JP6098334B2 - 電源装置、電源システム、及び電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、電源システム、及び電源装置の制御方法に関するものである。

付設分電盤により、停電発生等のような非常時に、電力供給源を系統電源から電気自動車等の外部の充電式電源に切り替えて、その充電式電源から家庭内分電盤に電力供給することによって、非常用コンセントに接続された冷蔵庫、給水ポンプ等や照明器を通常時と同様に利用可能とする。特に、非常用電源として外部に設置されている充電式電源を用いる場合に、屋外ガレージコンセントと、電気自動車等の充電式電源との間において、電源出力用コンセント同士、及び、電源入力用コンセント同士を同一形状にすることによって、通常時に系統電源Ｐから充電式電源に電力供給するための充電用ケーブルと、非常時に充電式電源から家庭内分電盤２に電力供給するための外部電源供給用ケーブルとを同じケーブルとして共用可能にするコンセントシステムが開示されている（特許文献１）。

特開２０１０−１７２０６８号公報

しかしながら、上記のシステムでは、停電発生時の異常時に、電呂億供給源を系統電源から充電式電源に切り替えるための漏電遮断機及び開閉器を備えた専用の分電盤を用意し、さらに、当該分電盤に接続するために、非常用のシステムに対応するように、別途配線工事をしなければならない、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、特別な配線工事をすることなく、非常時の電源を確保する電源装置、電源システム、または電源装置の制御方法を提供することである。

本発明は、電源装置のコンセントプラグが電力システムのコンセントに接続されていることを検知し、電力システムの状態を検知し、当該状態の検知結果に基づいて、交流電力を電源装置から電力システムに出力するか否かを判定することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、電力システムが、電源装置の交流電力を受け入れ可能な状態であることを、電源装置側で判断しており、電源装置のコンセントプラグを電力システムのコンセントに接続すれば、電力システムへの電力供給を可能とする配線接続が形成されるので、簡易に非常時の電源を確保することができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電源システムのブロック図である。 図１の電源装置の構成の一部とコントローラのブロック図である。 図１のコントローラのブロック図である。 図１の電源システムにおいて、系統電源の状態とブレーカの状態との関係を示す表である。 図１のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の変化例に係る電源システムのブロック図である。 本発明の変化例に係る電源装置の構成の一部とコントローラのブロック図である。 本発明の変化例に係る電源システムのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電源システムのブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》

図１は、本発明の電源システムのブロック図である。本発明の電源システムは、停電等により系統電源１から屋内の電力システム３に電力を供給できない場合に、非常用の電源である電源装置４を電力システム３に接続することで、電源装置４から電力システム３内の負荷に電力を供給するシステムである。

系統電源１は、家屋内の電力システム３に交流電力を供給する電力供給源である。停電等が発生していない場合には、系統電源１の電力が、電力システム３内の負荷に供給される。系統分岐配線２は、系統電源１と分電盤３０との間を接続する配線であり、単相ＡＣ３線式の配線である。

電力システム３は、住宅用の宅内電力システムである。電力システム３は、分電盤３０と、宅内分岐配線３３と、コンセント３４とを有している。なお、図１に示す電力システム３は一例であり、図３は、電力システム３の一部の構成を示している。

分電盤３０は、系統電源１から系統分岐配線２を介して供給される電力を分電し、分電盤３０に接続された複数の宅内分岐配線３３に電力を供給する。分電盤３０は、主幹ブレーカ３１と、子ブレーカ３２とを有している。主幹ブレーカ３１は、地絡、漏電を検知して、系統電力と宅内電力配線３３との間を遮断する。また、主幹ブレーカ３４は、契約容量より大きな電流が流れた場合に、自動的に遮断する機能も有している。子ブレーカ３２は、分電盤３０から各宅内分岐配線３３に電力を送るための分岐回路に設けられ、コンセント３４に接続された電気機器あるいはコードの短絡等により発生する過電流を検知して、分電盤３０と宅内分岐配線３３との間を遮断する。

宅内分岐配線３３は、分電盤３０により分電された電力を、家屋内の各部屋に送るための配線であり、単相２線式の配線である。コンセント３４は、各部屋に設けられ、宅内分岐配線３３に接続されている。電気機器のプラグが、コンセンサ３４に接続されることで、電気機器には、分電盤からの電力が供給される。

電源装置４は、非常用の電力源である。電源装置４は、電力システム３と異なり、移動可能な装置である。電源装置４は、コントローラ４０と、筐体４１と、バッテリ４２と、コンバータ４３と、スイッチ４４と、接続ケーブル４５と、コンセントプラグ４６とを備えている。

コントローラ４０は、コンバータを制御する制御装置である。また、コントローラ４０は、バッテリ４２の電圧又は電流の検出値に基づいて、バッテリ４０の状態を管理している。

筐体４１は、コントローラ４０、バッテリ４２、及びコンバータ４３等を収容するケースである。バッテリ４２は、非常電源用の電力供給源であり、一次電池又は二次電池を複数接続することで構成されている。コンバータ４３は、バッテリ４２から供給される直流電力を交流電力に変換して、コンセントプラグ４６等を介して電力システム３に交流電力を出力する変換装置である。コンバータ４３は、スイッチング素子等で構成される変換回路等を有している。コンバータ４３は、バッテリ４２とスイッチ４４との間に接続されている。またコンバータ４３は、コントローラ４０により制御される。

スイッチ４４は、コンバータ４３の出力側とコンセントプラグ４６との間の電気的な導通及び遮断を切り変えるためのスイッチ（開閉器）であり、リレースイッチで構成されている。スイッチ４４は、コンバータ４３の出力側の配線に接続されている。スイッチ４４は、コントローラ４０により制御される。

接続ケーブル４５は、電源装置４から電力を出力するための電線である。接続ケーブル４５の一端は、スイッチ４４を介してコンバータ４３の出力側（ＡＣ側）に接続されている。また接続ケーブル４６の他端には、コンセントプラグ４６が接続されている。コンセントプラグ４６は、コンセント３４に差し込み可能な形状に形成され、コンセント３４に接続するための端子である。コンセントプラグ４６が、電源装置４の出力端子となる。

そして、電源装置４は、図１に示すように、コンセントプラグ４６をコンセント３４に接続することで、電力システム３に対して電力供給可能な接続状態となる。

次に、図２を用いて、バッテリ１とコンバータ４３の出力側との間の回路構成、及び、コントローラ４０に含まれる制御構成を説明する。図２は、電源装置４の構成の一部とコントローラ４０のブロック図である。

コンバータ４３の出力側には、電流センサ４７及び電圧センサ４８が設けられている。電流センサ４７は、コンバータ４３の出力側の電流を検出するセンサであり、コンバータ４３の出力側に接続された一対の配線のうち、一方の配線に接続されている。電圧センサ４８は、コンバータ４３の出力側の電圧を検出するセンサであり、コンバータ４３の出力側の一対の配線の間に接続されている。電流センサ４７の検出電流及び電圧センサ４８の検出電圧は、コントローラ４０に出力される。

コントローラ４０は、接続検知部４０１と、地絡検知部４０２と、停電検知部４３と、ブレーカ状態検知部４０４と、判定部４０５とを有している。

接続検知部４０１は、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を検知する機能を有している。接続検知部４０１の検知結果は、地絡検知部４０２に出力される。地絡検知部４０２は、電源装置４の地絡を検知する機能を有している。接続検知部４０１の検知結果及び地絡検知部４０２の検知結果は、停電検知部４０３及びブレーカ状態検知部４０４に出力される。

停電検知部４０３は、停電を検知する機能を有している。停電は、系統電源１から電源システム３への電力の供給が停止していること示す。ブレーカ状態検知部４０４は、主幹ブレーカ３１及び子ブレーカ３２のオン、オフの状態を検知する機能を有している。停電検知部４０３の検知結果及びブレーカ状態検知部４０２の検知結果は、判定部４０５に出力される。判定部４０５は、停電検知部４０３及びブレーカ状態検知部４０４の検知結果に基づいて、コンバータ４３から交流電力を電力システム３に出力するか否かを判定する。そして、コントローラ４０は、判定部４０５により、交流電力をシステム３に出力すると判定した場合には、コンバータ４３のスイッチング素子を制御し、スイッチ４４及び接続ケーブル４５を介して、コンセントプラグ４６から電力を出力させる。

次に、図３を用いて、コントローラ４０の構成について、説明する。図３は、コントローラ４０の構成を示すブロック図である。コントローラ４０は、基板４１１と、マイコン４１２と、メモリ４１３と、計測電圧入力端子４１４と、計測電流入力端子４１５と、制御信号出力端子４１６とを備えている。

基板４１１は、電子基板である。マイコン４１２は、ＣＰＵなどの演算装置であり、基板上に実装されている。メモリ４１３は、コンバータ４３の駆動条件、コンセントプラグ４６の接続の成立条件、電源装置４内で絶縁が確保されていることを示す絶縁条件、電源装置４の地絡条件、ブレーカのオン、オフの状態を示す条件、及び、停電の成立条件等を、電圧、電流、インピーダンス又は位相等の値により記録している。メモリ４１３は、不揮発性メモリなどの記憶媒体である。

計測電圧入力端子４１４は、電圧センサ４８と配線で接続されており、電圧センサ４８で検出される電圧を、測定電圧として、マイコン４１２に取り込むための入力端子である。同様に、計測電流入力端子４１５は、電流センサ４７と配線で接続されている。制御信号出力端子４１６は、マイコン４１２の演算に基づくコンバータ４３の制御信号を、コントローラ４０からコンバータ４３に出力するための出力端子である。

次に、図１〜図３を参照しつつ、コントローラ４０の制御について説明する。電源装置４のメインスイッチ（図示しない）がオンになると、コントローラ４０は、接続検知部４０１により、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されている否かを検知する。

接続検知部４０１は、コンセントプラグ４６の接続を検知するために、コンバータ４３を制御して、バッテリ４２の電力を用いて、コンセントプラグ４６に電圧（試験電圧）を印加する。接続検知部４０１は、コンバータ４３の出力側からコンセントプラグ４６への電圧印加中に、電圧センサ４８を用いて電圧を測定する。また、メモリ４１３には、コンセントプラグ４６が接続されていることを示す電圧閾値が予め記録されている。そして、接続検知部４０１は、メモリ４１３の閾値電圧と、電圧センサ４８の測定電圧とを比較することで、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されているかを判定する。

また、接続検知部４０１は、上記のように、コンセントプラグ４６の接続を検知するための試験電圧の印加中に、インピーダンスを計測することで、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を検知してもよい。

インピーダンスの変化により、コンセントプラグ４６の接続を検知する場合には、接続検知部４０１は、試験電圧の印加中、電圧センサ４８で検出される電圧（Ｖ_ｏｕｔ）と、電流センサ４７で検出される電流（Ｉ_ｏｕｔ）から、式（１）に従って、インピーダンス（Ｚ_ｏｕｔ）を算出する。

メモリ４１３には、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されている状態で、コンバータ４３の出力側からみたときのインピーダンスが、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続の成立条件として、予め記録されている。そして、接続検知部４０１は、測定したインピーダンス（Ｚ_ｏｕｔ）と、当該成立条件を示すインピーダンスとを比較することで、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されているかを判定する。

さらに、接続検知部４０１は、試験電圧の印加中、電圧センサ４８で検出される電圧と、電流センサ４７で検出される電流との電気角を算出することで、位相を算出し、位相に基づいて、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を検知してもよい。

位相の変化により、コンセントプラグ４６の接続を検知する場合には、接続検知部４０１は、試験電圧の印加中、電流センサ４７及び電圧センサ４８を用いて、コンバータ４３の出力側の電圧、電流を測定する。メモリ４３１には、コンバータ４３の出力側の電圧及び電流と位相との相対関係を示すテーブルが予め記録されている。また、メモリ４３１には、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されている状態で、コンバータ４３から試験電圧を印加したときに、コンバータ４３の出力側の位相が、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続の成立条件として、予め記録されている。

接続検知部４０１は、メモリ４３１のテーブルを参照して、測定した電圧及び電流に対応する位相を算出する。そして、接続検知部４０１は、算出した位相と、コンセントプラグ４６の接続の成立条件を示す位相とを比較することで、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されているかを判定する。

このように、接続検知部４０１は、コンバータ４３からコンセントプラグ４６への出力について、電圧条件、インピーダンス条件、または位相条件で示されるコンセントプラグ４６のコンセント３４への接続の成立条件と、電流センサ４７又は電圧センサ４８の検出値に基づく測定結果とを比較することで、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を検知している。

次に、コントローラ４０は、接続検知部４０１の検知により、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続が確認すると、地絡検知部４０２により電源装置４又は電力システム３の地絡を検知する。具体的には、地絡検知部４０２は、コンバータ４３の高圧回路を形成する配線、回路素子と、筐体４１やアースとの間で絶縁性が確保されているか否かを検知する。検知の一例としては、例えば、コンバータ４３の高圧配線と、筐体４１のアースとの間に、電圧を印加して、インピーダンスを計測する。コンバータ４３の高圧回路を形成する配線、回路素子が、筐体やアースに触れている場合には、配線、回路素子が筐体やアースに触れていない場合と比較して、インピーダンスが変化する。地絡検知部４０２は、インピーダンスの変化から、電源装置１の絶縁を確認する。

また、例えば、コンバータ４３等の高圧回路が筐体４１に接触している場合、又は、高圧回路のグランドが、筐体４１又はアースが接触している場合も、これらが接触していない場合と比較して、インピーダンスが変化する。そして、メモリ４３１には、高圧回路が筐体４１に接触した際のインピーダンスの値、及び、高圧回路のグランドが筐体４１等に接触した際のインピーダンスの値が、地絡の成立条件として予め記録されている。地絡検知部４０２は、バッテリ４２の電力を用いて、試験電圧を印加して、電流センサ４７及び電圧センサ４８の検出値に基づき、インピーダンスを測定する。そして、地絡検知部４０２は、測定したインピーダンスと、地絡の成立条件を示すインピーダンスとを比較することで、地絡を判定する。

さらに、地絡検知部４０２による地絡判定は、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を確認した後に行っているため、地絡検知部４０２は電源装置４内で発生した地絡に限らず、コンセント３４、宅内分岐配線３３等の電力システム３内の漏電も検知することができる。

コントローラ４０は、地絡検知部４０２により、地絡を検知した場合には、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されていても、コンバータ４３の動作を停止し、かつ、スイッチ４４を強制的にオフにする。これにより、本例は、電源装置４内の絶縁性を確認することで、安全性の高い電源装置４を実現しつつ、宅内分岐配線３３等からの漏電も防ぐことができる。

コントローラ４０は、接続検知部４０１によりコンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されていることを確認し、地絡検知部４０２により電源装置４内で絶縁が確保され、かつ、地絡が発生していないことを確認すると、停電検知部４０３により停電を検知しつつ、ブレーカ状態検知部４０４によりブレーカの状態を検知する。

停電検知部４０３は、コンバータ４３を停止させた状態で、電流センサ４７又は電圧センサ４８の検出値から、停電が発生しているか否かを判定する。停電が発生しておらず、正常に系統電源１から電力が供給されている場合には、コンセントプラグ４６をコンセント３４に接続すると、系統電源１からの供給電力が主幹ブレーカ３１及び子ブレーカ３２を介して分電されて、宅内分岐配線３３を通り、コンセント３４とコンセントプラグ４６との接続部分を通って、コンバータ４３の出力側に供給される。そして、系統電源１の電力が電源装置４側にも供給された場合には、電圧センサ４８は電力システム３からの入力電圧を検出する。一方、停電が発生した場合には、系統電源１から電力システム３内への電力供給がなく、コンセントプラグ４６をコンセントに接続したとしても、電力システム３から電力は供給されない。

そのため、停電検知部４０３は、コンバータ４３の停止状態で、電圧センサ４８を用いて、電力システム３からコンセント３４及びコンセントプラグ４６を介して入力される電圧を測定することで、停電状態を検知する。そして、入力電圧が測定されない場合には、停電検知部４０３は、停電が発生している、と判断する。なお、停電検知部４０３は、電流センサ４７を用いて、同様に停電の検知を行ってもよい。

ブレーカ状態検知部４０４は、ブレーカ３１、３２のオン、オフの状態を検知するために、コンバータ４３の出力側からみたインピーダンスを測定する。インピーダンスは、上記と同様に、バッテリ４２の電力を用いて、コンバータ４３から試験電圧を印加し、電流センサ４７及び電圧センサ４８の検出値から式（１）を用いて算出すればよい。そして、ブレーカ３１、３２のオン状態におけるインピーダンスと、ブレーカ３１、３２のオフ状態におけるインピーダンスは異なるため、ブレーカ状態検知部４０４は、インピーダンスを測定することで、ブレーカ３１、３２の状態を検知することができる。

また、ブレーカ状態検知部４０４は、インピーダンスを測定の代わりに、位相を測定することで、ブレーカ３１、３２の状態を検知してもよい。ブレーカ３１、３２のオン状態における位相と、ブレーカ３１、３２のオフ状態における位相は異なる。そのため、ブレーカ状態検知部４０４は、位相を測定することで、ブレーカ３１、３２の状態を検知することができる。なお、位相の測定方法は、上記と同様である。

判定部４０５は、停電検知部４０３により停電が発生していることを確認し、ブレーカ状態検知部４０４によりブレーカ３１、３２のオン状態を確認すると、コンバータ４３から電力システム３に交流電力を出力できると判定する。コントローラ４０は、判定部４０５により、交流電力の出力可と判定すると、宅内分岐配線３３、子ブレーカ３２等に応じて予め設定されている電流容量の制限値以下になるように、コンバータ４３を制御して、電源装置４から電力システム３への出力電力を調整する。

図１に示すように、分電盤３０は、１つの主幹ブレーカ３１に対して複数の子ブレーカ３２を接続するよう構成されているため、単一の子ブレーカ３２の電流容量の制限値は、主幹ブレーカ３１の電流容量の制限値をより低い。そして、本例の電源装置４は、宅内分岐配線３３及びコンセント３４を介して子ブレーカ３２に接続され、電力を供給する場合には、この子ブレーカ３２から他の子ブレーカ３２に電力を供給する。そのため、コントローラ４０は、子ブレーカ３２の電流容量の制限値以下になるように、コンバータ４３を制御することで、電力を抑えている。

一方、判定部４０５は、停電検知部４０３により停電が発生していないことを確認し、あるいは、ブレーカ状態検知部４０４によりブレーカ３１、３２のオン状態を確認した場合には、コンバータ４３から電力システム３に交流電力を出力できないと判定する。コントローラ４０は、判定部４０５により、交流電力の出力不可と判定すると、コンバータ１０を停止させる。

ここで、図４を用いて、系統電源１の状態とブレーカの状態との関係を、電源装置４の動作条件を含めつつ説明する。図４は、系統電源１の状態とブレーカの状態との関係を示す表である。まず、系統電源１の状態が正常な状態でブレーカ３１、３２がオン状態である場合には、系統は正常であり、電力システム３内の電気機器は、系統電源１の電力を利用することができる。この時には、電源装置４が動作しない。

系統電源１が正常な状態で、ブレーカ３１、３２がオフ状態である場合には、コントローラ４０は、ブレーカ３１、３２がオフ状態（遮断状態）であると判定する。図１に示す配線接続で、ブレーカ３１、３２がオフ状態である場合には、系統電源１が正常な場合であっても、系統電源１の電力が電源装置４に供給されず、コントローラ４０は系統電源１の状態を把握することができない。この時には、電源装置４が動作しない。

系統電源１が停止状態で、ブレーカ３１、３２がオフ状態である場合には、コントローラ４０は、ブレーカ３１、３２がオフ状態（遮断状態）であると判定する。上記と同様に、ブレーカ３１、３２がオフ状態である場合には、系統電源１が正常な場合であっても、系統電源１の電力が電源装置４に供給されず、コントローラ４０は系統電源１の状態を把握することができない。この時には、電源装置４が動作しない。

系統電源１が停止状態であって、電力を電力システム３に供給できない状態であり、ブレーカ３１、３２の状態がオン状態である場合には、停電状態となる。この時に、電力システム３は、電源装置４の交流電力を受け入れ可能な状態となるため、電源装置４は、動作し、非常用電源として利用される。

これにより、本例の電源装置４は、コンセントプラグ４６をコンセント３４に接続することにより、電力システム３内の電気機器に対して電力を供給するための、接続配線を形成することができる。そして、図１に示す接続配線で、電源装置４のコンセントプラグ４６から、電力システム３に電力を出力することで、電力システム３内の電気機器に対して電力を供給することできる。その結果として、本例の電源装置４及び電源システムは、非常用に使用する機器の配線を変更することなく、簡易に非常時の電源を確保することができる。

また、電力システム３が電源装置４の交流電力を受け入れ可能な状態であることを、電源装置４側で判断することができる。

次に、図５を用いて、コントローラ４０の制御フローを説明する。図５は、コントローラ４０の制御手順を示すフローチャートである。図５の制御フローは、非常時電源としての電力供給を開始する否かを判断し、コンバータ４３の動作状態を設定するための制御フローである。

ステップＳ１にて、コントローラ４０は、接続検知部４０１によりコンセントプラグ４６の接続状態を検知する。ステップＳ２にて、コントローラ４０は、接続検知部４０１の検知結果により、コンセントプラグ４６がコンセントに接続されている場合には、ステップＳ３に進む。一方、コンセントプラグ４６がコンセントに接続されている場合には、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ３にて、コントローラ４０は、地絡検知部４０２により電源装置４の絶縁状態を検知する。ステップＳ４にて、コントローラ４０は、地絡検知部４０２の検知結果により、地絡が発生していない場合には、ステップＳ５に進む。一方、地絡が発生している場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ５にて、コントローラ４０は、停電検知部４０３により、系統電源１の停電の状態を検知する。ステップＳ６にて、コントローラ４０は、停電検知部４０３により、停電が発生していない場合には、ステップＳ７に進む。一方、停電が発生している場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ７にて、コントローラ４０は、ブレーカ状態検知部４０４により、ブレーカのオン、オフ状態を検知する。ステップＳ８にて、コントローラ４０は、ブレーカ状態検知部４０４により、ブレーカがオン状態になっている場合には、ステップＳ９に進む。一方、ブレーカがオフ状態になっている場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ９にて、コントローラ４０は、判定部４０５により、コンバータ４３から交流電力を電力システム３に出力可能であると判定する。そして、ステップＳ１０にて、コントローラ４０は、コンバータ４３の出力を設定して、非常時電源としての電力供給を開始する。

ステップＳ４に戻り地絡が発生した場合、ステップＳ６に戻り停電が発生している場合、ステップＳ８に戻りブレーカ３１、３２がオフ状態である場合には、ステップＳ１１にて、コントローラ４０は、判定部４０５により、コンバータ４３から交流電力を電力システム３に出力不可であると判定する。そして、ステップＳ１２にて、コントローラ４０は、コンバータ４３を停止させる。

上記のように、本例は、状態検知部４０１により、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されていることを検知し、地絡検知部４０２、停電検知部４０３、及びブレーカ状態検知部４０４により、電力システム３の状態を検知し、これら状態の検知結果に基づいて、交流電力を電源装置４から電力システム３に出力する。これにより、電力システム３内のコンセント３４から、電力システム３に電力を供給することができるため、簡易に非常時の電源供給を可能にする出原装置３又は電源システムを実現することができる。また、電源装置４側で、電力システム３の状態を確認することができるため、安全に非常時の電源供給の可否を判断できる装置又はシステムを提供することができる。

また、本例は、ブレーカ状態検知部４０４によりブレーカ３１、３２の状態を検知し、地絡検知部４０１により地絡を検知し、停電状態検知部４０３により停電を検知している。これにより、電力システム３の状態及び電源装置４の状態を検知しているため、安全性の高い電源装置４又はシステムを提供することができる。

また、本例は、接続検知部４０２によりコンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を確認し、かつ、地絡検知部４０２により地絡が発生していないことを確認した後に、ブレーカ状態検知部４０４によりブレーカの状態を検知する。これにより、本例は、電力システム３又は電源装置４の配線の安全を確認した上で、非常時における電力供給の可否を判断することができるため、安全性を高めることができる。

また、本例は、接続検知部４０２によりコンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を確認し、かつ、地絡検知部４０２により地絡が発生していないことを確認した後に、停電検知部４０３により停電を検知する。これにより、本例は、電力システム３又は電源装置４の配線の安全を確認した上で、非常時における電力供給の可否を判断することができるため、安全性を高めることができる。

また本例において、接続検知部４０２は、電圧センサ４８で検出された電圧、電流センサ４７及び電圧センサ４８の検出値から算出されるインピーダンス、または、当該検出値から算出される位相の少なくとも一つの値に基づいて、コンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を検知する。これにより、電源装置４の出力側に接続されたセンサを利用して、コンセントプラグ４６の接続状態を検知することができる。

また本例において、地絡検知部４０２、停電検知部４０３、及びブレーカ状態検知部４０４において、電圧センサ４８で検出された電圧、電流センサ４７及び電圧センサ４８の検出値から算出されるインピーダンス、または、当該検出値から算出される位相の少なくとも一つの値に基づいて、状態を検知する。これにより、コンバータ４６の高圧回路に高電圧を印加していない状態であっても、配線の接続に問題がないか、系統電力１から電力が送られているか、あるいは、ブレーカが落ちていないかを確認することができる。

なお、本例において、コントローラ４０は、インピーダンスを算出する際に、電圧センサ４８で検出される電圧と電流センサ４７で検出される電流から算出したが、電圧センサ４８で検出される電圧とコンバータ４６の電流指令値（Ｉ^＊）から、式（２）に従って、インピーダンス（Ｚ_ｏｕｔ）を算出してもよい。

また、位相についても同様に、コントローラ４０は、電圧センサ４８で検出される電圧とコンバータ４６の電流指令値（Ｉ^＊）から算出してもよい。

また本発明の変形例として、図６に示すように、コンバータ４３とスイッチ４４との間に、リアクトル４９を接続してもよい。図６は、本発明の変形例に係る電源システムのブロック図である。

電源装置４から電力システム３に電力を供給する場合に、供給開始時の突入電流による瞬間的な電流上昇や、宅内電力で使用する周波数以外の高調波ノイズが発生する可能性がある。そして、これらの現象によって、コントローラ４０からコンバータ４３に出力する電力指令値と、コンバータ４３から接続ケーブル４５に実際に出力される電圧が異なってしまう。変形例に係る電源装置４は、コンバータ４３とスイッチ４４との間に、リアクトル４９を接続しているため、供給開始時の瞬間的な電流上昇を防ぎつつ、高調波ノイズを抑制することができる。その結果として、電力システム３に非常電力を安全に供給することができる。

また、本発明の変形例として、図７に示すように、電源装置４は低電圧電源５０を備えている。図７は、電源装置４の構成の一部とコントローラ４０のブロック図である。

低電圧電源５０は、接続検知部４０１による検知用の試験電圧、又は、地絡検知部４０２の検知用の試験電圧を、電源装置４内の検知箇所に印加する電源である。低電圧電源５０の電圧は、バッテリ４１の電圧よりも低い。低電圧電源５０は、コンバータ４３の出力側に接続された一対の配線間に接続されている。

接続検知部４０１は、低電圧電源５０の電圧を、接続ケーブルを介してコンセントプラグ４６に印加し、低電圧電源５０の電圧の印加中における電圧センサ４８の電圧から、コンセントプラグ４６がコンセント３４に接続されているか否かを判定する。

また、地絡検知部４０２は、低電圧電源５０の電圧を、地絡を検知する検知箇所、例えば、コンバータ４３の高圧配線と筐体４１のアースとの間に電圧を印加する。そして、地絡検知部４０２は、電圧印加中における電圧センサ４８の電圧から、地絡が発生しているか否かを判定する。

すなわち、接続検知部４０１及び地絡検知部４０２は、バッテリ４１の電力に基づくコンバータ４３の出力電圧の代わりに、低電圧電源５０の電圧を試験電圧として用いることで、コンセントプラグ４６の接続状態及び地絡状態をそれぞれ検知している。

これにより、変形例に係る電源装置４及び電源システムは、例えば電力システム３内で漏電等が発生した場合に、低電圧電源５０を用いて低電圧を印加して、電力システム３の状態を検知することができる。瞬間的な高電圧を電力システム３に印加することを防ぎ、その結果として、安全性の高い非常電源を実現することができる。

また、本発明の変形例として、図８に示すように、電源装置４を車両５に搭載してもよい。図８は、本発明の変形例に係る電源システムのブロック図である。

図８に示すように、本例の電源装置４を、移動体である車両５に搭載した場合には、系統電源１からの電力供給が停止している電力システム３の家庭に、車両を移動させることで、非常電源を届けることができる。そして、コンセントプラグ４６をコンセントに接続することで、安全に電力を供給できるか否かを判断した上で、電力を供給することができる。

これにより本例は、電力供給が停止している家庭のもとに移動していき、非常電源を必要とする電力システム３に対してコンセントにプラグを接続することによって、安全に非常時の電源供給の可否を判断し、非常用の電力を供給することができる。

なお、図３に示すマイコン４１２、メモリ４１３は、コンバータ４３に設けてもよい。

なお、本例において、地絡検知部４０２は、インピーダンスを計測することで、電源装置４の地絡を検知したが、電流センサ４７の検出値を用いて、電流を測定することで、地絡を検知してもよい。すなわち、電源装置４内で、地絡が発生して、漏電が生じた場合には、配線を流れる電流は、地絡の発生箇所にも分岐して流れる。そのため、地絡検知部４０２は、電流変化を測定することで、地絡を検知することができる。

上記のバッテリ４２が本発明の「第１電力源」に相当し、コンバータ４３が本発明の「変換手段」に相当し、コントローラ４０が本発明の「制御手段」に相当し、低電圧電源５０が本発明の「第３電力源」に相当する。

《第２実施形態》
発明の他の実施形態に係る電源装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、停電から復帰した場合の制御を加えている点が異なる。これ以外の構成及び他の制御は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図１〜図３を参照し、コントローラ４０は、コンバータ４３を制御してバッテリ４２の電力を電力システム３に供給中に、停電検知部４０３により、系統電源１の電力が復帰したか否かを検知している。コントローラ４０は、バッテリ４２の電力の使用中に、電流センサ４７及び電圧センサ４８を用いて、コンバータ４３の出力側の電圧、インピーダンス、または位相を測定している。系統電源１が停電状態から復帰し、系統電源１の電力が電力システム３内に供給されると、コントローラ４３で測定している電圧、インピーダンス、又は位相が変化する。

コントローラ４３のメモリ４１３には、系統電源１の電力が復帰した場合の成立条件を、電圧、インピーダンス又は位相等の値により記録している。そして、停電検知部４０３は、電圧センサ４８の電圧に基づく測定値が、成立条件を満たした場合に、系統電源１が停電から復帰したと判定する。

そして、コントローラ４３は、停電検知部４０３の検知結果により、停電から復帰したと判断すると、コンバータ４３の動作を停止して、電源装置４から電力システム３への電力供給を停止する。

次に、図９を用いて、コントローラ４０の制御フローを説明する。図５は、コントローラ４０の制御手順を示すフローチャートである。図９の制御フローは、非常時電源としての電力供給を開始する否かを判断し、コンバータ４３の動作させた後、コンバータ４３を停止するための制御フローである。なお、ステップＳ２１〜ステップＳ３０までの制御フローの内容は、図５に示すステップＳ１〜Ｓ１０までの制御フローの内容と同じであり、説明を省略する。

ステップＳ３０の後、コントローラ４０は、コンバータ４３の動作中に、停電検知部４０３により系統電源１の停電状態を検知する。ステップＳ３１にて、コントローラ４０は、停電検知部４０３の検知結果により、停電から復帰した場合には、ステップＳ３５に進む。一方、停電が継続している場合には、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３にて、図示しない停止ボタンが押された場合には、ステップＳ３４に進み、ステップＳ３４にて、コントローラ４０はコンバータを停止する。一方、ステップＳ３３にて、停止ボタンが押されていない場合にはステップＳ３１に戻る。

ステップＳ３２に戻り、停電から復帰した場合には、ステップＳ３５にて、コントローラ４０は、判定部４０５により、コンバータ４３から交流電力を電力システム３に出力不可であると判定し、ステップＳ３４に進む。そして、ステップＳ３４にて、コントローラ４０は、コンバータ４３を停止させる。

上記のように、本例は、コンバータ４３の動作中に、停電検知部４０３により、系統電源１が停電から復帰したか否かを判定する。そして、停電から復帰した場合には、電源装置４から電力システム３への電力供給を停止する。これにより、電源装置４側で、電力システム３の状態を確認することができるため、安全に非常時の電源供給の可否を判断できる装置又はシステムを提供することができる。

なお、本例において、コントローラ４０は、コンバータ４３の動作中に、ブレーカ状態検知部４０３によりブレーカ状態を検知してもよく、また同時に、接続検知部４０１によりコンセントプラグ４６のコンセント３４への接続を検知してもよい。ブレーカ状態の検知及びコンセントプラグ４６の接続状態は、印加する電圧の周波数を異なるものに設定することで、同時に検知することができる。

１…系統電源
２…系統分岐配線
３…宅内電力システム
４…電源装置
５…車両
３０…分電盤
３１…主幹ブレーカ
３２…子ブレーカ
３３…宅内分岐配線
３４…コンセント
４０…コントローラ
４１…筐体
４２…バッテリ
４３…コンバータ
４４…スイッチ
４５…接続ケーブル
４６…コンセントプラグ
４７…電流センサ
４８…電圧センサ
４９…リアクトル
５０…低圧電源
４０１…接続検知部
４０２…地絡検知部
４０３…停電検知部
４０４…ブレーカ状態検知部
４０５…判定部
４１１…基板
４１２…マイコン
４１３…メモリ
４１４…計測電圧入力端子
４１５…計測電流入力端子
４１６…制御信号出力端子

Claims (11)

1. 系統電源から電力の供給を受ける電力システムに対して電力を供給する電源装置であって、
   第１電力源と、
   前記第１電力源から出力される電力を交流電力に変換する変換手段と、
   前記電力システムのコンセントに接続され、前記交流電力を前記電力システムに出力するコンセントプラグと、
   前記変換手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記コンセントプラグの前記コンセントへの接続を検知する接続検知部と、
   前記電力システムの状態を検知する状態検知部と、
   前記状態検知部の検知結果に基づいて、前記交流電力を前記電力システムに出力するか否かを判定する判定部とを有する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記状態検知部は、
   前記電力システムに含まれるブレーカの状態を検知するブレーカ状態検知部と、
   前記電源装置又は前記電力システムの地絡を検知する地絡検知部とを有する
   ことを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置であって、
   前記制御手段は、
   前記接続検知部により前記コンセントプラグの前記コンセントへの接続を確認し、かつ、前記地絡検知部により地絡が発生していないことを確認した後に、前記ブレーカ状態検知部により前記ブレーカの状態を検知する
   ことを特徴とする電源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記状態検知部は、
   前記系統電源から前記電力システムへの電力の供給が停止していることを示す停電を検知する停電検知部と、
   前記電源装置の地絡を検知する地絡検知部とを有する
   ことを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置であって、
   前記制御手段は、
   前記接続検知部により前記コンセントプラグの前記コンセントへの接続を確認し、かつ、前記地絡検知部により地絡が発生していないことを確認した後に、前記停電検知部により前記停電を検知する
   ことを特徴とする電源装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記変換手段の出力側と前記コンセントプラグとの間の配線に接続され、前記変換手段の出力側の電流又は電圧の少なくとも一方を検出するセンサをさらに備え、
   前記接続検知部は、
   前記センサにより検出された電圧、前記センサの検出値から算出されるインピーダンス、または、前記検出値から算出される位相の少なくとも一つの値に基づいて、前記コンセントプラグの前記コンセントへの接続を検知する
   ことを特徴とする電源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記変換手段の出力側と前記コンセントプラグとの間の配線に接続され、前記変換手段の出力側の電流又は電圧の少なくとも一方を検出するセンサをさらに備え、
   前記状態検知部は、
   前記センサにより検出された電圧、前記センサの検出値から算出されるインピーダンス、または、前記検出値から算出される位相の少なくとも一つの値に基づいて、前記電力システムの状態を検知する
   ことを特徴とする電源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記接続検知部による検知用の電圧、または、前記状態検知部による検知用の電圧を出力する第２電力源をさらに備え、
   前記第２電力源の電圧は、前記第１電力源の電圧より低い
   ことを特徴とする電源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の電源装置を備える車両。
10. 系統電源から電力の供給を受ける屋内の電力システム及び電源装置を備えた電源システムにおいて、
    前記電力システムは、
    前記系統電源からの電力を遮断するブレーカと、
    前記ブレーカと前記屋内の分岐配線で接続されるコンセントとを備え、
    前記電源装置は、
    第１電力源と、
    前記第１電力源から出力される電力を交流電力に変換する変換手段と、
    前記電力システムのコンセントに接続され、前記交流電力を前記電力システムに出力するコンセントプラグと、
    前記変換手段を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記コンセントプラグの前記コンセントへの接続を検知する接続検知部と、
    前記系統電源から前記電源システムへの電力の供給が停止していることを示す停電の状態、前記ブレーカの状態、又は、前記電源装置の絶縁状態の少なくとも一つの状態を検知する状態検知部と、
    前記状態検知部の検知結果に基づいて、前記交流電力を前記電力システムに出力する否かを判定する判定部とを有する
    ことを特徴とする電源システム。
11. 系統電源から電力の供給を受ける電力システムに対して電力を供給する電源装置の制御方法であって、
    前記電源装置のコンセントプラグが前記電力システムのコンセントに接続されたか否かを検知する接続検知工程と、
    前記接続検知工程により前記コンセントプラグの前記コンセントへの接続を確認した後に、前記電力システムの状態を検知する状態検知工程と、
    前記状態検知工程による検知結果に基づいて、交流電力を前記電力システムに出力するか否かを判定する判定工程と、
    前記判定工程の判定結果に基づいて、前記電源装置の電力源の電力を前記交流電力に変換する変換手段を制御する制御工程とを含み、
    電源を備えた前記電源装置が、前記接続検知工程、前記状態検知工程、前記判定工程、及び前記制御工程を行う
    ことを特徴とする電源装置の制御方法。

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