JP5820972B2

JP5820972B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP5820972B2
Application number: JP2011244630A
Authority: JP
Inventors: 拓也増田; 小林　晋; 晋小林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: EP2779395A4; JP2013102606A; US20140327424A1; WO2013069282A1; EP2779395A1

Description

本発明は、直流電圧を変換する電力変換装置に関する。

住宅とハイブリッド車や電気自動車とを接続し、当該ハイブリッド車や電気自動車のバッテリに蓄えられている電力を住宅内に設置されている電気機器に供給する技術としては、下記の特許文献１に記載された停電時電力供給装置及び住宅の配線構造が知られている。特許文献１には、車両のバッテリから宅内負荷としての電気機器に電力を供給する非常用給電経路を有する。

特開２００６−１５８０６４号公報（特許第4578952号）

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、停電時等の非常時において、車両バッテリの電力を住宅に供給して、当該車両バッテリの電力のみで電気機器を動作させる自立運転を行うために、専用の電力変換回路（インバータ）が必要である。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、専用の電力変換回路を設けることなく自立運転を実現できる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の態様に係る電力変換装置は、電気自動車、住宅及び電気機器に接続可能な電力変換装置であって、前記電気自動車から供給された直流電圧を、前記住宅用の第１直流電圧又は前記電気機器用の第２直流電圧に変換する電力変換部と、前記電力変換部により変換された第１直流電圧を出力する第１電力線と、前記電力変換部により変換された第２直流電圧を出力する第２電力線と、前記第２電力線に設けられたリレーと、前記第２電力線に接続され、前記電気機器が接続される外部接続部と、前記電力変換部及び前記リレーを制御する制御部とを備え、前記制御部は、定常時には、直流電圧を第１直流電圧に変換するよう前記電力変換部を制御すると共に前記リレーを遮断状態に制御して、前記第１電力線を介して前記第１直流電圧を供給させ、前記第１電力線の解列時には、直流電圧を第２直流電圧に変換するよう前記電力変換部を制御すると共に前記リレーを供給状態に制御して、前記第２電力線を介して前記第２直流電圧を供給させることを特徴とする。

第１の態様に係る電力変換装置であって、第２の態様は、前記外部接続部の電圧規格を所定低電圧とし、前記電力変換部は、直流電圧を前記第１直流電圧又は前記所定低電圧に変換することを特徴とする。

第２の態様に係る電力変換装置であって、第３の態様は、前記所定低電圧が、３Ｖ、６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖの何れか一つから選択されることを特徴とする。

第３の態様に係る電力変換装置であって、第４の態様は、前記所定低電圧がそれぞれ異なる前記外部接続部を複数有し、前記各外部接続部に対して前記電気機器が接続されたことを検出する接続検出部を有し、前記制御部は、前記第２所定電圧を、前記接続検出部により検出された前記外部接続部に対応する所定低電圧に変換するよう前記電力変換部を制御することを特徴とする。

第１乃至第４の何れかの態様に係る電力変換装置であって、第５の態様は、前記第２電力線に設けられた電圧検出部を有し、前記制御部は、前記第１電力線の解列時に、前記電圧検出部により検出された電圧が所定の安全電圧以上となった場合に、前記リレーを遮断状態に制御することを特徴とする。

本発明によれば、電力変換部に対して第１電力線及び第２電力線を設けて電力変換部の動作を制御することによって、専用の電力変換回路を設けることなく自立運転を実現できる。

本発明の一実施形態として示す電力変換器の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態として示す電力変換器の他の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態として示す電力変換器における定常時の動作を示すブロック図である。本発明の一実施形態として示す電力変換器における自立運転時の動作を示すブロック図である。本発明の一実施形態として示す電力変換器における他の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態として示す電力変換器において、制御部からＤＣ／ＤＣユニットに供給される制御信号を示す図であり、（ａ）はＤＣ６Ｖ時、（ｂ）はＤＣ１２Ｖ時、（ｃ）はＤＣ２４Ｖ時、（ｄ）はＤＣ４８Ｖ時、である。本発明の一実施形態として示す電力変換器における他の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の実施形態として示す電力変換器１は、例えば図１に示すように構成される。この電力変換器１は、ハイブリッド車や電気自動車といった電気自動車Ｖが接続される。電力変換器１と電気自動車Ｖとは、所定電力を授受するための電力ケーブルによって接続される。また、電力変換器１には、住宅側バスを介して住宅２０と接続される。電力変換器１と住宅２０との間には、当該電力変換器１と住宅２０とを接続する電力線（第１電力線）Ｌ１に、リレー１０が設けられている。また、電力変換器１と住宅２０との間の電圧を検出するため、電力線（第１電力線）Ｌ１には、電圧センサ１１が設けられる。電圧センサ１１により検出された電圧値は、電力変換器１によって検知されている。

住宅２０には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１、一又は複数のＤＣ機器２２、一又は複数のＡＣ機器２３が設置されている。

電力変換機１は、電気自動車Ｖと住宅２０との間で電力授受を行う。電気自動車Ｖの充電時には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１を介して図示しない電力系統から供給される電力や、太陽電池や燃料電池により生成された直流電力によって充電を行う。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、電力変換器１を介して電気自動車Ｖとの間で電力授受を行う。ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、電気自動車Ｖの充電時には、図示しない電力系統から供給された電力や、太陽電池や燃料電池により生成された直流電力を電力変換器１に供給する。一方、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、電力変換器１を介して供給された電気自動車Ｖからの電力をＡＣ電源に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、変換したＡＣ電源を、ＡＣ機器２３に供給する。

ＤＣ機器２２は、電力変換器１とＤＣ／ＡＣコンバータ２１との間を接続する住宅側バスに接続される。ＤＣ機器２２は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１又は電力変換器１から供給された直流電圧によって動作する。また、ＤＣ機器２２は、住宅側バスの解列時（非常時）に、電力変換器１のＤＣコンセント４（外部接続部）に接続され、電力変換器１から供給された直流電圧によって動作可能である。なお、住宅側バスの解列は、災害時でなくとも意図的にユーザが解列した場合も含む。

住宅２０には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して複数のＤＣ機器２３、複数のＤＣ機器２４、分散電源２５、一又は複数のＡＣ機器２６が設置されている。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、電気自動車Ｖの充電時には、図示しない電力系統から供給された電力を電力変換器１に供給することもできる。一方、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、電力変換器１を介して供給された電気自動車Ｖからの電力をＡＣ電源に変換する。また、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、太陽電池や燃料電池等からなる分散電源２５から得られた電力も変換できる。ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、変換したＡＣ電源を、ＡＣ機器２６に供給する。

ＤＣ機器２３は、電力変換器１とＤＣ／ＡＣコンバータ２１との間を接続する住宅側バスにＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して接続されている。ＤＣ機器２３は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１又は電力変換器１及び分散電源２５から供給された直流電力によって動作する。また、ＤＣ機器２３は、住宅側バスの解列時（非常時）に、電力変換器１のＤＣコンセント４（外部接続部）に接続され、電力変換器１から供給された直流電圧によって動作可能である。複数のＤＣ機器２４は、電力変換器１から供給されたＤＣ電力が供給され、当該ＤＣ電力によって動作する。

電力変換器１は、ＤＣ／ＤＣユニット２、リレー３、ＤＣコンセント４、制御部５を有する。電力変換器１は、ＤＣ／ＤＣユニット２によって変換した電力を、電力線（第１電力線）Ｌ１を介して住宅２０又は第２電力線Ｌ２のリレー３を介してＤＣコンセント４に供給する。

ＤＣ／ＤＣユニット２は、所定の電力ケーブルを介して電気自動車Ｖと接続される。ＤＣ／ＤＣユニット２は、電気自動車Ｖに搭載されたバッテリから所定電圧で電力が供給される。ＤＣ／ＤＣユニット２は、所定電圧を、住宅２０用の第１直流電圧又はＤＣ機器２２用の第２直流電圧に変換可能である。ＤＣ／ＤＣユニット２は、変換した電力を、住宅２０に接続された電力線（第１電力線）Ｌ１、又は、第２電力線Ｌ２を介して接続されたＤＣコンセント４を介して出力する。

この実施形態において、ＤＣ／ＤＣユニット２は、例えば第１直流電圧として３００Ｖ〜４００Ｖの電圧に変換可能である。また、ＤＣ／ＤＣユニット２は、例えば第２直流電圧として０〜６０Ｖの電圧に変換可能である。

ＤＣ／ＤＣユニット２は、制御部５によって、その動作が制御される。ＤＣ／ＤＣユニット２は、制御部５の制御に従って、所定電圧の電力を、第１直流電圧の電力又は第２直流電圧の何れかの電力に変換する。

制御部５は、電圧センサ１１により検出された電圧に基づいてＤＣ／ＤＣユニット２及びリレー３を制御する。

制御部５は、図２に示すように住宅２０内の制御部２７と通信可能な場合には、住宅２０内の制御部２７からの信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣユニット２及びリレー３を制御することもできる。これにより、制御部５は、災害時に住宅２０からの信号を受信して、ＤＣ／ＤＣユニット２の出力電圧を制御すると共に、リレー３を閉動作するよう制御できる。なお、この住宅２０から電力変換器１に供給される信号は、災害時以外にもユーザが意図的に送信することができる。このような制御部５は、電圧センサ１１により検出された電圧、又は、住宅側制御部からの信号の双方によって、ＤＣ／ＤＣユニット２及びリレー３を制御することもできる。

電圧センサ１１の電圧が通常値である場合、制御部５は、図３に示すように、ＤＣ／ＤＣユニット２によって第１直流電圧としての３００Ｖ〜４００Ｖの電圧に変換させ、リレー３を遮断状態（開、オフ状態）とする。このとき、制御部５は、ＤＣ／ＤＣユニット２に対して、所定の住宅用のデューティ比に制御する制御信号を供給する。これにより、電力変換器１は、予め設定された３００Ｖ〜４００Ｖ内の住宅用電圧を住宅２０に供給できる。

一方、図４のように電力変換器１と住宅２０とを接続する電力線（第１電力線、住宅側バス）Ｌ１が解列した場合（リレー１０が開）、当該解列状態は、電圧センサ１１の電圧値に基づいて制御部５によって検知される。この場合、電力変換器１は、電気自動車Ｖから供給される電力のみで住宅２０のＤＣ機器２２を動作させる自立運転を行う。このとき、制御部５は、ＤＣ／ＤＣユニット２によって第２直流電圧としての０Ｖ〜６０Ｖ内の電気機器用の電圧に変換させ、リレー３を供給状態（閉、オン状態）とする。例えば、ＤＣコンセント４の規格が１２Ｖである場合、ＤＣ／ＤＣユニット２に対して、所定の電気機器用のデューティ比に制御する制御信号を供給する。この第２デューティ比は、定常時よりもオン時間／オフ時間が低い。これにより、電力変換器１は、予め設定された１２Ｖの直流電圧を供給できる。

以上のように、この電力変換器１によれば、ＤＣ／ＤＣユニット２に対して第１電力線Ｌ１及び第２電力線Ｌ２を設けてＤＣ／ＤＣユニット２の動作を制御することによって、専用の電力変換回路を設けることなく自立運転を実現できる。

また、この電力変換器１は、外部接続部としてのＤＣコンセント４の電圧規格を所定低電圧とすることが望ましい。この所定低電圧は、通常の使用において安全な電圧であって、３Ｖ、６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖの何れか一つから選択されることが望ましい。この所定低電圧は、制御部５の制御によって設定又は選択され、ＤＣ／ＤＣユニット２の動作が制御される。これによりＤＣ／ＤＣユニット２は、直流電圧を第１直流電圧（３００Ｖ〜４００Ｖの電圧）、又は、設定又は選択された所定低電圧に変換できる。

さらに、電力変換器１は、図５に示すように、所定低電圧がそれぞれ異なるＤＣコンセント４を複数有していてもよい。これらのＤＣコンセント４Ａ〜４Ｄは、それぞれ、規格電圧が６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖとなっている。なお、図５は、例示であり、他のパターンであってもよいことは勿論である。

各ＤＣコンセント４Ａ〜４Ｄは、それぞれ、ＤＣ機器２２が接続されたことを検知する接続検出部４ａを有する。この接続検出部４ａの検出状態は、制御部５に供給される。制御部５は、ＤＣ機器２２の接続が検知された規格に対応するようにＤＣ／ＤＣユニット２の出力電圧（第２所定電圧）を調整する。

制御部５は、６Ｖ規格のＤＣコンセント４ＡにＤＣ機器２２が接続された場合、図６（ａ）に示すデューティ比の制御信号をＤＣ／ＤＣユニット２に供給する。制御部５は、１２Ｖ規格のＤＣコンセント４ＡにＤＣ機器２２が接続された場合、図６（ｂ）に示すデューティ比の制御信号をＤＣ／ＤＣユニット２に供給する。制御部５は、２４Ｖ規格のＤＣコンセント４ＡにＤＣ機器２２が接続された場合、図６（ｃ）に示すデューティ比の制御信号をＤＣ／ＤＣユニット２に供給する。制御部５は、４８Ｖ規格のＤＣコンセント４ＡにＤＣ機器２２が接続された場合、図６（ｅ）に示すデューティ比の制御信号をＤＣ／ＤＣユニット２に供給する。このように、制御部５は、所定低電圧を６Ｖ〜２４Ｖとなるほど、ＤＣ／ＤＣユニット２に供給される制御信号のデューティ比を高くする。

以上のように、この電力変換器１によれば、ＤＣ機器２２が接続されたＤＣコンセント４を自動的に検出して、当該検出されたＤＣコンセント４に対応してＤＣ／ＤＣユニット２の出力を自動的に調整することができる。したがって、この電力変換器１によれば、住宅２０に存在するＤＣ機器２２が、何れかのＤＣコンセント４の規格に合致すれば、自動的にＤＣ／ＤＣユニット２を制御して電気自動車Ｖの電力をＤＣ機器２２に供給して自立運転を実現できる。

なお、デューティ比によってＤＣ／ＤＣユニット２を制御する実施形態は、あくまでも一例である。制御部５は、デューティ比によってＤＣ／ＤＣユニット２を制御する他に、周波数制御信号やその他制御信号によってＤＣ／ＤＣユニット２を制御してもよい。

更に、上述した電力変換器１は、図７に示すように、第２電力線Ｌ２に設けられた検出部６を有していることが望ましい。この電力変換器１において、制御部５は、住宅側バス（第１電力線Ｌ１）の解列時に、ＤＣ／ＤＣユニット２から所定低電圧を出力するよう制御し、リレー３を導通状態に制御する。しかし、検出部６により検出された電圧又は電流が所定の安全値以上の異常値以上となった場合に、制御部５は、リレー３を遮断状態（オフ状態）に制御する。

これにより、この電力変換器１によれば、自立運転時にＤＣコンセント４を介してＤＣ機器２２に所定低電圧を供給していても、不測の事態が生じてＤＣ／ＤＣユニット２の出力電圧又は電流が異常値以上となった場合には、電力供給を停止できる。これにより、電力変換器１は、自立運転時の予期せぬ過電圧又は過電流によるＤＣ機器２２の破壊や感電を防止でき、安全性を向上させることができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１電力変換器（電力変換装置）
２ＤＣ／ＤＣユニット（電力変換部）
３リレー
４ＤＣコンセント（外部接続部）
５制御部
６電圧検出部
２０住宅
２２ＤＣ機器（電気機器）
Ｌ１第１電力線
Ｌ２第２電力線
Ｖ電気自動車

Claims

電気自動車、住宅及び電気機器に接続可能な電力変換装置であって、
前記電気自動車から供給された直流電圧を、前記住宅用の第１直流電圧又は前記電気機器用の第２直流電圧に変換する電力変換部と、
前記電力変換部により変換された第１直流電圧を出力する第１電力線と、
前記電力変換部により変換された第２直流電圧を出力する第２電力線と、
前記第２電力線に設けられたリレーと、
前記第２電力線に接続され、前記電気機器が接続される外部接続部と、
前記電力変換部及び前記リレーを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、定常時には、直流電圧を第１直流電圧に変換するよう前記電力変換部を制御すると共に前記リレーを遮断状態に制御して、前記第１電力線を介して前記第１直流電圧を供給させ、前記第１電力線の解列時には、直流電圧を第２直流電圧に変換するよう前記電力変換部を制御すると共に前記リレーを供給状態に制御して、前記第２電力線を介して前記第２直流電圧を供給させることを特徴とする電力変換装置。
前記外部接続部の電圧規格を所定低電圧とし、
前記電力変換部は、直流電圧を前記第１直流電圧又は前記所定低電圧に変換すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記所定低電圧が、３Ｖ、６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖの何れか一つから選択されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
前記所定低電圧がそれぞれ異なる前記外部接続部を複数有し、
前記各外部接続部に対して前記電気機器が接続されたことを検出する接続検出部を有し、
前記制御部は、前記第２所定電圧を、前記接続検出部により検出された前記外部接続部に対応する所定低電圧に変換するよう前記電力変換部を制御すること
を特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
前記第２電力線に設けられた電圧検出部を有し、
前記制御部は、前記第１電力線の解列時に、前記電圧検出部により検出された電圧が所定の安全電圧以上となった場合に、前記リレーを遮断状態に制御すること
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電力変換装置。