JP2016201880A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】送電経路を確実に遮断することができ、かつ、抑制回路を備えない構成により、突入電流を抑制することができる電力供給システムを得ること。
【解決手段】制御回路２１は、開閉器１２を閉状態にさせ、昇圧回路１５によりコンデンサ１３を第１電圧まで充電させ、電流検出部１６により電流が検出された場合、開閉器１２を開状態にさせ、当該開状態を維持させる。また、制御回路２１は、電流検出部１６により電流が検出されなかった場合、開閉器１２を開状態にさせ、昇圧回路１５によりコンデンサ１３を蓄電装置４の電源の電圧である第２電圧まで充電させ、電圧検知回路２０が第２電圧を検出した場合、開閉器１２を閉状態にさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統から蓄電装置へ、および蓄電装置から電力系統へ電力を供給する電力供給システムに関する。

近年、災害により電力の供給能力が低下することへの対策が重要視されている。当該背景から、太陽光発電システムに代表される分散型の電源システムが普及しつつある。特許文献１には、電気自動車に搭載されている蓄電池の電力を家屋へ給電する充電システムが開示されている。

特開２０１２−５３１３号公報

ところで、充電システムでは、開閉器により構成されるインターロックリレーが蓄電池の出力段に設けられることがある。充電システムは、放電時の地絡または漏電を検出した場合に、当該開閉器を開状態にすることにより、送電経路を遮断し、負荷の保護を図っている。しかしながら、充電システムは、開閉器において空中放電が生じることがある。つまり、充電システムは、地絡または漏電を検出した場合において、送電経路を遮断できない可能性がある。

また、充電システムでは、蓄電池を接続した場合、コンデンサに大きな電流である突入電流が流れ込むため、抑制回路が配置されている。しかしながら、抑制回路を備えた電力供給システムは、大型化し、コストが増大してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送電経路を確実に遮断することができ、かつ、抑制回路を備えない構成により、突入電流を抑制することができる電力供給システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、電力系統と蓄電装置との間に配置される電力供給システムにおいて、電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置へ供給し、および蓄電装置から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統へ供給する電力変換部と、蓄電装置と電力変換部との間の接続を開状態または閉状態に切り替える開閉器と、蓄電装置に並列に接続されるコンデンサと、コンデンサに充電を行う充電部と、地絡または漏電の電流を検出する電流検出部と、コンデンサの電圧を検知する電圧検知回路と、電流検出部と電圧検知回路との検知結果に応じて、開閉器と充電部とを制御する制御回路と、を備え、制御回路は、開閉器を閉状態にさせ、充電部によりコンデンサを第１電圧まで充電させ、電流検出部により電流が検出された場合、開閉器を開状態にさせ、当該開状態を維持させ、電流検出部により電流が検出されなかった場合、開閉器を開状態にさせ、充電部によりコンデンサを蓄電装置の電源の電圧である第２電圧まで充電させ、電圧検知回路が第２電圧を検出した場合、開閉器を閉状態にさせる。

本発明によれば、送電経路を確実に遮断することができ、かつ、抑制回路を備えない構成により、突入電流を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態にかかる電力供給システムの構成図 実施の形態にかかる電力供給システムの具体的な動作についての説明に供するフローチャート 昇圧回路から出力される電圧の経時的な変化を示す図 実施の形態にかかる電力供給システムを実現するためのハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電力供給システムに基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態.
図１は、実施の形態にかかる電力供給システム１の構成を示す図である。電力供給システム１は、電力系統２と蓄電装置３との間に配置される。電力供給システム１は、電圧を変換する電力変換部である双方向電力変換部１１と、開状態または閉状態に切り替える開閉器１２と、蓄電装置３に並列に接続されるコンデンサ１３と、電力の充放電を行う電源部である２次電池１４と、２次電池１４の電圧を昇圧する昇圧回路１５とを備える。なお、２次電池１４と昇圧回路１５とから充電部が構成される。また、電力供給システム１は、電流を検出する電流検出部１６と、蓄電装置３に接続されるコネクタ１７と、コネクタ１７に印加される電圧を検知する電圧検知回路１８と、操作者により操作される操作部１９と、コンデンサ１３に充電されている電圧を検知する電圧検知回路２０と、開閉器１２および昇圧回路１５を制御する制御回路２１とを備える。

双方向電力変換部１１は、電力系統２から供給される交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置３に供給し、および蓄電装置３から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統２と宅内負荷４とに供給する。なお、宅内負荷４は、住宅で使用される電気機器であり、空調機、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、テレビ、パーソナルコンピュータが例示される。

開閉器１２は、蓄電装置３と双方向電力変換部１１との間の接続を開状態または閉状態に切り替える。ここで、開閉器１２の構成と動作について説明する。開閉器１２は、第１電極１２ａと第２電極１２ｂとを備え、コネクタ１７とコンデンサ１３との間に配置される。開閉器１２は、制御回路２１から第１信号を受信した場合、第１電極１２ａおよび第２電極１２ｂを閉状態にする。よって、双方向電力変換部１１と蓄電装置３との間の送電経路が電気的に接続される。また、開閉器１２は、制御回路２１から第２信号を受信した場合、第１電極１２ａおよび第２電極１２ｂを開状態にする。よって、双方向電力変換部１１と蓄電装置３との間の送電経路が遮断される。

コンデンサ１３は、蓄電装置３と双方向電力変換部１１との間に配置され、双方向電力変換部１１に供給される電圧を安定化させる機能を有する。

２次電池１４は、鉛バッテリまたはリチウムイオン電池が例示される。

昇圧回路１５は、コンデンサ１３、制御回路２１および２次電池１４に接続される。昇圧回路１５は、制御回路２１から信号を受信した場合、２次電池１４の直流電圧を昇圧してコンデンサ１３に供給し、コンデンサ１３を充電する。

電流検出部１６は、電流を検知する電流検知回路１６ａと、地絡を検出する地絡検出回路１６ｂとを備える。電流検知回路１６ａは、蓄電装置３と双方向電力変換部１１との間を流れる電流を検知し、検知した電流を電圧値に変換して制御回路２１に送信する。地絡検出回路１６ｂは、電力供給システム１の直流母線と対地間の電流から地絡状態であるかどうかを判定し、判定結果を制御回路２１に送信する。

コネクタ１７は、電力供給システム１と蓄電装置３とを電気的に接続するコネクタである。

電圧検知回路１８は、コネクタ１７に印加される電圧を検知し、検知した電圧を制御回路２１に送信する。

操作部１９は、操作者により操作された場合に操作信号を生成し、操作信号を制御回路２１に送信する。

電圧検知回路２０は、コンデンサ１３に充電されている電圧を検知し、検知した電圧を制御回路２１に送信する。

制御回路２１は、開閉器１２を閉状態にさせ、昇圧回路１５によりコンデンサ１３を第１電圧まで充電させ、電流検出部１６により検出された電流から地絡または漏電が検出された場合、開閉器１２を開状態にさせ、当該開状態を維持させるように制御する。

具体的には、制御回路２１は、電流検知回路１６ａにより変換された電圧値が、設定されている閾値以上の場合には、漏電を検出する。また、制御回路２１は、地絡検出回路１６ｂから送信されてきた判定結果が地絡状態の場合には、地絡を検出する。なお、開閉器１２を開状態に維持することは、双方向電力変換部１１と蓄電装置３との間の送電経路を遮断することを意味する。

よって、電力供給システム１は、地絡または漏電を検出した場合において、蓄電装置３の開閉器３３の状態にかかわらず、双方向電力変換部１１と蓄電装置３との間の送電経路を確実に遮断することができる。

ここで、蓄電装置３の構成について説明する。蓄電装置３は、電気自動車が例示され、電力を充放電する２次電池３１と、コネクタ１７に接続されるコネクタ３２と、開状態または閉状態に切り替える開閉器３３と、電力供給システム１の制御回路２１と通信を行い、開閉器３３の制御を行う制御回路３４とを備える。

２次電池３１は、リチウムイオン電池が例示される。コネクタ３２は、電気自動車の給電口が例示され、蓄電装置３と電力供給システム１とを電気的に接続するコネクタである。開閉器３３は、第１電極３３ａと第２電極３３ｂとを備え、２次電池３１とコネクタ１７との間に配置される。制御回路３４は、電力供給システム１の制御回路２１の指示に基づいて、開閉器３３の開閉を指示する。

つぎに、電力供給システム１に蓄電装置３を接続した場合に生ずる突入電流について説明する。コンデンサ１３は、電力の供給が行われていない場合には充電されておらず、ゼロボルトの定電圧源と等価になる。

電力供給システム１に蓄電装置３を接続した場合、コンデンサ１３に大きな電流である突入電流が流れ込み、電力供給システム１の各構成要素に悪影響を与える可能性がある。

一般的には、突入電流を抑制する抑制回路をコンデンサの前段部に配置することによって、電力供給システムに蓄電装置を接続した場合に生ずる突入電流を抑制している。抑制回路は、開閉器と抵抗器とが並列に接続されている回路である。抑制回路は、電力供給システムに蓄電装置を接続するときに、開閉器を開状態にし、蓄電装置から供給される電流を抵抗器に流して抑制し、コンデンサの電圧が蓄電装置の２次電池の電圧に到達するまで待つ。抑制回路は、コンデンサの電圧が蓄電装置の２次電池の電圧に到達した後に、開閉器を閉状態にし、抵抗器をバイパスさせて、蓄電装置から供給される電流を流す。

しかし、当該抑制回路を備えた電力供給システムは、大型化し、コストが増大してしまう。

そこで、制御回路２１は、電流検出部１６により検出された電流から地絡または漏電を検出しなかった場合、開閉器１２を開状態にさせるように制御する。制御回路２１は、蓄電装置３の開閉器３３を閉状態にさせ、電圧検知回路１８により蓄電装置３の電源である２次電池３１の電圧を検知させるように制御する。制御回路２１は、昇圧回路１５によりコンデンサ１３を蓄電装置３の２次電池３１の電圧である第２電圧まで充電させ、電圧検知回路２０により検知されたコンデンサ１３の電圧が第２電圧になったことを検出した場合、開閉器１２を閉状態にさせるように制御する。

よって、電力供給システム１は、蓄電装置３の接続時において、開閉器１２を開状態にし、蓄電装置３の２次電池３１の電圧を検知して、コンデンサ１３を第２電圧まで充電した後、開閉器１２を閉状態にするので、抑制回路を備えない構成により、突入電流を抑制することができる。

つぎに、電力供給システム１の具体的な動作について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。以下では、電力供給システム１のコネクタ１７と、蓄電装置３に配置されたコネクタ３２とが接続された後に操作部１９が操作されて、充電動作または放電動作の開始を指示する操作信号が制御回路２１に入力された場合を想定して説明する。また、図３は、昇圧回路１５から出力される電圧の経時的な変化を示す図である。図３中のＶａは、第１電圧を示し、図３中のＶｂは、第２電圧を示す。

ステップＳＴ１において、制御回路２１は、開閉器１２が閉状態になるように制御する。蓄電装置３の開閉器３３は、開状態になっている。よって、双方向電力変換部１１の直流側から蓄電装置３の開閉器１２までの間の送電経路が電気的に接続された状態になっている。

ステップＳＴ２において、制御回路２１は、絶縁性の診断を行う。具体的には、制御回路２１は、昇圧回路１５を駆動させて、電圧検知回路２０により検知される電圧が第１電圧Ｖａになるまで２次電池１４の直流電圧を昇圧させる。なお、昇圧回路１５の駆動によって、双方向電力変換部１１の直流側から蓄電装置３の開閉器３３までの送電経路の電圧が昇圧される。

ステップＳＴ３において、制御回路２１は、漏電または地絡を検出したかどうかを判断する。具体的には、制御回路２１は、電流検知回路１６ａにより変換された電圧値が、設定されている閾値以上の場合には、漏電を検出したと判断する。制御回路２１は、地絡検出回路１６ｂから送信されてきた判定結果が地絡状態の場合には、地絡を検出する。

漏電または地絡を検出した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ４に進み、漏電および地絡を検出しなかった場合（Ｎｏ）には、絶縁性の診断によって絶縁性の異常を検知しなかったので、ステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ４において、制御回路２１は、開閉器１２が開状態になるように制御し、かつ、当該開状態が維持されるように制御する。

ステップＳＴ５において、制御回路２１は、コンデンサ１３の電圧を放電させて、開閉器１２が開状態になるように制御する。

ステップＳＴ６において、制御回路２１は、蓄電装置３の制御回路３４と通信し、開閉器３３が閉状態になるように制御する。電圧検知回路１８は、コネクタ１７に印加される電圧を検知し、検知した電圧を制御回路２１に送信する。なお、開閉器１２が開状態であり、開閉器３３が閉状態であるため、電圧検知回路１８により検知した電圧は、蓄電装置３の２次電池３１の電圧とみなせる。以下では、電圧検知回路１８により検知した電圧を第２電圧Ｖｂと称する。

ステップＳＴ７において、制御回路２１は、昇圧回路１５を駆動させて、電圧検知回路２０により検知される電圧が第２電圧Ｖａになるまで２次電池１４の直流電圧を昇圧させる。電圧検知回路２０は、コンデンサ１３に充電されている電圧を検知し、検知した電圧を制御回路２１に送信する。

ステップＳＴ８において、制御回路２１は、電圧検知回路２０により検知されたコンデンサ１３の電圧が第２電圧Ｖｂになったことを検出した場合、開閉器１２が閉状態になるように制御する。開閉器１２が閉状態になることにより、蓄電装置３の２次電池３１と双方向電力変換部１１との間の送電経路が電気的に接続される。

ステップＳＴ９において、制御回路２１は、双方向電力変換部１１を駆動して、充電動作または放電動作を開始するように制御する。

制御回路２１は、絶縁性の診断を行う場合において、コンデンサ１３の電圧を予め設定した固定電圧である第１電圧まで昇圧するように昇圧回路１５を駆動させる第１動作モードと、絶縁性の診断により絶縁性の異常を検知しなかった場合において、コンデンサ１３の電圧を蓄電装置３の２次電池３１の電圧である第２電圧まで昇圧するように昇圧回路１５を駆動させて突入電流を抑制する第２動作モードを有する。

なお、第１電圧は、絶縁診断および絶縁試験での一般的な電圧である５００Ｖが例示される。第２電圧は、蓄電装置３が電気自動車の場合には、電池電圧範囲である１５０Ｖから４５０Ｖの範囲が例示される。

よって、電力供給システム１は、蓄電装置３の２次電池３１が接続されていない状態において、昇圧回路１５により第１電圧まで昇圧した２次電池１４の直流電圧を直流母線に印加して絶縁性の診断を行うので、漏電による事故を未然に防ぐことができる。また、電力供給システム１は、絶縁性の診断により絶縁性の異常を検知しなかった場合に、一旦、開閉器１２を開状態にし、コンデンサ１３を第２電圧まで充電し、開閉器１２を閉状態にするので、突入電流を抑制する抑制回路を備えない構成により、突入電流を抑制することができるので、小型化を図り、コストを低減することができる。

また、電力供給システム１は、第１動作モードによる第１電圧を、第２動作モードによる第２電圧よりも高く設定するので、蓄電装置３である電気自動車の２次電池が接続される前に、電気自動車に搭載されている２次電池の電圧以上の電圧を直流母線に印加して絶縁診断を行うため、漏電による事故を未然に防ぐことができる。

なお、実施の形態にかかる電力供給システム１の制御回路２１は、図４に示すように、演算を行うＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１により読み取られるプログラムが保存されるメモリ１０２と、信号の入出力を行うインターフェイス１０３とから構成されてもよい。

具体的には、メモリ１０２には、制御回路２１の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ１０１は、インターフェイス１０３を介して、充電動作または放電動作の開始を指示する操作信号が入力された場合、開閉器１２を閉状態にする信号Ｓ１を生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ１を出力する。ＣＰＵ１０１は、絶縁性の診断処理を実行し、漏電または地絡を検出した場合には、開閉器１２を開状態にする信号Ｓ２生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ２を出力する。

また、ＣＰＵ１０１は、絶縁性の診断処理を実行し、漏電または地絡を検出しなかった場合には、開閉器１２を開状態にする信号Ｓ２を生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ２を出力する。ＣＰＵ１０１は、開閉器３３を閉状態にする信号Ｓ３を生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ３を出力する。ＣＰＵ１０１は、昇圧回路１５を駆動する信号Ｓ４を生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ４を出力する。ＣＰＵ１０１は、インターフェイス１０３を介して電圧検知回路２０により検知されたコンデンサ１３の電圧が第２電圧Ｖｂになったことを検出した場合、開閉器１２を閉状態にする信号Ｓ１を生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ１を出力する。ＣＰＵ１０１は、双方向電力変換部１１を駆動する信号Ｓ５を生成し、インターフェイス１０３を介して信号Ｓ５を出力する。双方向電力変換部１１は、信号Ｓ５に基づいて、充電動作または放電動作を開始する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電力供給システム、２ 電力系統、３ 蓄電装置、４ 宅内負荷、１１ 双方向電力変換部、１２，３３ 開閉器、１２ａ，３３ａ 第１電極、１２ｂ，３３ｂ 第２電極、１３ コンデンサ、１４，３１ ２次電池、１５ 昇圧回路、１６ 電流検出部、１６ａ 電流検知回路、１６ｂ 地絡検出回路、１７，３２ コネクタ、１８，２０ 電圧検知回路、１９ 操作部、２１，３４ 制御回路。

Claims (3)

1. 電力系統と蓄電装置との間に配置される電力供給システムにおいて、
   前記電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電装置へ供給し、および前記蓄電装置から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電力系統へ供給する電力変換部と、
   前記蓄電装置と前記電力変換部との間の接続を開状態または閉状態に切り替える開閉器と、
   前記蓄電装置に並列に接続されるコンデンサと、
   前記コンデンサに充電を行う充電部と、
   地絡または漏電の電流を検出する電流検出部と、
   前記コンデンサの電圧を検知する電圧検知回路と、
   前記電流検出部と前記電圧検知回路との検知結果に応じて、前記開閉器と前記充電部とを制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   前記開閉器を閉状態にさせ、前記充電部により前記コンデンサを第１電圧まで充電させ、前記電流検出部により電流が検出された場合、前記開閉器を開状態にさせ、当該開状態を維持させ、
   前記電流検出部により電流が検出されなかった場合、前記開閉器を開状態にさせ、前記充電部により前記コンデンサを前記蓄電装置の電源の電圧である第２電圧まで充電させ、前記電圧検知回路が前記第２電圧を検出した場合、前記開閉器を閉状態にさせる電力供給システム。
2. 前記第１電圧は、前記第２電圧よりも高い電圧である請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記充電部は、電源部と、前記電源部の電圧を昇圧する昇圧回路とを備える請求項１又は２に記載の電力供給システム。

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