JP5443967B2

JP5443967B2 - 直流配電システム

Info

Publication number: JP5443967B2
Application number: JP2009289700A
Authority: JP
Inventors: 将直大川; 雅人大西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: JP2011130644A

Description

本発明は、それぞれ直流電力により動作する直流機器に対して直流電力を供給する直流配電システムに関するものである。

従来の直流配電システムとして、図４に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。この従来システムは、直流電力を供給する主電源装置１００と、主電源装置１００の給電が停止したときに主電源装置１００に代わって直流電力を供給するバックアップ電源装置１０１と、直流電力によって動作する複数の直流機器１０２とを備え、主電源装置１００に対してバックアップ電源装置１０１並びに複数の直流機器１０２が給電路１０３を介して並列に接続されている。バックアップ電源装置１０１は、例えば、二次電池（蓄電池）及び当該二次電池の充電回路と放電回路を有し、主電源装置１００から給電路１０３を介して供給される直流電力によって充電回路が二次電池を充電することで直流電力を蓄電している。また、直流機器１０２としては、発光ダイオードを光源とする照明装置や、パーソナルコンピュータなどがある。

かかる従来システムでは、主電源装置１００から供給される直流電力で複数の直流機器１０２が動作するとともにバックアップ電源装置１０１に蓄電される。そして、主電源装置１００からの給電が停止した場合、バックアップ電源装置１０１の放電回路が二次電池を放電させることによって給電路１０３を介して複数の直流機器１０２に直流電力が供給されるようになっている。

特開２００９−１５９６５５号公報

しかしながら、主電源装置１００からの給電（電力供給）が停止した場合に、主電源装置１００から給電されている場合と同様に直流機器１０２を動作させると電力消費が多いため、二次電池の容量が足りずにパックアップ電源装置１０１が早期に給電不可になってしまう虞がある。また、パックアップ電源装置１０１と主電源装置１００とが給電路１０３を介して常時接続されているため、バックアップ電源装置１０１から供給される直流電力が給電路１０３を介して主電源装置１００へ漏洩してしまう虞がある。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、バックアップ電源装置の給電期間の延長とバックアップ電源装置から供給される直流電力の漏洩防止とが図れる直流配電システムを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、直流電力を供給する主電源装置と、主電源装置から供給される直流電力を蓄電し主電源装置の電力供給が停止した場合に蓄電されている直流電力を供給するバックアップ電源装置と、主電源装置から供給される直流電力によって動作する１乃至複数の第１直流機器と、主電源装置又はバックアップ電源装置から供給される直流電力によって動作する複数の第２直流機器と、主電源装置に第１直流機器を接続する第１給電路と、主電源装置に対してバックアップ電源装置並びに第２直流機器を並列接続する第２給電路と、第２給電路の途中に設けられて複数の第２直流機器を主電源装置とバックアップ電源装置に択一的に切替接続する切替手段と、主電源装置とバックアップ電源装置を接続する第２給電路に設けられて主電源装置からバックアップ電源装置に向かう向きに整流する整流手段とを備え、複数の第２直流機器は、切替手段によってバックアップ電源装置に切替接続されている場合に動作を停止する第１のグループと、切替手段によってバックアップ電源装置に切替接続されている場合には切替手段によって主電源装置に切替接続されている場合よりも消費電力が少なくなるように動作する第２のグループとにグループ分けされており、さらに、複数の第２直流機器は、他の第２直流機器に対して動作内容を指示する一つのマスタ機器と、マスタ機器から指示される動作内容に従って動作する前記他の第２直流機器たる１乃至複数のスレーブ機器とからなり、伝送路を介して伝送される伝送信号によってマスタ機器からスレーブ機器に前記動作内容を指示するための伝送信号が伝送され、マスタ機器である第２直流機器は、スレーブ機器である他の第２直流機器が第１及び第２のグループの何れに所属しているかを記憶しており、切替手段によって主電源装置からバックアップ電源装置に切替接続されたとき、スレーブ機器である他の第２直流機器に対して、所属するグループに応じた動作内容を指示する前記伝送信号を送信することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、主電源装置から直流電力が供給される場合と比較して、バックアップ電源装置から直流電力が供給される場合における複数の第２直流機器のトータルの消費電力を削減することができるので、従来例と比較してバックアップ電源装置の給電期間の延長が図れる。また、整流手段によってバックアップ電源装置から主電源装置への逆流が阻止されるので、バックアップ電源装置から供給される直流電力の漏洩防止が図れる。しかも、マスタ機器がスレーブ機器の動作内容を指示することにより、スレーブ機器の動作を細かく制御することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、バックアップ電源装置は、二次電池と、主電源装置から供給される直流電力によって二次電池を充電する充電回路と、二次電池を放電させることで切替手段が設けられた第２給電路を介して直流電力を供給する給電回路とを具備し、給電回路は、主電源装置が供給する直流電力波形と異なる波形の直流電力を給電路に供給してなり、複数の第２直流機器は、第２給電路を介して供給される直流電力の波形に基づいて切替手段が主電源装置とバックアップ電源装置の何れに切替接続しているのかを識別する識別手段を具備することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、直流電力波形に基づいて当該直流電力の供給元（主電源装置又はバックアップ電源装置）を識別することにより、切替手段の切替接続の状態を専用の信号線を利用して複数の直流機器に伝達する場合と比較して省配線にできる。

本発明によれば、バックアップ電源装置の給電期間の延長とバックアップ電源装置から供給される直流電力の漏洩防止とが図れるという効果がある。

本発明の実施形態１を示すシステム構成図である。（ａ），（ｂ）は同上におけるバックアップ電源装置から供給される直流電力（直流電圧）の波形図である。本発明の実施形態２を示すシステム構成図である。従来例を示すシステム構成図である。

以下、発光ダイオードを光源とする照明装置を直流機器とした直流配電システムに本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、本発明の技術思想が適用可能な直流配電システムの直流機器は照明装置に限定されるものではなく、直流電力が供給されて動作する機器を直流機器とする直流配電システム全般に本発明の技術思想が適用可能である。

（実施形態１）
本実施形態の直流配電システムは、図１に示すように主電源装置１、バックアップ電源装置２、第１直流機器たる複数の照明装置６、第２直流機器たる複数の照明装置３、切替器４、整流器５、給電路Ｌｐで構成されている。

主電源装置１は、太陽電池や燃料電池などの自家発電設備で発電される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータで所望の電圧レベルを有する直流電力に変換するもの、あるいは、交流電力系統から供給される交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータで直流電力に変換するものである。ただし、このような主電源装置１の構成は従来周知の技術で実現可能であるから詳細な構成及び動作の説明並びに図示は省略する。

バックアップ電源装置２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池（蓄電池）２０と、主電源装置１から供給される直流電力で二次電池２０を充電する充電回路２１と、二次電池２０を放電させて直流電力を供給する給電回路２２とを有している。なお、給電回路２２はＤＣ／ＤＣコンバータを具備しており、二次電池２０から放電される直流電力の電圧を所望の電圧に変換して出力している。

第２直流機器たる照明装置３は、１乃至複数の発光ダイオード（図示せず）からなる光源部３０と、光源部３０に直流電流を流して発光させる発光回路３１と、主電源装置１又はバックアップ電源装置２から供給される直流電力を安定化して発光回路３１に供給する電源回路３２と、発光回路３１の動作を制御する制御部３３とを具備している。制御部３３は、発光回路３１をオンデューティ制御して光源部３０に供給する単位時間当たりの直流電力を増減することにより光源部３０の光出力を調整（調光）する。また、これら複数の照明装置３は、第２給電路Ｌｐ３を介して互いに並列接続されている。ただし、第１直流機器たる照明装置６は、制御部を除いて照明装置３と共通の構成を有し、主電源装置１に対して第１給電路Ｌｐ１を介して互いに並列接続されている。

切替器４は、第１給電路Ｌｐ１から分岐された給電路Ｌｐ２を介して主電源装置１に接続されている常開接点４ａと、給電路Ｌｐ４を介してバックアップ電源装置２の給電回路２２に接続されている常閉接点４ｂと、第２給電路Ｌｐ３を介して複数の照明装置３に接続されている共通接点４ｃと、第１給電路Ｌｐ１（給電路Ｌｐ２）に直流電圧が印加されている間は共通接点４ｃと常開接点４ａとを閉成させるとともに第１給電路Ｌｐ１（給電路Ｌｐ２）に直流電圧が印加されなくなれば共通接点４ｃと常閉接点４ｂとを閉成させるリレー（図示せず）とを具備している。すなわち、切替器４は主電源装置１から直流電力が供給されている間はリレーがオンして共通接点４ｃと常開接点４ａとを閉成することで主電源装置１を照明装置３に切替接続し、主電源装置１から直流電力が供給されなくなるとリレーがオフして共通接点４ｃと常閉接点４ｂとを閉成することで照明装置３をバックアップ電源装置２に切替接続するのである。

整流器５はダイオードなどの整流素子からなり、主電源装置１とバックアップ電源装置２を接続する給電路Ｌｐ５に挿入されて主電源装置１からバックアップ電源装置２に向かう向きに整流するものである。

次に本実施形態の動作を説明する。第１直流機器たる照明装置６は、主電源装置１から供給される直流電力で発光回路が光源部を発光させる。また、主電源装置１から直流電力が供給されている間は切替器４によって複数の照明装置３が主電源装置１に切替接続されている。第２直流機器たる照明装置３では、主電源装置１から供給される直流電力によって発光回路３１が光源部３０を発光させる。このとき、バックアップ電源装置２では主電源装置１から整流器５を介して供給される直流電力によって充電回路２１が二次電池２０を充電している。なお、バックアップ電源装置２の給電回路２２は切替器４によって照明装置３と切り離されている。

一方、交流電力系統の停電や日没による太陽電池の発電停止などによって主電源装置１の給電が停止すると、上述したように切替器４によって照明装置３が主電源装置１からバックアップ電源装置２に切替接続される。そして、バックアップ電源装置２では充電回路２１の充電動作を停止して給電回路２２の動作を開始し、二次電池２０に蓄電されている直流電力を給電回路２２より給電路Ｌｐ２，ＬＰ３を介して照明装置３に供給する。このとき、主電源装置１と充電回路２１を接続する給電路Ｌｐ４に整流器５が挿入されているため、二次電池２０から放電される直流電力が充電回路２１を介して主電源装置１に逆流することはない。なお、第１直流機器たる照明装置６は、主電源装置１の給電停止に伴って動作を停止する。

ここで、主電源装置１からは一定電圧の直流電力が供給されているが、バックアップ電源装置２の給電回路２２は主電源装置１が供給する直流電力波形（時間的に電圧が変化しない直線状の波形）と異なる波形の直流電力を給電路Ｌｐ２に供給している。例えば、給電回路２２は、図２（ａ）に示すように電圧レベルが周期的に低下（ゼロを含む）する矩形波状の波形の直流電力を供給するか、あるいは図２（ｂ）に示すように主電源装置１が供給する電圧レベル（破線ロ参照）よりも低い電圧レベル（実線イ参照）の直流電力を供給する。

一方、照明装置３では、電源回路３２で受け取る直流電力の電圧レベルを制御部３３で監視しており、当該電圧レベルの周期的な低下（図２（ａ）参照）若しくは連続的な低下（図２（ｂ）参照）による直流電力（直流電圧）の波形変化に基づいて、直流電力の供給元が主電源装置１とバックアップ電源装置２の何れであるかを識別している。そして、制御部３３は直流電力の供給元がバックアップ電源装置２に切り替わったことを識別すれば、光源部３０を発光させない停止モード、あるいは光源部３０の発光光量を減少させる調光モードの何れかの動作モードで発光回路３１を制御する。なお、複数の照明装置３の制御部３３が停止モードと調光モードの何れの動作モードに制御するかということは、各照明装置３毎にディップスイッチなどを用いて個別に設定されている。つまり、停止モードに設定されている１乃至複数の照明装置３が第１のグループ、調光モードに設定されている１乃至複数の照明装置３が第２のグループにグループ分けされている。

さらに、主電源装置１の給電が再開されると、第１直流機器たる照明装置６が動作を再開して光源部を発光させるとともに、切替器４によって第２直流機器たる照明装置３がバックアップ電源装置２から主電源装置１に切替接続される。そして、照明装置３では、電源回路３２で受け取る直流電力の電圧レベルが一定となって直流電力（直流電圧）の波形が直線状の波形に戻るか、あるいは当該電圧レベルが所定レベル以上に復帰したことを制御部３３で検出することによって直流電力の供給元が主電源装置１に切り替わったことを識別する。そして、制御部３３は直流電力の供給元が主電源装置１に切り替わったことを識別すれば、発光回路３１を制御して光源部３０を定格で発光させる。

而して、第２直流機器たる照明装置３において光源部３０が発光を停止するか、あるいは光源部３０を調光すれば、光源部３０を定格で発光させる場合と比較して各照明装置３の消費電力が減少することになる。故に本実施形態によれば、主電源装置１から直流電力が供給される場合と比較して、バックアップ電源装置２から直流電力が供給される場合における複数の第２直流機器（照明装置３）のトータルの消費電力を削減することができる。その結果、主電源装置１及びバックアップ電源装置２の何れから直流電力が供給されているかに関わらず、全ての第２直流機器（照明装置３）において光源部３０を常に定格で発光させる場合と比較して、バックアップ電源装置２の給電期間（二次電池２０を放電して直流電力を供給することができる期間）の延長が図れる。

しかも、本実施形態では直流電力波形に基づき、各照明装置３の制御部３３が当該直流電力の供給元（主電源装置１又はバックアップ電源装置２）を識別しているので、切替器４の切替接続の状態を専用の信号線を利用して複数の照明装置３に伝達する場合と比較して省配線にできるという利点がある。

（実施形態２）
本実施形態の直流配電システムは、図３に示すように基本的な構成が実施形態１と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第２直流機器たる照明装置３が１台のマスタ機器３Ｍとマスタ機器３Ｍを除く複数のスレーブ機器３Ｓに区別されている。照明装置３（マスタ機器３Ｍ及びスレーブ機器３Ｓ_１，３Ｓ_２，…）は、図３に示すように光源部３０、発光回路３１、電源回路３２、制御部３３に加えて、通信部３４と記憶部３５を具備している。通信部３４は通信線Ｌｓを介して他の照明装置３の通信部３２との間で伝送信号を送受信するものである。また記憶部３５は、電気的に書換可能な不揮発性の半導体メモリ（例えば、フラッシュメモリなど）からなる。

ここで、マスタ機器３Ｍの記憶部３５には、バックアップ電源装置２から給電されるときの自分自身（マスタ機器３Ｍ）及び各スレーブ機器３Ｓ_ｉ（ｉ＝１，２，…）の動作内容が記憶されている。例えば、マスタ機器３Ｍとスレーブ機器３Ｓ_１は調光比５０％の調光発光、スレーブ機器３Ｓ_２は調光比２０％の調光発光、スレーブ機器３Ｓ_３は発光停止という動作内容がマスタ機器３Ｍの記憶部３５に記憶されている。言い換えると、マスタ機器３Ｍの記憶部３５には、マスタ機器３Ｍとスレーブ機器３Ｓ_１，３Ｓ_２が第２のグループ（調光発光するグループ）に所属し、スレーブ機器３Ｓ_３が第１のグループ（発行停止するグループ）に所属することが記憶されている。ここで、調光比とは主電源装置１から給電されているときに発光回路３１から光源部３０に供給する単位時間当たりの電流量を１００％としたときの割合であり、低い値に設定されるほど光源部３０の光量並びに消費電力が減少する。

次に本実施形態の動作を説明する。ただし、第１直流機器たる照明装置６の動作は実施形態１と共通であるから説明は省略する。

主電源装置１の給電が停止すると、切替器４が照明装置３への給電元を主電源装置１からバックアップ電源装置２に切り替える。マスタ機器３Ｍの制御部３３は、直流電力の供給元が主電源装置１からバックアップ電源装置２に切り替わったことを識別すると、各スレーブ機器３Ｓ_ｉの動作内容を記憶部３５から読み出し、読み出した動作内容を含む伝送信号を通信部３４より各スレーブ機器３Ｓ_ｉに宛てて送信する。なお、スレーブ機器３Ｓ_ｉには固有のアドレスが割り当てられており、当該アドレスを指定することで特定のスレーブ機器３Ｓ_ｉのみが伝送信号を受信することができる。

マスタ機器３Ｍから送信される伝送信号が各スレーブ機器３Ｓ_ｉの通信部３４で受信されると、スレーブ機器３Ｓ_ｉの制御部３３は、受信した伝送信号に含まれる動作内容通りに発光回路３１を制御する。例えば、スレーブ機器３Ｓ_２の制御部３３では、発光回路３１を制御して光源部３０を調光比２０％で調光発光させ、スレーブ機器３Ｓ_３の制御部３３では、発光回路３１を制御して光源部３０を発光停止させる。なお、マスタ機器３Ｍの制御部３３は記憶部３５に記憶している自己の動作内容通りに発光回路３１を制御して光源部３０を調光比５０％で調光発光させる。

一方、マスタ機器３Ｍの制御部３３は、直流電力の供給元がバックアップ電源装置２から主電源装置１に切り替わったことを識別すると、全てのスレーブ機器３Ｓ_ｉに対して元の動作内容（調光比１００％の定格発光）を含む伝送信号を通信部３４より送信する。そして、各スレーブ機器３Ｓ_ｉの通信部３４では、マスタ機器３Ｍから指示された動作内容通りに発光回路３１を制御して光源部３０を定格で発光させる。

而して本実施形態によれば、マスタ機器３Ｍからスレーブ機器３Ｓ_ｉの動作内容を指示することにより、スレーブ機器３Ｓ_ｉの動作を細かく制御することができる。しかも、実施形態１では各照明装置３の動作内容を個別にそれぞれの照明装置３で設定する必要が有るのに対し、本実施形態ではマスタ機器３Ｍに全ての照明装置３の動作内容を一括して設定することができて設定作業の手間が大幅に減らせるという利点がある。

１主電源装置
２バックアップ電源装置
３照明装置（第２直流機器）
４切替器（切替手段）
５整流器（整流手段）
６照明装置（第１直流機器）
Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ５第１給電路
Ｌｐ３，Ｌｐ４第２給電路

Claims

直流電力を供給する主電源装置と、主電源装置から供給される直流電力を蓄電し主電源装置の電力供給が停止した場合に蓄電されている直流電力を供給するバックアップ電源装置と、主電源装置から供給される直流電力によって動作する１乃至複数の第１直流機器と、主電源装置又はバックアップ電源装置から供給される直流電力によって動作する複数の第２直流機器と、主電源装置に第１直流機器を接続する第１給電路と、主電源装置に対してバックアップ電源装置並びに第２直流機器を並列接続する第２給電路と、第２給電路の途中に設けられて複数の第２直流機器を主電源装置とバックアップ電源装置に択一的に切替接続する切替手段と、主電源装置とバックアップ電源装置を接続する第２給電路に設けられて主電源装置からバックアップ電源装置に向かう向きに整流する整流手段とを備え、
複数の第２直流機器は、切替手段によってバックアップ電源装置に切替接続されている場合に動作を停止する第１のグループと、切替手段によってバックアップ電源装置に切替接続されている場合には切替手段によって主電源装置に切替接続されている場合よりも消費電力が少なくなるように動作する第２のグループとにグループ分けされており、
さらに、複数の第２直流機器は、他の第２直流機器に対して動作内容を指示する一つのマスタ機器と、マスタ機器から指示される動作内容に従って動作する前記他の第２直流機器たる１乃至複数のスレーブ機器とからなり、伝送路を介して伝送される伝送信号によってマスタ機器からスレーブ機器に前記動作内容を指示するための伝送信号が伝送され、
マスタ機器である第２直流機器は、スレーブ機器である他の第２直流機器が第１及び第２のグループの何れに所属しているかを記憶しており、切替手段によって主電源装置からバックアップ電源装置に切替接続されたとき、スレーブ機器である他の第２直流機器に対して、所属するグループに応じた動作内容を指示する前記伝送信号を送信することを特徴とする直流配電システム。
バックアップ電源装置は、二次電池と、主電源装置から供給される直流電力によって二次電池を充電する充電回路と、二次電池を放電させることで切替手段が設けられた第２給電路を介して直流電力を供給する給電回路とを具備し、給電回路は、主電源装置が供給する直流電力波形と異なる波形の直流電力を給電路に供給してなり、
複数の第２直流機器は、第２給電路を介して供給される直流電力の波形に基づいて切替手段が主電源装置とバックアップ電源装置の何れに切替接続しているのかを識別する識別手段を具備することを特徴とする請求項１記載の直流配電システム。