電気的に接続する第3配線に介装された第3スイッチ部と、
    前記第2入力端および前記第3入力端と前記出力端とを電気的に接続する第4配線に介装された第4スイッチ部と、
    前記第3スイッチ部と前記電圧変換部との間において前記第3配線から分岐し、前記出力端に電気的に接続される第5配線に介装された第5スイッチ部と、を備え、
    前記制御部は、前記入力端に前記系統電圧が入力されている場合、前記第3スイッチ部および前記第4スイッチ部を導通状態にするとともに前記第5スイッチ部を非導通状態にする一方、前記入力端に前記系統電圧が入力されていない場合、前記第3スイッチ部および前記第4スイッチ部を非導通状態にするとともに前記第5スイッチ部を導通状態にする
    ことを特徴とする請求項3または4に記載の蓄電装置。
  6. 前記ノイズ抑制部は、コイルを含み、
    前記コイルは、コアに前記アース線の一部を巻き付けたものである
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電装置。
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