JP6223266B2

JP6223266B2 - 電源切替システム

Info

Publication number: JP6223266B2
Application number: JP2014088067A
Authority: JP
Inventors: 柴山　佳之; 佳之柴山
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: JP2015208146A

Description

本発明は、商用電源と電池電源とを切り替えて、電気機器を作動させる電源切替システムに関する。

従来より、商用電源から供給される電力により作動する仕様の給湯装置において、停電が生じた場合にも使用できるようにするために、電池を内蔵させて、停電が発生した時には、電池からの供給電力によって作動するようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された給湯装置においては、電池からの供給電力によって作動しているときには、商用電源からの供給電力によって作動しているときよりも、消費電力を抑制するように運転条件を制限して、給湯可能な時間が長くなるようにしている。

特開２０１３−３６６５２号公報

特許文献１に記載された給湯装置のように商用電源から供給される電力によって作動することを前提とした電気機器において、停電に備えて大容量の電池を内蔵させる場合には、電池を収容するスペースを確保するために電気機器のサイズが大きくなると共に、電気機器のコストが高くなるうえ、サービスマン等による電池のメンテナンスが必要になるという不都合がある。そして、停電が発生することは稀であり、また、停電が長時間続く可能性も低いため、このような不都合を許容してまで大容量の電池を備えた電気機器を採用することは現実的ではない。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、停電時に電池からの電力供給によって電気機器を作動させるときに、電気機器の作動可能時間を長くすることができる電源切替システムを、電気機器のサイズの拡大及びシステムのコストアップを抑制して提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の電源切替システムは、
電池に接続するための電池接続部と、
電気機器に接続するための機器接続部と、
前記電池接続部に接続された電池から供給される直流電力を、交流電力に変換して前記機器接続部に出力するインバータと、
前記電池接続部に電池が接続されると共に前記機器接続部に電気機器が接続されたときに、前記インバータを作動させて、前記機器接続部から前記電気機器に交流電力を供給し、該交流電力の供給を開始した時点から少なくとも所定時間が経過するまでの間は、該交流電力を商用電源との相違度合が所定レベル以上である第１交流電力とする電力供給制御部とを有する電源中継器と、
交流電力の供給によって作動し、
交流電力の供給が開始されたときに、該交流電力が前記第１交流電力であるか否かを判断して、交流電力の供給元が前記電源中継器であるか商用電源であるかを識別する供給電源識別部と、
前記供給電源識別部により交流電力の供給元が商用電源であると識別されたときは第１モードでの運転を行い、前記供給電源識別部により交流電力の供給元が前記電源中継器であると識別されたときには、前記第１モードよりも消費電力が少ない第２モードでの運転を行う運転モード切替部とを有する電気機器と
を備え、
前記電力供給制御部は、前記所定時間が経過した後は、前記機器接続部から出力する交流電力を、商用電源との相違度合が前記第１交流電力よりも小さい第２交流電力に切替えることを特徴とする。

かかる本発明によれば、商用電源の停電が生じたときに、使用者が、前記電源中継器を用意して、汎用の電池（例えば、自動車用のバッテリ等）を前記電源中継器の前記電池接続部に接続し、前記電気機器を前記電源中継器の前記機器接続部に接続することにより、前記電源中継器から前記電気機器に交流電力を供給して前記電気機器を作動させることが可能となる。

そして、前記電源中継器は、前記電気機器への交流電力の供給を開始するときに、少なくとも前記所定時間が経過するまでの間は前記第１交流電力を出力する。また、前記電気機器は、前記供給電源識別部が前記第１交流電力の供給を判断して、交流電力の供給元が前記電源中継器であることを認識すると、消費電力が少ない前記第２モードでの運転をおこなって、運転可能時間が長くなるようにする。

このように、本発明によれば、前記電気機器には電池を備える必要がないので、前記電気機器のサイズの拡大及びコストアップは生じない。そして、前記電池としては自動車のバッテリ等の汎用品を用いることができ、前記電源中継器も汎用的に種々の電気機器に接続して交流電力を供給することができるため、普及品としてコストが下がることが期待できる。そのため、電源切替システム全体としても、コストを抑制することができる。加えて、前記電気機器に電池を備えた場合に必要となる電池のメンテナンスのためのサービスの依頼を不要にすることができる。

この構成によれば、前記電力供給制御部により、前記所定時間が経過した後は、前記機器接続部から前記電気機器に供給する交流電力を、商用電源から出力される交流電力との相違度合が小さい前記第２交流電力に切り替えることによって、前記電気機器をより安定して作動させることができる。

また、前記電源中継器は、商用電源に接続するための商用電源接続部と、
商用電源の停電を検知する停電検知部と、
商用電源から前記商用電源接続部を介して供給される商用電力と、前記インバータから出力される交流電力とのいずれか一方を選択して、前記機器接続部から出力する出力電力切替部とを備え、
前記電力供給制御部は、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知されていないときは、前記出力電力切替部により、商用電源から前記商用電源接続部を介して供給される商用電力が前記機器接続部から出力される状態とし、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知されているときには、前記インバータを作動させて、前記出力電力切替部により前記インバータから出力される交流電力が前記機器接続部から出力される状態とすることを特徴とする。

この構成によれば、使用者は、前記電源中継器の商用電源接続部に商用電源を接続し、前記電源中継器を介して電気機器を商用電源に接続しておくことによって、商用電源の停電が生じたときに、前記電源中継器により、電池から出力される直流電力が前記インバータで交流電力に変換されて前記電気機器に供給される。そのため、使用者は、前記電気機器の接続先を商用電源から前記電源中継器に切替える必要がない。また、その後、商用電源が復電したときに、前記電源中継器において、商用電源の交流電力が出力される状態に切り替わるため、使用者は前記電気機器の接続先を商用電源に切り替える必要がない。

また、前記出力電力切替部は、前記インバータから前記機器接続部への交流電力の供給と、前記商用電源接続部から前記機器接続部への商用電力の供給を共に遮断する機能を有し、
前記電力供給制御部は、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知された状態から検知されない状態に切替わったときに、前記出力電力切替部により、前記インバータから前記機器接続部への交流電力の供給と、前記商用電源接続部から前記機器接続部への商用電力の供給を共に遮断した後に、商用電源から前記商用電源接続部を介して供給される商用電力が前記機器接続部から出力される状態とすることを特徴とする。

この構成によれば、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知された状態から検知されない状態に切替わったときに、前記出力電力切替部により、前記インバータから前記機器接続部への交流電力の供給と、前記商用電源接続部から前記機器接続部への商用電力の供給が共に遮断された状態にすることによって、商用電源からの商用電力の供給が再開されたときに、前記電気機器を安定して起動することができる。

本発明の電源切替システムの第１実施形態の構成図。図１に示した電源中継器の作動フローチャート。図１に示した熱源機の作動フローチャート。本発明の電源切替システムの第２実施形態の構成図。図４に示した電源中継器の作動フローチャート。

本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

［第１実施形態］
先ず、図１〜図３を参照して、第１実施形態について説明する。図１を参照して、第１実施形態の電源切替システムは、熱源機１と電源中継器３０ａとにより構成されている。

熱源機１（本発明の電気機器に相当する）は、例えば、上水道から供給される水を設定温度まで加熱して浴室や台所等に供給する給湯機能と、浴室の浴槽に溜められた水を加熱する追焚き機能と、温水端末（床暖房機、温水温風暖房機等）に対して温水を循環供給する温水暖房機能とを備えた複合タイプの給湯装置である。

熱源機１は、商用電源から供給される交流電力（例えばＡＣ１００Ｖの交流電力）によって作動する仕様となっている。そのため、商用電源の停電が生じていない平常時においては、電源プラグ２５が商用電源のコンセント４０に接続され、商用電源から供給される交流電力によって作動する。

熱源機１は、電源プラグ２５から供給される交流電力を直流電力（例えばＤＣ１２Ｖの直流電力）に変換する電源回路２０と、電源回路２０から出力される直流電力によって作動するコントローラ１０とを備えている。

コントローラ１０は、図示しないＣＰＵ，メモリ，各種インターフェース回路等によって構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された熱源機１の制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって熱源機１の作動を制御し、本発明の運転モード切替部１１及び供給電源識別部１２として機能する。

電源中継器３０ａは、商用電源の停電が生じたときに使用されるものであり、熱源機１の電源プラグ２５と接続される機器接続部３４、電池５１と接続される電池接続部３５、電源中継器３０ａを作動状態と停止状態に切り替えるためのスイッチ３１、電池５１から電池接続部３５を介して供給される直流電力（例えばＤＣ１２Ｖの直流電力）を、商用電源から出力される交流電力（以下、商用電力という）の仕様に準じた交流電力に変換して、機器接続部３４に出力するインバータ３３、及びインバータ３３から出力される交流電力の仕様を設定する電力供給制御部３２ａを備えている。

本実施形態では、電源中継器３０ａの電池接続部３５を、自動車５０のバッテリ５１（本発明の電池に相当する）に接続する例を示している。

以下、図２及び図３に示したフローチャートに従って、電源中継器３０ａと熱源機１の作動について説明する。使用者は、商用電源の停電が生じて、熱源機１が使用できなくなったときに、熱源機１の電源プラグ２５を、商用電源のコンセント４０から電源中継器３０ａの機器接続部３４に繋ぎ替える。

また、使用者は、電池ケーブル５５により、電源中継器３０ａの電池接続部３５と自動車５０のシガーソケット（図示しない）とを接続して、自動車５０のバッテリ５１が電池接続部３５に接続された状態とする。そして、使用者は、スイッチ３１をＯＮして電源中継器３０ａを起動させる。

図２は電源中継器３０ａのフローチャートである。電源中継器３０ａは、ＳＴＥＰ１で、スイッチ３１がＯＮになったときにＳＴＥＰ２に進む。ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ７は電力供給制御部３２ａによる処理である。

電力供給制御部３２ａは、ＳＴＥＰ２で、商用電力との相違度合が所定レベル以上である第１交流電力の出力を開始する。ここで、この相違度合とは、例えば、電圧レベル、周波数等の相違度合であり、所定レベルは、熱源機１が通常動作でき、且つ商用電力と識別できるように設定される。

続くＳＴＥＰ３で、電力供給制御部３２ａはタイマをスタートさせ、次のＳＴＥＰ４でタイマがタイムアップするのを待ってＳＴＥＰ５に進む。ここで、タイマの設定時間（本発明の所定時間に相当する）は、第１交流電力の出力が安定して、後述する熱源機１の処理で第１交流電力と商用電力との識別が可能になる時間に設定されている。

ＳＴＥＰ５で、電力供給制御部３２ａは、インバータ３３から出力される交流電力を、第１交流電力から第２交流電力に切り替える。第２交流電力は、商用電力との相違度合が第１交流電力よりも小さく設定されており、停電時に熱源機１がより安定して作動するようにしている。

続くＳＴＥＰ６で、スイッチ３１がＯＦＦされたときにＳＴＥＰ７に進み、電力供給制御部３２ａは、インバータ３３の作動を停止して機器接続部３４からの交流電力の出力を停止してＳＴＥＰ８に進み、処理を終了する。

次に、図３は熱源機１のコントローラ１０のフローチャートである。コントローラ１０は、電源プラグ２５が電源（商用電源又は電源中継器３０ａ）に接続されて、交流電力が供給され、電源回路２０からの直流電力の供給が開始されたときに起動して図３に示したフローチャートによる処理を実行する。

図３のＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１１は、供給電源識別部１２による処理である。供給電源識別部１２は、ＳＴＥＰ１０で電源回路２０からの直流電力の供給が開始された時にＳＴＥＰ１１に進み、電源プラグ２５を介して供給が開始された交流電力が第１交流電力（電源中継器３０ａからの交流電力の供給開始時に出力される交流電力）であるか否かを判断して、交流電力の供給元を識別する。なお、第１交流電力であるか否かを判断するための基準データ（商用電力からの相違度合を示す電圧レベル、周波数等のデータ）は、予めメモリに保持されている。

ＳＴＥＰ１１で、供給電源識別部１２により、電源プラグ２５の接続先が商用電源であると識別されたときはＳＴＥＰ１２に進む。ＳＴＥＰ１２は運転モード切替部１１による処理であり、運転モード切替部１１は、熱源機１の運転モードを第１モード（電力消費を抑制するための運転条件の制限を行わない通常の運転モード）に設定する。そして、ＳＴＥＰ１３に進み、コントローラ１０は第１モードでの熱源機１の運転を開始する。

一方、ＳＴＥＰ１１で、供給電源識別部１２により、電源プラグ２５の接続先が商用電源ではない（電源中継器３０ａである）と識別されたときにはＳＴＥＰ２０に分岐する。ＳＴＥＰ２０で、運転モード切替部１１は、熱源機１の運転モードを第２モード（電力消費を抑制するための運転条件の制限を行う省電力の運転モード）に設定し、ＳＴＥＰ１３に進む。

なお、第２モードでの運転条件の制限としては、給湯運転における設定温度の上限を下げる、追焚き運転の実行を禁止する等の処理が行われる。

以上説明したように、第１実施形態の構成によれば、商用電源の停電が生じたときに、使用者は、熱源機１の電源プラグ２５の接続先を商用電源のコンセント４０から電源中継器３０ａの機器接続部３４に繋ぎ替え、バッテリ５１を電源中継器３０ａの電池接続部３５に接続して、スイッチ３１をＯＮすることによって、バッテリ５１から供給される直流電力で作動させることができる。

そして、この場合は熱源機１が消費電力を抑えた第２モードで運転されるため、停電期間中における熱源機１の給湯可能時間を長くすることができる。

［第２実施形態］
次に、図４，図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態の電源切替システムは、熱源機１と電源中継器３０ｂとにより構成されている。熱源機１の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。また、電源中継器３０ｂにおいて、上述した第１実施形態における電源中継器３０ａと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

電源中継器３０ｂは、電池接続部３５の他に、商用電源に接続するための商用電源接続部３８、商用電源接続部３８から供給される商用電力と、インバータ３３から出力される交流電力（第１交流電力又は第２交流電力）とのうちのいずれか一方を選択して出力する出力電力切替部３６、及び商用電源の停電を検知する停電検知部３７を備えている。

電源中継器３０ｂは、商用電源接続部３８から商用電力が供給されているときは商用電力によって作動し、商用電力の供給が遮断されているときには電池接続部３５から供給される直流電力によって作動する。なお、商用電源接続部３８から商用電力が供給されているときに、電池接続部３５に接続されたバッテリ６０を充電しておくようにしてもよい。

第２実施形態において、使用者は、電源中継器３０ｂの電池接続部３５にバッテリ６０を接続し、商用電源接続部３８に接続された電源ケーブル４５のプラグ３９を商用電源のコンセント４０に接続し、機器接続部３４に熱源機１の電源プラグ２５を接続する。これにより、熱源機１が電源中継器３０ｂを介してバッテリ６０及び商用電源に接続された状態となる。そして、使用者は、スイッチ３１をＯＮにして、電源中継器３０ｂを作動させた状態にしておく。

以下、図５に示したフローチャートに従って、電源中継器３０ｂの作動について説明する。ＳＴＥＰ５０でスイッチがＯＮしたときにＳＴＥＰ５１に進む。ＳＴＥＰ５１〜ＳＴＥＰ５８及びＳＴＥＰ７０は、電力供給制御部３２ｂによる処理である。

ＳＴＥＰ５１で、電力供給制御部３２ｂは、商用電源の停電が生じているか否かを停電検知部３７により判断する。そして、商用電源の停電が生じていないときはＳＴＥＰ７０に分岐し、電力供給制御部３２ｂは、出力電力切替部３６を商用電源接続部３８から供給される商用電力を機器接続部３４に出力する状態にする。これにより、熱源機１は、商用電力によって作動する。ＳＴＥＰ５１で商用電源の停電が検知されるまで、電源中継器３０ｂから熱源機１に商用電力が供給される状態が維持される。

一方、ＳＴＥＰ５１で、停電検知部３７により商用電源の停電が検知されたときにはＳＴＥＰ５２に進み、電力供給制御部３２ｂは、出力電力切替部３６を、インバータ３３から出力される交流電力を機器接続部３４に出力する状態に切り替える。そして、電力供給制御部３２ｂは、インバータ３３を作動させて第１交流電力を機器接続部３４から出力する。これにより、熱源機１は、バッテリ６０から供給される電力によって作動する。

続くＳＴＥＰ５３で、電力供給制御部３２ｂは、タイマをスタートさせる。そして、次のＳＴＥＰ５４でタイマがタイムアップしたときにＳＴＥＰ５５に進み、電力供給制御部３２ｂは、インバータ３３から出力される交流電力を、商用電力との相違度合が第１交流電力よりも小さい第２交流電力に切替える。

次のＳＴＥＰ５６で、電力供給制御部３２ｂは、停電検知部３７により商用電源の停電が検知されているか否かを判断し、停電が検知されているときはＳＴＥＰ５７に進んで、スイッチ３１がＯＦＦ操作されたか否かを判断する。

スイッチ３１がＯＦＦ操作されたときはＳＴＥＰ５８に進み、電力供給制御部３２ｂは、機器接続部３４からの交流電力の出力を停止してＳＴＥＰ５９に進み、処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ５６で商用電源の停電が検知されていないとき（復電したとき）にはＳＴＥＰ７０に分岐し、電力供給制御部３２ｂは、出力電力切替部３６を商用電源接続部３８から供給される商用電力を機器接続部３４に出力する状態にする。これにより、熱源機１は商用電力により作動する状態に切り替えられる。

ここで、出力電力切替部３６は、図４に示したように、機器接続部３４をインバータ３３に接続する第１ポジション（図中ａのポジション）と、機器接続部３４を商用電源接続部３８に接続する第２ポジション（図中ｂのポジション）と、機器接続部３４をインバータ３３及び商用電源接続部３８から遮断する第３ポジション（図中ｎのポジション）という、三つのポジションに切替えられる接点３６ａを有している。

そして、電力供給制御部３２ｂは、ＳＴＥＰ５６からＳＴＥＰ７０に分岐して、機器接続部３４から出力する交流電力を第２交流電力から商用電力に切替えるときに、出力電力切替部３６の接点３６ａを、第１ポジションから一旦第３ポジションとして機器接続部３４への電力供給を遮断してから、第３ポジションとして商用電力に切替える。これにより、熱源機１のコントローラ１０に備えられたリセットＩＣを確実に作動させて、コントローラ１０のＣＰＵを安定して起動することができる。

また、ＳＴＥＰ５７でスイッチ３１がＯＦＦになっていなければ、ＳＴＥＰ５６に戻り、電力供給制御部３２ｂは、機器接続部３４への第２交流電力の出力を継続する。

第２実施形態の構成によれば、商用電源の停電が生じたときに、電源中継器３０ｂにより、バッテリ６０から供給される直流電力が交流電力に変換されて熱源機１に供給される。そのため、使用者は上記第１実施形態の構成のように熱源機１の電源プラグ２５を繋ぎ替える必要がない。

また、商用電源が復電したときに、電源中継器３０ｂにより、商用電源からの商用電力が熱源機１に供給される状態に復帰される。そのため、使用者は上記第１実施形態の構成のように、熱源機１の電源プラグ２５を繋ぎ替える必要がない。

なお、本実施形態では、本発明の電気機器として熱源機１を示したが、商用電源による作動を前提として構成された電気機器であれば、本発明の適用が可能である。

また、本発明の電池として、自動車に搭載されるバッテリを示したが、他の種類の電池を用いることもできる。

また、本実施形態では、電力供給制御部３２ａ，３２ｂは、第１交流電力を所定時間出力した後に第２交流電力に切替えたが、この切替を行わずに第１交流電力の出力を継続させてもよい。

１…熱源機、１０…コントローラ、１１…運転モード切替部、１２…供給電源識別部、２５…電源プラグ、３０ａ，３０ｂ…電源中継器、３２ａ，３２ｂ…電力供給制御部、３３…インバータ、３４…機器接続部、３５…電池接続部、３６…出力電力切替部、３７…停電検知部、３８…商用電源接続部、５１，６０…バッテリ（電池）。

Claims

電池に接続するための電池接続部と、
電気機器に接続するための機器接続部と、
前記電池接続部に接続された電池から供給される直流電力を、交流電力に変換して前記機器接続部に出力するインバータと、
前記電池接続部に電池が接続されると共に前記機器接続部に電気機器が接続されたときに、前記インバータを作動させて、前記機器接続部から前記電気機器に交流電力を供給し、該交流電力の供給を開始した時点から少なくとも所定時間が経過するまでの間は、該交流電力を商用電源との相違度合が所定レベル以上である第１交流電力とする電力供給制御部とを有する電源中継器と、
交流電力の供給によって作動し、
交流電力の供給が開始されたときに、該交流電力が前記第１交流電力であるか否かを判断して、交流電力の供給元が前記電源中継器であるか商用電源であるかを識別する供給電源識別部と、
前記供給電源識別部により交流電力の供給元が商用電源であると識別されたときは第１モードでの運転を行い、前記供給電源識別部により交流電力の供給元が前記電源中継器であると識別されたときには、前記第１モードよりも消費電力が少ない第２モードでの運転を行う運転モード切替部とを有する電気機器と
を備え、
前記電力供給制御部は、前記所定時間が経過した後は、前記機器接続部から出力する交流電力を、商用電源との相違度合が前記第１交流電力よりも小さい第２交流電力に切替えることを特徴とする電源切替システム。
請求項１に記載の電源切替システムにおいて、
前記電源中継器は、商用電源に接続するための商用電源接続部と、
商用電源の停電を検知する停電検知部と、
商用電源から前記商用電源接続部を介して供給される商用電力と、前記インバータから出力される交流電力とのいずれか一方を選択して、前記機器接続部から出力する出力電力切替部とを備え、
前記電力供給制御部は、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知されていないときは、前記出力電力切替部により、商用電源から前記商用電源接続部を介して供給される商用電力が前記機器接続部から出力される状態とし、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知されているときには、前記インバータを作動させて、前記出力電力切替部により前記インバータから出力される交流電力が前記機器接続部から出力される状態とすることを特徴とする電源切替システム。
請求項２に記載の電源切替システムにおいて、
前記出力電力切替部は、前記インバータから前記機器接続部への交流電力の供給と、前記商用電源接続部から前記機器接続部への商用電力の供給を共に遮断する機能を有し、
前記電力供給制御部は、前記停電検知部により前記商用電源の停電が検知された状態から検知されない状態に切替わったときに、前記出力電力切替部により、前記インバータから前記機器接続部への交流電力の供給と、前記商用電源接続部から前記機器接続部への商用電力の供給を共に遮断した後に、商用電源から前記商用電源接続部を介して供給される商用電力が前記機器接続部から出力される状態とすることを特徴とする電源切替システム。