JP2016182014A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】系統電源が停電したときに、より確実に動作させることができ、より確実に電気自動車から電力を取り出して、家庭内負荷などの外部の負荷に供給することができるパワーコンディショナを提供する。
【解決手段】パワーコンディショナ１は、電気自動車２の蓄電池２１から入力される直流電圧を、異なる直流電圧に変換するＤＣＤＣ変換器１１と、変換された直流電圧を交流電圧に変換して、外部の家庭内負荷４に与えるＤＣＡＣ変換器１２と、ＤＣＤＣ変換器１１およびＤＣＡＣ変換器１２を制御する制御回路１３と、系統電源３から入力される電力を電源として制御回路１３に供給する電源回路１４と、入力部である外部電源入力端子１６とを備える。外部電源入力端子１６は、外部の電源、たとえば電気自動車２の内部の別系統電源電池２２から入力される電力を制御回路１３に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統電源が停電したときに電気自動車から電力を取り出し、家庭内負荷に電力を供給することができるパワーコンディショナに関する。

パワーコンディショナは、たとえば、電気自動車の電気モーターに供給する電力を蓄える駆動用電池として使用される蓄電池に充電して余剰電力を蓄える場合、および、蓄えた余剰電力を放電して、放電された電力を家庭内機器に用いる場合に使用される。

パワーコンディショナは、系統電源が停電したときには、補助電池を電源として制御回路を動作させることによって、家庭内機器に電力を供給することができる。これによって、災害が発生したときに、電力を確保することが可能である。

補助電池は、たとえば、パワーコンディショナの内部、または電気自動車の内部に備えられる。パワーコンディショナの内部に補助電池を備える場合の例としては、たとえば、特許文献１に開示される充放電装置がある。また電気自動車の内部に補助電池を備える場合の例としては、たとえば特許文献２に開示される充放電システムがある。

特開２０１３−２５５３６０号公報 特開２０１３−１５８２１８号公報

特許文献１に開示される充放電装置のように、パワーコンディショナの内部に補助電池を備える場合、補助電池の電力は、動作時には満充電状態であったとしても、停電が発生した時点から一定時間しか保持することができない。停電が発生して系統電源が遮断されて、系統電源から充電回路を介して補助電池を充電することができないようになると、補助電池の電力が、パワーコンディショナの待機電力によって消費されるためである。

したがって、パワーコンディショナの内部に補助電池を備える場合には、補助電池が放電してしまうと、電力不足によって、パワーコンディショナを動作させることができないという問題がある。

また、補助電池は、製品出荷当初は満充電状態であったとしても、出荷後長い間、客先に納入設置されずに倉庫などで保管されて、系統電源に接続されない状態が続くと、系統電源から充電することができない。

パワーコンディショナを一切動作させていなくても、補助電池は放電して、電力が低下してしまうので、系統電源から充電できない状態が続くと、補助電池の電力を保持することができない。したがって、パワーコンディショナが客先に納入設置されて動作を開始した後、補助電池が十分に充電されるまでに停電が発生した場合、補助電池の電力不足でパワーコンディショナを動作させることができないという問題がある。

以上のような問題があるので、補助電池をパワーコンディショナの内部に備える場合には、補助電池の電力の残量が、出荷時にできるだけ十分であるように気を付けておく必要がある。したがって、補助電池をパワーコンディショナに組み込む前に十分に充電を行う必要がある。また、パワーコンディショナの出荷までに時間がかかる場合には、追加の充電を行う必要がある。

また、パワーコンディショナの外部に補助電池を備える場合の例としては、前述の特許文献２に開示される充放電システムがある。特許文献２に開示される充放電システムでは、補助電池は、電気自動車に内蔵され、１本のケーブルで充放電器と接続される。

電気自動車と充放電器との間の接続については、電気自動車（Electric Vehicle；略称：ＥＶ）の急速充放電規格、たとえばＣＨＡｄｅＭＯ（チャデモ）（登録商標）によって決められている。しかし、現時点では、実際に補助電池と充放電器とを接続するケーブルは規格化されておらず、存在していない。したがって、特許文献２は、現存する電気自動車に対応する方法を開示していない。

本発明の目的は、系統電源が停電したときに、より確実に動作させることができ、より確実に電気自動車から電力を取り出して、家庭内負荷などの外部の負荷に供給することができるパワーコンディショナを提供することである。

本発明のパワーコンディショナは、電気自動車から入力される直流電圧を、異なる直流電圧に変換する直流直流変換器と、前記直流直流変換器によって変換された直流電圧を交流電圧に変換して、外部の負荷に与える直流交流変換器と、前記直流直流変換器および前記直流交流変換器を制御する制御回路と、系統電源から入力される電力を前記制御回路に供給する電源回路と、外部の電源から入力される電力を前記制御回路に供給する入力部とを備えることを特徴とする。

本発明のパワーコンディショナによれば、入力部は、外部の電源から入力される電力を制御回路に供給する。これによって、系統電源が停電したときに、外部の電源から入力される電力を制御回路に供給することができるので、内部に電池を備える必要がなく、内部の電池の充電量に関わらず、パワーコンディショナを動作させることができる。したがって、内部に電池を備える場合に比べて、系統電源が停電したときに、より確実に動作させることができるので、より確実に電気自動車から電力を取出して、外部の負荷に与えることができるパワーコンディショナを得ることができる。

本発明の第１の実施の形態であるパワーコンディショナ１を含む充放電システム１０の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態であるパワーコンディショナ１を含む充放電システム１０Ａの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態であるパワーコンディショナ１Ａを含む充放電システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態であるパワーコンディショナ１Ｂを含む充放電システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。 前提技術のパワーコンディショナ５０を含む充放電システム１００の構成を示すブロック図である。

＜前提技術＞
図５は、前提技術のパワーコンディショナ５０を含む充放電システム１００の構成を示すブロック図である。充放電システム１００は、系統電源３、家庭内負荷４、パワーコンディショナ５０および電気自動車６０を備えて構成される。パワーコンディショナ５０は、系統電源３、家庭内負荷４および電気自動車６０と接続されている。

パワーコンディショナ５０は、ＤＣＤＣ変換器（「ＤＣＤＣコンバータ」ともいう）５１、ＤＣＡＣ変換器（「ＤＣＡＣインバータ」ともいう）５２、制御回路５３、電源回路５４、逆流防止用ダイオード５５、内蔵電池５６および充電回路５７を備えて構成される。電気自動車６０は、蓄電池６１を備えて構成される。

ＤＣＤＣ変換器５１は、電気自動車６０の動力源である蓄電池６１から供給される直流（ＤＣ）電圧を、異なる直流電圧に変換する。ＤＣＡＣ変換器５２は、ＤＣＤＣ変換器５１で変換された直流（ＤＣ）電圧を交流（ＡＣ）電圧に変換する。ＤＣＡＣ変換器５２で変換された交流電圧は、外部の負荷である家庭内負荷４に供給される。

制御回路５３は、ＤＣＤＣ変換器５１およびＤＣＡＣ変換器５２を制御する。制御回路５３は、ハードウェアの電気回路によって構成される。

電源回路５４は、制御回路５３に電力を供給する電源である。電源回路５４は、系統電源３から供給される交流電圧を整流して直流電圧を発生させる。電源回路５４は、発生させた直流電圧を制御回路５３に与える。

逆流防止用ダイオード５５のアノードは、内蔵電池５６と接続される。逆流防止用ダイオード５５のカソードは、電源回路５４と制御回路５３との接続点に接続される。逆流防止用ダイオード５５は、電源回路５４から制御回路５３に与えられる直流電圧によって内蔵電池５６に電力が逆流することを防止する。

内蔵電池５６は、充電回路５７に接続される。充電回路５７は、内蔵電池５６を充電する。充電回路５７は、系統電源３から供給される交流電圧を整流して直流電圧を発生させ、発生させた直流電圧を内蔵電池５６に与える。内蔵電池５６は、逆流防止用ダイオード５５を介して、制御回路５３に電力を供給する。

図５に示す前提技術のパワーコンディショナ５０では、系統電源３の停電が発生したときには系統電源３から電力を受け取ることはできないが、パワーコンディショナ５０に内蔵する内蔵電池５６から供給される電力によって制御回路５３を動作することができる。しかし、パワーコンディショナ５０は、停電時には系統電源３から電力を受け取ることができないので、充電回路５７によって内蔵電池５６を充電することはできない。停電の間、パワーコンディショナ５０の待機電力の消費によって、内蔵電池５６の放電が続く。放電によって、内蔵電池５６の電圧が低下すると、制御回路５３に電力を供給することができなくなる。

以上の問題を解決するために、本発明では、以下の各実施の形態の構成を採用している。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態であるパワーコンディショナ１を含む充放電システム１０の構成を示すブロック図である。充放電システム１０は、パワーコンディショナ１、電気自動車２、系統電源３および家庭内負荷４を備えて構成される。パワーコンディショナ１は、電気自動車２、系統電源３および家庭内負荷４と接続されている。

パワーコンディショナ１は、ＤＣＤＣ変換器（「ＤＣＤＣコンバータ」ともいう）１１、ＤＣＡＣ変換器（「ＤＣＡＣインバータ」ともいう）１２、制御回路１３、電源回路１４、逆流防止用ダイオード１５および外部電源入力端子１６を備えて構成される。電気自動車２は、蓄電池２１、蓄電池２１とは別系統の電源の電池（以下「別系統電源電池」という場合がある）２２、および電池出力端子２３を備えて構成される。

ＤＣＤＣ変換器１１は、電気自動車２の動力源である蓄電池２１から供給される直流（ＤＣ）電圧を、異なる直流（ＤＣ）電圧に変換する。ＤＣＤＣ変換器１１は、直流直流変換器に相当する。ＤＣＡＣ変換器１２は、ＤＣＤＣ変換器１１で変換された直流（ＤＣ）電圧を交流（ＡＣ）電圧に変換する。ＤＣＡＣ変換器１２で変換された交流電圧は、外部の負荷である家庭内負荷４に供給される。ＤＣＡＣ変換器１２は、直流交流変換器に相当する。

制御回路１３は、ＤＣＤＣ変換器１１およびＤＣＡＣ変換器１２を制御する。制御回路１３は、ハードウェアの電気回路によって構成される。

電源回路１４は、制御回路１３に電力を供給する電源である。電源回路１４は、系統電源３から供給される交流電圧を整流して直流電圧を発生させる。電源回路１４は、発生させた直流電圧を制御回路１３に与える。

逆流防止用ダイオード１５のアノードは、外部電源入力端子１６に接続される。逆流防止用ダイオード１５のカソードは、電源回路１４と制御回路１３との接続点に接続される。逆流防止用ダイオード１５は、電源回路１４から制御回路１３に与えられる直流電圧によって、外部電源入力端子１６および電池出力端子２３を介して別系統電源電池２２に電力が逆流することを防止する。

外部電源入力端子１６は、パワーコンディショナ１に対して外部電源から電力を供給するときに使用される外部電源の入力端子である。外部電源入力端子１６は、電気自動車２の充放電とは別の不図示のケーブルで、電気自動車２の電池出力端子２３と接続される。外部電源入力端子１６は、入力部に相当する。

電気自動車２の蓄電池２１は、電気自動車２の動力源である。蓄電池２１は、電力を充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの二次電池によって実現される。

別系統電源電池２２は、電池出力端子２３に接続される。電池出力端子２３は、別系統電源電池２２の電圧を電気自動車２の外部へ出力する出力端子である。電池出力端子２３は、たとえば電気自動車２のシガーソケットによって実現される。別系統電源電池２２は、電気自動車２の電池出力端子２３、パワーコンディショナ１の外部電源入力端子１６および逆流防止用ダイオード１５を介して、制御回路１３に接続される。

このように構成されたパワーコンディショナ１は、系統電源３が停電したときには、系統電源３から電力を受け取ることができないので、電源回路１４を動作させることができない。電源回路１４が動作しなければ、電源回路１４から制御回路１３に電力を供給することができないので、制御回路１３も動作せず、制御回路１３によって制御されるＤＣＤＣ変換器１１およびＤＣＡＣ変換器１２も動作しない。したがって、系統電源３が停電したときには、パワーコンディショナ１は動作しないことになる。

本実施の形態では、電気自動車２の電池出力端子２３とパワーコンディショナ１の外部電源入力端子１６とが、電気自動車２の充放電とは別のケーブルで接続される。これによって、電気自動車２の別系統電源電池２２の電力が、逆流防止用ダイオード１５を介して制御回路１３に供給されるので、パワーコンディショナ１は動作できる状態になる。

以上のとおり、本実施の形態のパワーコンディショナ１は、電気自動車２から入力される直流電圧を、異なる直流電圧に変換するＤＣＤＣ変換器１１と、ＤＣＤＣ変換器１１によって変換された直流電圧を交流電圧に変換して、外部の負荷に与えるＤＣＡＣ変換器１２と、ＤＣＤＣ変換器１１およびＤＣＡＣ変換器１２を制御する制御回路１３と、系統電源３から入力される電力を制御回路１３に供給する電源回路１４と、外部の電源である別系統電源電池２２から入力される電力を制御回路１３に供給する外部電源入力端子１６（入力部）とを備える。

したがって、本実施の形態のパワーコンディショナ１では、パワーコンディショナ１の内部に、前述の図５に示す前提技術のような内蔵電池５６を備える必要がなく、内蔵電池５６の充電量に関わらず、パワーコンディショナ１を動作させることができる。すなわち、本実施の形態のパワーコンディショナ１は、前述の前提技術のようにパワーコンディショナ５０の内部に内蔵電池５６を備える場合に比べて、系統電源３が停電したときに、より確実に動作させることができるので、より確実に電気自動車２から電力を取り出して、家庭内負荷４に供給することができる。

また本実施の形態では、パワーコンディショナ１は、入力部として外部電源入力端子１６を備える。外部電源入力端子１６は、電池出力端子２３を介して、電気自動車２の内部に設けられる別系統電源電池２２に接続される。これによって、前述のように優れた効果を有するパワーコンディショナ１を、簡単な構成で実現することができる。

＜第２の実施の形態＞
図２は、本発明の第２の実施の形態であるパワーコンディショナ１を含む充放電システム１０Ａの構成を示すブロック図である。本実施の形態における充放電システム１０Ａは、前述の第１の実施の形態における充放電システム１０と同一の構成を含むので、同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態では、充放電システム１０Ａは、パワーコンディショナ１、電気自動車２Ａ、系統電源３、家庭内負荷４および外部電池３０を備えて構成される。電気自動車２Ａは、蓄電池２１を備える。外部電池３０は、電気自動車２Ａの蓄電池２１とは別系統の外部電源の電池である。パワーコンディショナ１は、電気自動車２Ａ、系統電源３、家庭内負荷４および外部電池３０と接続されている。

本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、パワーコンディショナ１の外部電源入力端子１６が接続する電池は、電気自動車２Ａの内部の電池ではなく、電気自動車２Ａの外部に設けられる外部電池３０である。このように、パワーコンディショナ１の外部電源入力端子１６に接続される電池は、電気自動車２Ａの内部の電池ではなく、電気自動車２Ａの外部の外部電池３０であってもよい。

このように外部電源入力端子１６に接続される電池として、電気自動車２Ａの外部に設けられる外部電源３０を用いることによって、外部電源入力端子１６に電力を供給する電源を、電気自動車２Ａの内部の電池に限定されないようにすることができる。これによって、外部電源入力端子１６に電力を供給する電源の選択の幅を広げることができる。

本実施の形態のようにパワーコンディショナ１の外部電源入力端子１６が、電気自動車２Ａの外部の外部電池３０に接続される場合であっても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、本実施の形態においても、パワーコンディショナ１は、前述の前提技術のようにパワーコンディショナ５０の内部に内蔵電池５６を備える場合に比べて、系統電源３が停電したときに、より確実に動作させることができるので、より確実に電気自動車２Ａから電力を取り出して、家庭内負荷４に供給することができる。

＜第３の実施の形態＞
図３は、本発明の第３の実施の形態であるパワーコンディショナ１Ａを含む充放電システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。本実施の形態における充放電システム１０Ｂは、前述の第１の実施の形態における充放電システム１０と同一の構成を含むので、同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態では、充放電システム１０Ｂは、パワーコンディショナ１Ａ、電気自動車２、系統電源３および家庭内負荷４を備えて構成される。パワーコンディショナ１Ａは、電気自動車２、系統電源３および家庭内負荷４と接続されている。

本実施の形態では、パワーコンディショナ１Ａは、ＤＣＤＣ変換器１１、ＤＣＡＣ変換器１２、制御回路１３、電源回路１４、逆流防止用ダイオード１５および接続用ケーブル１７を備えて構成される。接続用ケーブル１７は、電気自動車２の電池出力端子２３に接続するためのケーブルである。接続用ケーブル１７は、入力部に相当する。

本実施の形態では、前述の第１の実施の形態と異なり、パワーコンディショナ１Ａは、接続用ケーブル１７を備える。本実施の形態では、パワーコンディショナ１Ａの接続先である電気自動車２の電池出力端子２３は、シガーソケットによって実現される。接続用ケーブル１７は、パワーコンディショナ１Ａから、電池出力端子２３であるシガーソケットに直接接続できるようなコネクタを有するように構成される。

このような接続用ケーブル１７を備えることによって、電気自動車２の内部の別系統電源電池２２との接続を容易に行うことができる。

また、シガーソケットは、電気自動車２側の出力電圧および出力電流が、定格値、たとえば１２Ｖ、約５Ａに決まっている。したがって、電気自動車２の電池出力端子２３を、シガーソケットによって実現することによって、出力電圧および出力電流が明確でない電池を接続する場合に比べて、より安全に接続することができる。これによって、パワーコンディショナ１Ａ側の設計をより容易に行うことができる。

また本実施の形態においても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、本実施の形態においても、パワーコンディショナ１Ａは、前述の前提技術のようにパワーコンディショナ５０の内部に内蔵電池５６を備える場合に比べて、系統電源３が停電したときに、より確実に動作させることができるので、より確実に電気自動車２から電力を取り出して、家庭内負荷４に供給することができる。

＜第４の実施の形態＞
図４は、本発明の第４の実施の形態であるパワーコンディショナ１Ｂを含む充放電システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。本実施の形態における充放電システム１０Ｃは、前述の第１の実施の形態における充放電システム１０と同一の構成を含むので、同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態では、充放電システム１０Ｃは、パワーコンディショナ１Ｂ、電気自動車２、系統電源３および家庭内負荷４を備えて構成される。パワーコンディショナ１Ｂは、電気自動車２、系統電源３および家庭内負荷４と接続されている。

本実施の形態では、パワーコンディショナ１Ｂは、ＤＣＤＣ変換器１１、ＤＣＡＣ変換器１２、制御回路１３、電源回路１４、逆流防止用ダイオード１５、外部電源入力端子１６およびスイッチ１８を備えて構成される。スイッチ１８は、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５との間に設けられる。スイッチ１８は、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５との接続を、切断状態と導通状態との間で切替える。スイッチ１８を開放状態にすることによって、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５との接続が切断されて、切断状態となる。スイッチ１８を閉鎖状態にすることによって、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５とが接続されて、導通状態となる。スイッチ１８は、入力部に相当する。

本実施の形態では、前述の図１に示す第１の実施の形態とは異なり、パワーコンディショナ１Ｂは、スイッチ１８を備える。スイッチ１８を開放状態にすることによって、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５との接続を切断し、外部電源である別系統電源電池２２からの電力を遮断することができる。

具体的には、系統電源３が停電したときは、パワーコンディショナ１Ｂを動作させるために、外部電源である別系統電源電池２２に制御回路１３を接続する必要があるので、スイッチ１８を閉鎖状態として、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５とを導通状態とする。

その後、停電が終了して復電したときには、外部電源である別系統電源電池２２と制御回路１３との接続は不要になるので、スイッチ１８を開放状態として、外部電源入力端子１６と逆流防止用ダイオード１５との接続を切断し、制御回路１３から別系統電源電池２２を切り離す。これによって、別系統電源電池２２の電力の消耗を抑えることができる。

また本実施の形態においても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、本実施の形態においても、パワーコンディショナ１Ｂは、前述の前提技術のようにパワーコンディショナ５０の内部に内蔵電池５６を備える場合に比べて、系統電源３が停電したときに、より確実に動作させることができるので、より確実に電気自動車２から電力を取り出して、家庭内負荷４に供給することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，５０ パワーコンディショナ、２，２Ａ，６０ 電気自動車、３ 系統電源、４ 家庭内負荷、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１００ 充放電システム、１１，５１ ＤＣＤＣ変換器、１２，５２ ＤＣＡＣ変換器、１３，５３ 制御回路、１４，５４ 電源回路、１５，５５ 逆流防止用ダイオード、１６ 外部電源入力端子、１７ 接続用ケーブル、１８ スイッチ、２１，６１ 蓄電池、２２ 別系統電源電池、３０ 外部電池、５６ 内蔵電池、５７ 充電回路。

Claims (5)

1. 電気自動車から入力される直流電圧を、異なる直流電圧に変換する直流直流変換器と、
   前記直流直流変換器によって変換された直流電圧を交流電圧に変換して、外部の負荷に与える直流交流変換器と、
   前記直流直流変換器および前記直流交流変換器を制御する制御回路と、
   系統電源から入力される電力を前記制御回路に供給する電源回路と、
   外部の電源から入力される電力を前記制御回路に供給する入力部とを備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記入力部は、前記外部の電源から電力を供給するための外部電源入力端子を含み、
   前記外部電源入力端子は、前記電気自動車の内部に設けられる電池に接続されることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記入力部は、前記外部の電源から電力を供給するための外部電源入力端子を含み、
   前記外部電源入力端子は、前記電気自動車の外部に設けられる外部電池に接続されることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記入力部は、前記電気自動車の電池出力端子に接続するための接続用ケーブルを含み、
   前記電池出力端子は、前記電気自動車の内部に設けられる電池に接続され、
   前記接続用ケーブルは、前記電池出力端子を介して、前記電気自動車の内部に設けられる電池に接続されることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記入力部は、外部の電源から入力される電力の前記制御回路への供給を遮断可能なスイッチを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のパワーコンディショナ。

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