JP5246239B2 - 電力供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源機器から供給される電力をコンバータ回路を介して負荷に供給する電力供給装置に関するものである。より具体的には、電源機器からの電力を、複数の負荷の中でも比較的容量の大きい車両用の二次電池に高い効率をもって供給することができる電力供給装置に関する。

特許文献１は、電源機器として太陽電池または燃料電池を備える電力供給装置を開示している。この装置では、電源機器から供給された電力は、電源用のＤＣ／ＤＣコンバータ回路によって変圧され、直流の電源路（直流母線）に供給される。直流の電源路には、二次電池が接続されており、二次電池が充電される。その一方で、負荷が接続された直流給電路と、直流の電源路との間には、他のＤＣ／ＤＣコンバータ回路が接続されている。このため、電源機器から負荷へ電力を供給するときには、電源用のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、他のＤＣ／ＤＣコンバータ回路との両方を経由して電力が供給される。

特開２００８−４２９９９号公報

従来技術の構成では、２つのコンバータ回路を経由して負荷へ電力が供給されるから、電力効率が悪いという問題点があった。

また、負荷群の中に電力供給装置との接続が断続可能な二次電池が含まれる場合、そのような二次電池に短時間で充電することは電力供給装置の有用性を高める上で重要な機能となる。ところが、従来技術のような２つのコンバータ回路を経由して充電電流を流す構成では、そのような重要な機能における電力効率が悪いという問題点があった。

さらに、負荷群に容量が大きい二次電池が含まれる場合、充電電流が多くなるため、従来技術の構成では電力効率の悪さがより顕著になるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い効率を実現することができる電力供給装置を提供することである。

本発明の他の目的は、電力供給装置を構成する主たる二次電池を電源機器から効率的に充電することができるとともに、さらに、負荷群に含まれる二次電池をも効率的に充電することができる電力供給装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、それぞれが所定の電源電圧の電力を供給する複数の電源（２１−２４）と、負荷機器（３２−３４、２３２−２３４）と、二次電池（３１、２３１）と、複数の電源と負荷機器と二次電池とに接続される配電装置（４）とを備える電力変換装置において、
配電装置は直流母線（４１、４２）を備え、配電装置は、複数の電源から供給される電源電圧のそれぞれを第１電圧、または第２電圧に変換し直流母線に出力する複数の第１コンバータ回路（４３−４６、３４３−３４６、）を備え、二次電池（３１、２３１）は、第１コンバータ回路が第１電圧を出力するとき、第１電圧により充電される二次電池（３１、２３１）であり、配電装置は、第１コンバータ回路から直流母線に出力される第１電圧、または二次電池から直流母線に出力される第１電圧を、第２電圧に変換する第２コンバータ回路（４７、２４７）を備え、負荷機器（３２−３４、２３２−２３４）は、第２コンバータ回路から出力される第２電圧を供給される負荷機器（３２−３４、２３２−２３４）であり、配電装置は、第１コンバータ回路が直流母線に第２電圧を出力するとき、第２コンバータ回路を介することなく、第１コンバータ回路の出力を負荷機器に直接に供給する直接給電回路（５０、３５０）を備え、配電装置は、複数の第１コンバータ回路および第２コンバータ回路を制御する制御装置（４９）を備え、
制御装置（４９）は、第１給電モードにおいて、複数の電源から供給される電圧を第１電圧に変換し、直流母線に出力するように複数の第１コンバータ回路を制御し、複数の第１コンバータ回路および／または二次電池から供給される第１電圧を第２電圧に変換するように第２コンバータ回路を制御し、複数の電源および複数の第１コンバータ回路から二次電池（３１、２３１）が充電され、複数の電源から供給された電力が複数の第１コンバータ回路と第２コンバータ回路との両方を経由して負荷機器に供給される第１給電手段と、
第２給電モードにおいて、複数の電源から供給される電圧を第２電圧に変換し、直流母線に出力するように複数の第１コンバータ回路を制御し、直接給電回路（５０、３５０）を閉じ、複数の第１コンバータ回路から供給される電力が、二次電池（３１、２３１）に充電されることなく、直流母線と直接給電回路（５０、３５０）とを経由して負荷機器に直接に供給される第２給電手段とを備えることを特徴とする。

この発明によると、第１コンバータ回路が第２電圧を出力するときには、直接給電回路を経由して負荷機器へ給電される。このため、第２コンバータ回路を経由することなく、損失を抑制しながら、負荷機器へ給電することができる。よって、高い効率を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、直接給電回路（５０、３５０）に設けられ、第１コンバータ回路が第１電圧を出力するときに直接給電回路を開き、第１コンバータ回路が第２電圧を出力するときに直接給電回路を閉じるリレー（５１、３５１）をさらに備えることを特徴とする。この発明によると、リレーを用いた比較的簡単な回路構成によって直接給電回路の断続を実現することができる。

請求項３に記載の発明は、第１コンバータ回路が第２電圧を出力するとき、二次電池（３１、２３１）と直接給電回路（５０、３５０）との間の通電を遮断する遮断手段（５２−５４、３５１）をさらに備えることを特徴とする。この発明によると、第１コンバータ回路が第２電圧を出力するときに、二次電池と直接給電回路との間の通電が遮断されるから、直接給電回路に二次電池の第１電圧が印加されることが阻止される。

請求項４に記載の発明は、遮断手段は、ダイオード（５２−５４）を備えることを特徴とする。この発明によると、第１電圧と第２電圧との電圧差によってダイオードをスイッチ素子として機能させ、遮断手段を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、リレーは、第１コンバータ回路が第１電圧を出力するときに直接給電回路を開くとともに第１コンバータ回路から二次電池への充電回路を閉じ、第１コンバータ回路が第２電圧を出力するときに直接給電回路を閉じるとともに充電回路を開く２接点リレー（３５１）であることを特徴とする。この発明によると、２接点リレーを用いて、直接給電回路の開閉と、二次電池と直接給電回路との間の通電の断続とを実現することができる。

請求項６に記載の発明は、二次電池を第１二次電池（３１、２３１）として、負荷機器は、第２二次電池（３２、２３２）を備え、直接給電回路（５０、３５０）により第２二次電池の充電電流が供給されることを特徴とする。この発明によると、第２二次電池を効率的に充電することができる。

請求項７に記載の発明は、第１二次電池（３１、２３１）は定置型の二次電池であり、第２二次電池（３２、２３２）は車両に搭載された車両用の二次電池であることを特徴とする。この発明によると、車両用の二次電池を効率的に充電することができる。

なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明を適用した第１実施形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。 本発明を適用した第２実施形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。 本発明を適用した第３実施形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力供給装置１を示すブロック図である。電力供給装置１は、ひとつまたは複数の電源機器２と、ひとつまたは複数の負荷機器３と、配電装置４とを備えている。電源機器２によって供給される電力は、配電装置４によって、変圧され、集約され、分配されて、負荷機器３へ供給される。電力供給装置１は、一戸の住宅、または集合住宅において構成することができる。

複数の電源機器２のぞれぞれは、所定の電源電圧の電力を供給する電源を提供する。複数の電源機器２は、直流電力を供給する電源機器として、太陽光発電器２１と、燃料電池２３とを備える。太陽光発電器２１は、住宅の屋根などに配置された半導体太陽光電池パネルを備える。燃料電池２３は、水素またはメタノールなどを燃料とする複数の燃料電池セルを備える。太陽光発電器２１の発電電圧は、太陽の日射量に依存して変動する。例えば、太陽光発電器２１の発電電圧は、直流７０Ｖから３８０Ｖの範囲で変動する。燃料電池２３の発電電圧は、燃料電池２３の機種などに依存して異なる。例えば、燃料電池２３の発電電圧は、直流２０Ｖから１２０Ｖのいずれかである。さらに、電源機器２は、交流電力を供給する電源機器として、商用電源２２と、風力発電機２４とを有している。商用電源２２は、配電網から各住宅に供給される交流電源である。商用電源２２は、電力供給会社などの供給者から供給される交流電源である。商用電源２２は、系統電源とも呼ばれる。風力発電機２４は、風力によって回転する風車と、風車の回転によって駆動される交流発電機とを備える。商用電源２２の出力は、地域によって異なる。例えば、商用電源２２の電圧は、交流１００Ｖ、または交流２００Ｖなどである。風力発電機２４の発電電圧は、風速に依存して変動する。例えば、風力発電機２４の発電電圧は、０Ｖから３８０Ｖの範囲で変動する。商用電源２２と燃料電池２３とは、比較的安定して所定の電圧を供給する。太陽光発電器２１と風力発電機２４とは、自然エネルギー発電手段とも呼ぶことができる。太陽光発電器２１と風力発電機２４とは、商用電源２２と燃料電池２３とに比べて高い電圧を供給することができる。しかし、太陽光発電器２１と風力発電機２４との電圧は、商用電源２２と燃料電池２３との電圧に比べて安定していない。

複数の負荷機器３には、定置型の二次電池３１と、車両用の二次電池３２とを含むことができる。さらに、複数の負荷機器３には、可搬型の二次電池３３と、直流負荷３４と、給湯器３５とが含まれている。二次電池３１、３２は充電する必要があるので、負荷機器３のひとつとして把握される。

定置型の二次電池３１は、電力供給装置１の主たる二次電池として設けられている。二次電池３１は、住宅に固定された電池である。二次電池３１は、配電装置４に固定的に接続されている。二次電池３１は、第１二次電池とも呼ばれる。二次電池３１の電圧は、直流３５０Ｖから４００Ｖのいずれかである。二次電池３１の電圧は、配電装置４における直流母線を細くするために高電圧とされている。二次電池３１の電圧は、複数の電源機器２１、２２、２３、２４の最大電圧とほぼ等しいか、またはそれらの最大電圧より高い。

車両用の二次電池３２は、車両に搭載され、車両の走行用の動力源として用いられる二次電池である。二次電池３２は、電力供給装置１が構成された住宅に所属する車両に設けられている。二次電池３２は、車両が所定位置に駐車され、車両の接続端子と、住宅の接続端子とがケーブルによって接続されたときに、電力供給装置１の一部となる。二次電池３２と電力供給措置１との間は断続可能である。配電装置４から二次電池３２を充電するために、または二次電池３２から配電装置４を経由して他の負荷機器３または商用電源２２へ電力を供給するために、二次電池３２は配電装置４と接続される。二次電池３２は、第２二次電池とも呼ばれる。

二次電池３２は、車両の走行用の動力源として使用できるように、比較的大きい容量をもっている。二次電池３２の容量は、定置型の二次電池３１の容量より大きい。また、二次電池３２は、車両が住宅の近くに駐車されているときだけ、配電装置４と接続される。二次電池３２が配電装置４と接続されている期間は、比較的短期間である。よって、二次電池３２は短期間の間に、急速に充電される必要がある。二次電池３２の電圧は、直流１００Ｖから３２０Ｖのいずれかである。二次電池３２の電圧は、二次電池３１の電圧より低い。

可搬型の二次電池３３は、停電などの緊急時の電源装置として住宅に備え付けられている。二次電池３３の容量は、二次電池３１、３２と比べて明らかに小さい。二次電池３３の電圧は、二次電池３１の電圧より低く、かつ二次電池３２の電圧より低い。二次電池３３の電圧は、例えば、直流４８Ｖである。

直流負荷３４は、ヒータなどの負荷である。直流負荷３４の定格電圧は、例えば、直流４８Ｖである。直流負荷３４の定格電圧は、二次電池３２の電圧より低い。直流負荷３４の定格電圧は、二次電池３３の電圧とほぼ等しいか、または二次電池３３の電圧より高く設定することができる。

給湯器３５は、配電装置４から供給される電力によってヒータ、および／またはヒートポンプ装置を作動させ、湯を供給する。給湯器３５の定格電圧は、直流４０Ｖから３２０Ｖのいずれかである。

配電装置４は、電源機器２から供給される電力を負荷機器３に供給する電力変換装置を構成している。配電装置４は、複数の電源機器２と、複数の負荷機器３とに接続される多入力多出力型の配電網を構成している。配電装置４は、接地線４０と、直流母線４１、４２とを備える。直流母線は、第１直流母線４１と、第２直流母線４２とを備える。第１直流母線４１は、主幹線として、電力供給装置１の主たる二次電池３１に直結されている。第１直流母線４１の電圧は、主たる二次電池３１と同じ電圧である。第２直流母線４２は、電力供給装置１に常設されない二次電池３２に給電するための専用線として設けられている。第２直流母線４２の電圧は、第１直流母線４１の電圧より低い。

図中において、記号ＥＬＢは、漏電遮断器を示す。漏電遮断器ＥＬＢは、電源機器２と配電装置４との間、または負荷機器３と配電装置４との間に設けられている。記号ＦＬＴは、電源ラインに重畳している高周波ノイズを除去するフィルタ回路を示す。記号Ｆは、ヒューズを示す。記号ＲＳは、過電流防止用、または通電試験用の抵抗素子を示す。記号ＲＬは、電源機器２または負荷機器３を接続後に閉じられるシステムリレーを示す。記号ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３は、選択的に接続されるか、または選択的に作動状態におかれる負荷機器３２、３３、３４のいずれかひとつ、または複数をコンバータ回路４７に接続するための選択手段としての選択リレーを示す。記号ＣＳは、電源機器２から供給される電流、または負荷機器３に供給される電流を検出する電流センサを示す。

配電装置４は、複数の電源機器２から供給される電力のそれぞれを変換し、第１直流母線４１と第２直流母線４２とに供給する複数のコンバータ回路４３、４４、４５、４６を備える。

コンバータ回路４３は、フルブリッジ型の昇降圧コンバータ回路である。コンバータ回路４３は、リアクトルＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、平滑コンデンサＣとを備える。コンバータ回路４３は、太陽光発電器２１から供給される電圧を昇圧、または降圧して、第１直流母線４１と第２直流母線４２とに供給する。

ダイオードＤ２、Ｄ３は、出力ダイオードであって、コンバータ回路４３の出力を分岐させる。ダイオードＤ２のアノードはリアクトルＬとスイッチ素子Ｑ２との間に接続され、カソードは、第１直流母線４１に接続されている。ダイオードＤ３のアノードはリアクトルＬとスイッチ素子Ｑ２との間に接続され、カソードは、第２直流母線４２に接続されている。ダイオードＤ２は、第１直流母線４１からコンバータ回路４３への逆流を遮断するスイッチ素子５２でもある。

コンバータ回路４４は、昇圧コンバータ回路である。コンバータ回路４４は、リアクトルＬと、スイッチ素子Ｑ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２と平滑コンデンサＣとを備える。コンバータ回路４４は、燃料電池２３から供給される電圧を昇圧して、第１直流母線４１と第２直流母線４２とに供給する。

ダイオードＤ１、Ｄ２は、出力ダイオードであって、コンバータ回路４４の出力を分岐させる。ダイオードＤ１のアノードはリアクトルＬとスイッチ素子Ｑ１との間に接続され、カソードは、第１直流母線４１に接続されている。ダイオードＤ２のアノードはリアクトルＬとスイッチ素子Ｑ２との間に接続され、カソードは、第２直流母線４２に接続されている。ダイオードＤ１は、第１直流母線４１からコンバータ回路４４への逆流を遮断するスイッチ素子５３でもある。

コンバータ回路４５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路である。コンバータ回路４５は、２つのリアクトルＬと、フルブリッジ回路を構成する４つのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、ダイオードＤ１、Ｄ２とを備える。コンバータ回路４５は、商用電源２２から供給される交流電圧を昇圧、または降圧し、さらに整流して、第１直流母線４１と第２直流母線４２とに供給する。コンバータ回路４５は、配電装置４から商用電源２２へ電力を流すことができる。ハイサイド側のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３は、第１直流母線４１からコンバータ回路４５への逆流を遮断するスイッチ素子５４でもある。

コンバータ回路４６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路である。コンバータ回路４６は、コンバータ回路４５と同じ回路構成をもつ。コンバータ回路４６は、風力発電機２４から供給される交流電圧を昇圧、または降圧し、さらに整流して、第１直流母線４１と第２直流母線４２とに供給する。コンバータ回路４６は、配電装置４から風力発電機２４へ電力を流すことができる。

コンバータ回路４７は、配電装置４から負荷機器３の方向へ向けて降圧コンバータとして機能することができ、逆に、負荷機器３から配電装置４の方向へ向けて昇圧コンバータとして機能することができるコンバータ回路である。コンバータ回路４７は、リアクトルＬと、ハーフブリッジ接続された２つのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と、平滑コンデンサＣとを備える。コンバータ回路４７は、第１直流母線４１の電圧を降圧して負荷機器３２、３３、３４のいずれかひとつ、または複数へ給電することができる。

コンバータ回路４７は、二次電池３２と第１直流母線４１とを双方向に通電可能に接続することができる。コンバータ回路４７は、第１直流母線４１の電力により二次電池３２を充電する。また、コンバータ回路４７は、二次電池３２の電圧を昇圧して第１直流母線４１に給電することができる。コンバータ回路４７は、二次電池３３と第１直流母線４１とを双方向に通電可能に接続することができる。コンバータ回路４７は、第１直流母線４１の電力によりを二次電池３３を充電する。また、コンバータ回路４７は、二次電池３３の電力を第１直流母線４１に給電することができる。コンバータ回路４７は、直流負荷３４と第１直流母線４１とを一方向に通電可能に接続することができる。コンバータ回路４７は、第１直流母線４１の電力を直流負荷３４に供給する。選択リレーＲＬ１、ＲＬ２は、二次電池３２の電力が直接に二次電池３３に供給されることがないように制御される。選択リレーＲＬ１、ＲＬ３は、二次電池３２の電力が直接に直流負荷３４に供給されることがないようにも制御される。選択リレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３は、負荷機器３２、３３、３４のいずれかひとつだけがコンバータ回路４７に接続されるように制御される。

コンバータ回路４８は、配電装置４から負荷機器３の方向へ向けて降圧コンバータとして機能する降圧コンバータ回路である。コンバータ回路４８は、リアクトルＬと、スイッチ素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、平滑コンデンサＣとを備える。コンバータ回路４８は、第１直流母線４１の電圧を降圧して負荷機器３のひとつに給電することができる。コンバータ回路４８は、給湯器３５と第１直流母線４１とを一方向に通電可能に接続することができる。コンバータ回路４８は、第１直流母線４１の電力を、給湯器４５に供給する。

二次電池３１は、コンバータ回路等の電圧変換手段を介することなく、第１直流母線４１と常時接続されている。

コンバータ回路４３、４４、４５、４６は、電源側のコンバータ回路、または第１コンバータ回路とも呼ぶことができる。第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６は、電源電圧を第１電圧、または第２電圧に変換し出力する。第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６が第１電圧を出力するとき、二次電池３１は、第１電圧により充電される。

一方、コンバータ回路４７、４８は、負荷側のコンバータ回路、または第２コンバータ回路とも呼ぶことができる。第２コンバータ回路４７、４８は、第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６から出力される第１電圧、または二次電池３１から出力される第１電圧を、第２電圧に変換する。負荷機器３２、３３、３４、３５は、第２コンバータ回路４７、４８から出力される第２電圧を供給される。

さらに、配電装置４は、第２直流母線４２とコンバータ回路４７の出力側との間を直接に接続する直接給電回路５０を備える。直接給電回路５０は、電源機器２１、２２、２３、２４から供給される電力を、コンバータ回路４７を経由することなく、負荷機器３２、３３、３４へ直接に供給する経路を提供する。直接給電回路５０は、コンバータ回路４３、４４、４５、４６が第２電圧を出力するとき、コンバータ回路４７を介することなく、コンバータ回路４３、４４、４５、４６の出力を負荷機器３２、３３、３４に直接に供給する。例えば、選択リレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３によって二次電池３２が選択されるとき、直接給電回路５０により二次電池３２の充電電流が供給される。

直接給電回路５０には、直接給電回路５０を断続するためのスイッチ手段としての単投１接点型のリレー５１が設けられている。リレー５１は、直接給電回路５０に直列に設けられ、コンバータ回路４３、４４、４５、４６が第１電圧を出力するときに直接給電回路５０を開き、コンバータ回路４３、４４、４５、４６が第２電圧を出力するときに直接給電回路５０を閉じる。リレー５１が閉じられると、直接給電回路５０が形成され、リレー５１が開かれると、直接給電回路５０が遮断される。

コンバータ回路４３のダイオードＤ２は、コンバータ回路４３、４４、４５、４６の少なくともひとつが第２直流母線４２を経由して直接給電回路５０へ給電するときに、第１直流母線４１とコンバータ回路４３との間を遮断するスイッチ素子５２を提供する。スイッチ素子５２は、第１直流母線４１の高電圧が、コンバータ回路４３を経由して第２直流母線４２に印加されることを阻止する。第１直流母線４１には、二次電池３１の電圧が印加されているから、スイッチ素子５２は、高電圧の二次電池３１と直接給電回路５０との間の通電を遮断する遮断手段でもある。

同様に、コンバータ回路４４のダイオードＤ１は、コンバータ回路４３、４４、４５、４６の少なくともひとつが第２直流母線４２を経由して直接給電回路５０へ給電するときに、第１直流母線４１とコンバータ回路４４との間を遮断するスイッチ素子５３を提供する。スイッチ素子５３は、第１直流母線４１の高電圧が、コンバータ回路４４を経由して第２直流母線４２に印加されることを阻止する。スイッチ素子５３は、高電圧の二次電池３１と直接給電回路５０との間の通電を遮断する遮断手段でもある。

さらに、コンバータ回路４５のハイサイド側のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３は、コンバータ回路４３、４４、４５、４６の少なくともひとつが第２直流母線４２を経由して直接給電回路５０へ給電するときに、第１直流母線４１とコンバータ回路４５との間を遮断するスイッチ素子５４を提供する。スイッチ素子５４は、第１直流母線４１の高電圧が、コンバータ回路４５を経由して第２直流母線４２に印加されることを阻止する。スイッチ素子５４は、高電圧の二次電池３１と直接給電回路５０との間の通電を遮断する遮断手段でもある。

コンバータ回路４６にも、コンバータ回路４５と同様に、コンバータ回路４３、４４、４５、４６の少なくともひとつが第２直流母線４２を経由して直接給電回路５０へ給電するときに、第１直流母線４１とコンバータ回路４５との間を遮断するスイッチ素子を備える。

以上に説明したリレー５１と、スイッチ素子５２、５３、５４は、電源機器２１、２２、２３、２４からの電力を変換するコンバータ回路４３、４４、４５、４６の少なくともひとつが第２直流母線４２を経由して負荷機器３２、３３、３４へ給電する直接給電回路５０を形成するとともに、二次電池３１と直接給電回路５０との間の通電を遮断する遮断手段を提供している。

配電装置４は、制御装置４９を備える。制御装置４９は、配電装置４に設けられた複数のスイッチ素子、およびリレーなどを制御することにより、配電装置４において所定の回路を構成し、そこに含まれる回路要素が所望の機能を発揮するように制御する。制御装置４９は、コンバータ回路４３、４４、４５、４６、４７、４８のスイッチ素子を制御する。さらに、制御装置４９は、システムリレーＲＬ、選択リレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、リレー５１を制御する。制御装置４９には、複数の電源機器２のそれぞれの電圧、複数の負荷機器３のそれぞれの電圧、電流センサＣＳが検出した電流値などが入力され、配電装置４の制御に用いられる。制御装置４９は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置４９をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置４９を機能させる。配電装置４が制御装置４９の制御の下で提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。

この実施形態では、制御装置４９は、第１給電手段と、第２給電手段とを備える。第１給電手段と第２給電手段とは、択一的に実行され、同時に実行されることはない。

第１給電手段は、電源機器２１、２２、２３、２４から供給される電圧を二次電池３１の第１電圧に変換し、出力するように電源側の第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６を制御する。第１給電手段は、高電圧の二次電池３１を充電する充電手段でもある。第１給電手段は、第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６、および／または二次電池３１から供給される第１電圧を、負荷機器３２、３３、３４の第２電圧に変換するように、負荷側の第２コンバータ回路４７を制御する。第１給電手段によると、電源機器２１、２２、２３、２４から供給された電圧は、第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６と第２コンバータ回路４７との両方を経由して、負荷機器３２、３４、３５に供給される。負荷機器３２、３３、３４には、二次電池３１より電圧が低い低電圧の二次電池３２を含むことができる。低電圧の二次電池３２に電力が供給される場合、第１給電手段は、第１充電手段とも呼ぶことができる。

一方、第２給電手段は、電源機器２１、２２、２３、２４から供給される電圧を負荷機器３２、３３、３４の第２電圧に変換し、出力するように第１コンバータ回路４３、４４、４５を制御する。第２給電手段は、第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６の出力を、第２コンバータ回路４７を経由することなく、直接に負荷機器３２、３３、３４へ給電するように、配電装置４を制御する。具体的には、制御装置４９は、直接給電回路５０を閉じるようにリレー５１を制御する。さらに、第２給電手段は、二次電池３１の電力が第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６を経由して直接給電回路５０に供給されることを阻止するように、配電装置４を制御する。具体的には、制御装置４９は、二次電池３１と第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６の出力との間の給電回路を遮断するスイッチ手段５２、５３、５４を制御する。負荷機器３２、３３、３４には、二次電池３１より電圧が低い低電圧の二次電池３２を含むことができる。低電圧の二次電池３２に電力が供給される場合、第２給電手段は、第２充電手段とも呼ぶことができる。

この電力供給装置１の作動においては、第１給電モードと、第２給電モードとが提供される。第１給電モードにおいては、電源機器２１、２２、２３、２４およびコンバータ回路４３、４４、４５、４６から二次電池３１の電圧（第１電圧）が供給される。第２給電モードでは、電源機器２１、２２、２３、２４から負荷機器３２、３３、３４の電圧（第２電圧）が供給される。

第１給電モードにおいては、電源機器２１、２２、２３、２４から供給される電力が第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６によって第１電圧に変換され、第１直流母線４１に第１電圧の電力が供給される。二次電池３１は、第１直流母線４１から供給される電力によって充電される。よって、電源機器２１、２２、２３、２４および第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６から二次電池３１が充電される。

さらに、第１給電モードにおいては、第２コンバータ回路４７、４８により第１直流母線４１上の第１電圧の電力が、負荷機器３２、３３、３４、３５に応じた負荷電圧（第２電圧）に変換され、第２コンバータ回路４７、４８の出力により負荷機器３２、３３、３４、３５への給電が実行される。このとき、第２コンバータ回路４７、４８は、第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６から第１直流母線４１に供給される電力、および／または二次電池３１から第１直流母線４１に供給される電力を電圧変換し負荷機器３２、３３、３４、３５に供給する。

例えば、太陽光発電器２１の出力電圧は、第１コンバータ回路４３によって二次電池３１の充電電圧（第１電圧）に変換され、ダイオードＤ２を経由して第１直流母線４１に供給される。この電力は、二次電池３１に供給され、二次電池３１が充電される。一方、第１直流母線４１の電圧は、第２コンバータ回路４７によって、負荷機器３２、３３、３４のいずれかの負荷電圧（第２電圧）に変換され、その負荷機器に供給される。例えば、制御装置４９は、二次電池３２がコンバータ回路４７に接続されるように選択リレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３を制御する。このとき、制御装置４９は、第２コンバータ回路４７のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を、降圧コンバータ回路として機能するように制御する。第２コンバータ回路４７の出力は、二次電池３２に供給され、二次電池３２が充電される。

第２給電モードにおいては、電源機器２１、２２、２３、２４から供給される電力が第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６によって第２電圧に変換され、ダイオードＤ３を経由して第２直流母線４２に第２電圧の電力が供給される。第２電圧は、負荷選択手段としての選択リレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３によって選択された負荷機器３２、３３、３４のいずれかの負荷電圧である。よって、第２電圧は、第１電圧より低い。このとき、第１直流母線４１には二次電池３１から第１電圧が印加されているから、ダイオードＤ２は第１直流母線４１から第２直流母線４２への通電を阻止する。さらに、第２給電モードにおいては、制御装置４９は、リレー５１をオン状態に制御することによって、直接給電回路５０を閉じる。これにより、第１コンバータ回路４２、４３、４４、４５から供給される電力は、第２直流母線４２と直接給電回路５０とを経由して負荷機器３２、３３、３４のいずれかに直接に供給される。

この第２給電モードにおいては、第２コンバータ回路４７を経由することなく、より具体的には、第２コンバータ回路４７のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を経由することなく、第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６から供給される電力が負荷機器３２、３３、３４に供給される。このため、第２コンバータ回路４７において電力損失を生じることなく負荷機器３２、３３、３４へ給電することができる。特に、選択された負荷機器３２、３３、３４が大電力を必要とする場合には、第２コンバータ回路４７を経由することなく給電することによって電力損失を大幅に抑制することができる。

例えば、負荷機器３のひとつである車両用の二次電池３２に給電される場合、電源側の第１コンバータ回路４３は、二次電池３２の充電電圧（第２電圧）を第２直流母線４２に供給する。この電力は、二次電池３１に充電されることなく、また、第２コンバータ回路４７を経由することもなく、直接給電回路５０を経由して、二次電池３２に第１コンバータ回路４３から直接に供給される。この結果、二次電池３２が充電される。ところで、二次電池３２は、比較的容量が大きい。しかも、車両が住宅と接続されたときにだけ充電できる電池である。よって、二次電池３２は、短期間の間に充電する必要があり、しかも充電のためには大電力を要する。この実施形態によると、第１コンバータ回路４３が二次電池３２の充電電圧（第２電圧）を供給し、この電力が、第２コンバータ回路４７を経由することなく、直接給電回路５０を経由して二次電池３２に供給される。このため、第２コンバータ回路４７における損失を生じることなく、二次電池３２を充電することができる。このため、二次電池３２を充電するための大電力を、損失を抑制しながら供給することができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明を適用した第２実施形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。以下の説明では、先行する実施形態との相違点を説明する。

電力供給装置２０１は、先行する実施形態の二次電池３１より電圧が低い二次電池２３１を備える。また、電力供給装置２０１は、先行する実施形態の二次電池３２より電圧が高い二次電池２３２を備える。二次電池２３１の電圧は、直流２００Ｖである。二次電池２３２の電圧は、直流２５０Ｖから３２０Ｖのいずれかである。二次電池２３２の電圧は、二次電池２３１の電圧より高い。二次電池２３３の電圧と、直流負荷２３４の定格電圧も、二次電池２３１の電圧より高い。この実施形態では、二次電池２３１の電圧と二次電池２３２の電圧との関係が、先行する実施形態逆である。よって、第１電圧は、第２電圧より低い。

さらに、配電装置４は、先行する実施形態の第２コンバータ回路４７に代えて、コンバータ回路２４７を備える。コンバータ回路２４７は、負荷機器２３２、２３３、２３４、２３５と第１直流母線４１とを双方向に通電可能に接続することができる。コンバータ回路２４７は、第１直流母線４１の電力を昇圧して、負荷機器２３２、２３３、２３４、２３５に供給する。また、コンバータ回路２４７は、二次電池２３２、または二次電池２３３の電圧を降圧して第１直流母線４１に給電することができる。

この実施形態では、第１直流母線４１の電圧より第２直流母線４２の電圧のほうが高い。よって、コンバータ回路４３のダイオードＤ３が二次電池３１と直接給電回路５０との間の通電を遮断する遮断手段２５２として機能する。ダイオードＤ３は、リレー５１が閉じられているとき、二次電池２３２の第２電圧が第１直流母線４１を経由して二次電池２３１に印加されることを防止する。コンバータ回路４４では、ダイオードＤ２が遮断手段２５３を提供する。コンバータ回路４５、４６では、ダイオードＤ１、Ｄ２が遮断手段２５４を提供する。

この実施形態においても、先行する実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図３は、本発明を適用した第３実施形態に係る電力供給装置を示すブロック図である。以下の説明では、先行する実施形態との相違点を説明する。

電力変換装置３０４は、第２直流母線４２を備えていない。第１コンバータ回路４３、４４、４５、４６に代えて設けられた第１コンバータ回路３４３、３４４、３４５、３４６は、第１直流母線４１にだけ電力を供給するように構成されている。コンバータ回路３４５、３４６は、２つのリアクトルＬと、フルブリッジ接続された４つのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４とを備える。

電力変換装置３０４は、直接給電回路５０に代えて、直接給電回路３５０を備える。直接給電回路３５０は、第１直流母線４１から分岐して第２コンバータ回路４７と負荷機器３２、３３、３４との間に接続されている。分岐部には、リレー５１に代えて、単投２接点型のリレー３５１が設けられている。リレー３５１は、第１直流母線４１を二次電池３１だけに接続した状態と、直流二次母線４１を直接給電回路３５０だけに接続した状態とを切替え可能に構成されている。リレー３５１は、第１コンバータ回路３４３、３４４、３４５、３４６が第１電圧を出力するときに直接給電回路３５０を開くとともに第１コンバータ回路３４３、３４４、３４５、３４６から二次電池３１への充電回路を閉じ、第１コンバータ回路３４３、３４４、３４５、３４６が第２電圧を出力するときに直接給電回路３５０を閉じるとともに充電回路を開く。リレー３５１は、先行する実施形態のリレー５１の機能と、スイッチ素子５２、５３、５４の機能とを提供する。

この実施形態では、第１給電モードにおいてリレー３５１が二次電池３１側に接続される。また、第２給電モードにおいてリレー３５１が直接給電回路３５０側に接続される。この実施形態においても、先行する実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、複数の電源機器２は、二次電池を含むことができる。二次電池からコンバータ回路と直接給電回路とを経由して負荷へ給電する構成を採用することができる。

車両用の二次電池３２は、車両に搭載された冷凍機用の動力源として用いられる二次電池であってもよい。

コンバータ回路３４５、３４６に代えて、ダイオードブリッジよりなる整流回路を用いてもよい。また、コンバータ回路４３、４４、４５、４６、３４５、３４６の回路構成は、種々の回路によって置換可能である。例えば、図示した非絶縁型のチョッパ回路に代えて、絶縁型変圧回路を用いてもよい。また、一部の一方向変換回路に代えて、双方向変換回路を用いてもよく、一部の一方向変換回路に代えて双方向変換回路を用いてもよい。

上記実施形態では、ダイオードＤ２等の半導体スイッチ素子により遮断手段を構成した。これに代えて、ＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴのような半導体スイッチ素子を用いて遮断手段を構成してもよい。ＭＯＳＦＥＴはＯＮ時に抵抗となり、双方向に電流を流すことができるので、例えばドレインを直流母線４１、４２に接続し、ソースをリアクトルＬに接続する。ＩＧＢＴではコレクタをリアクトルＬに接続し、エミッタを直流母線４１、４２に接続する。

例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

１ 電力供給装置、２ 電源機器、２１ 太陽光発電器、２２ 商用電源、２３ 燃料電池、２４ 風力発電機、３ 負荷機器、３１ 定置型の二次電池、３２ 車両用の二次電池、３３ 可搬型の二次電池、３４ 直流負荷、３５ 給湯器、４ 配電装置、４０ 接地線、４１ 第１直流母線、４２ 第２直流母線、４３ コンバータ回路、４４ コンバータ回路、４５ コンバータ回路、４６ コンバータ回路、４７ コンバータ回路、４８ コンバータ回路、４９ 制御装置、５０ 直接給電回路、５１ リレー。

Claims (7)

1. それぞれが所定の電源電圧の電力を供給する複数の電源（２１−２４）と、
   負荷機器（３２−３４、２３２−２３４）と、
   二次電池（３１、２３１）と、
   複数の前記電源と前記負荷機器と前記二次電池とに接続される配電装置（４）とを備える電力変換装置において、
   前記配電装置は直流母線（４１、４２）を備え、
   前記配電装置は、複数の前記電源から供給される前記電源電圧のそれぞれを第１電圧、または第２電圧に変換し前記直流母線に出力する複数の第１コンバータ回路（４３−４６、３４３−３４６、）を備え、
   前記二次電池（３１、２３１）は、前記第１コンバータ回路が前記第１電圧を出力するとき、前記第１電圧により充電される二次電池（３１、２３１）であり、
   前記配電装置は、前記第１コンバータ回路から前記直流母線に出力される前記第１電圧、または前記二次電池から前記直流母線に出力される前記第１電圧を、前記第２電圧に変換する第２コンバータ回路（４７、２４７）を備え、
   前記負荷機器（３２−３４、２３２−２３４）は、前記第２コンバータ回路から出力される前記第２電圧を供給される負荷機器（３２−３４、２３２−２３４）であり、
   前記配電装置は、前記第１コンバータ回路が前記直流母線に前記第２電圧を出力するとき、前記第２コンバータ回路を介することなく、前記第１コンバータ回路の出力を前記負荷機器に直接に供給する直接給電回路（５０、３５０）を備え、
   前記配電装置は、複数の前記第１コンバータ回路および前記第２コンバータ回路を制御する制御装置（４９）を備え、
   前記制御装置（４９）は、
   第１給電モードにおいて、複数の前記電源から供給される電圧を前記第１電圧に変換し、前記直流母線に出力するように複数の前記第１コンバータ回路を制御し、複数の前記第１コンバータ回路および／または前記二次電池から供給される前記第１電圧を前記第２電圧に変換するように前記第２コンバータ回路を制御し、複数の前記電源および複数の前記第１コンバータ回路から前記二次電池（３１、２３１）が充電され、複数の前記電源から供給された電力が複数の前記第１コンバータ回路と前記第２コンバータ回路との両方を経由して前記負荷機器に供給される第１給電手段と、
   第２給電モードにおいて、複数の前記電源から供給される電圧を前記第２電圧に変換し、前記直流母線に出力するように複数の前記第１コンバータ回路を制御し、前記直接給電回路（５０、３５０）を閉じ、複数の前記第１コンバータ回路から供給される電力が、前記二次電池（３１、２３１）に充電されることなく、前記直流母線と前記直接給電回路（５０、３５０）とを経由して前記負荷機器に直接に供給される第２給電手段とを備えることを特徴とする電力供給装置。
2. 前記直接給電回路（５０、３５０）に設けられ、前記第１コンバータ回路が前記第１電圧を出力するときに前記直接給電回路を開き、前記第１コンバータ回路が前記第２電圧を出力するときに前記直接給電回路を閉じるリレー（５１、３５１）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１コンバータ回路が前記第２電圧を出力するとき、前記二次電池（３１、２３１）と前記直接給電回路（５０、３５０）との間の通電を遮断する遮断手段（５２−５４、２５２−２５４、３５１）をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記遮断手段は、ダイオード（５２−５４、２５２−２５４）、ＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴの半導体スイッチ素子を備えることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記リレーは、前記第１コンバータ回路が前記第１電圧を出力するときに前記直接給電回路を開くとともに前記第１コンバータ回路から前記二次電池への充電回路を閉じ、前記第１コンバータ回路が前記第２電圧を出力するときに前記直接給電回路を閉じるとともに前記充電回路を開く２接点型のリレー（３５１）であることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記二次電池を第１二次電池（３１、２３１）として、前記負荷機器は、第２二次電池（３２、２３２）を備え、前記直接給電回路（５０、３５０）により前記第２二次電池の充電電流が供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力変換装置。
7. 前記第１二次電池（３１、２３１）は定置型の二次電池であり、第２二次電池（３２、２３２）は車両に搭載された車両用の二次電池であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電力変換装置。

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