JP6252688B2 - パワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電、燃料電池発電、充電池等を含む直流電力系の機能部と商用電源を含む交流電力系の機能部とを連結するパワーコンディショナに関する。

現在、太陽光発電、燃料電池発電が一般家庭にも多く採用されてきている。太陽光発電、燃料電池発電は、直流電力系である。一方、商用電源は交流電力系である。

したがって、太陽光発電や燃料電池発電と商用電源とを利用する家庭には、直流電力系と交流電力系とを連結するパワーコンディショナを装備する必要がある。パワーコンディショナは、例えば、非特許文献１に示すような形状からなり、家屋の壁に設置される。

図１０は従来のパワーコンディショナを壁に設置した状態を示す斜視図である。図１１は従来のパワーコンディショナの平面図である。図１０、図１１では、パワーコンディショナの蓋を外した状態を表している。図１０、図１１では、回路基板に実装されているコンデンサ、コイル、抵抗、スイッチＩＣ、制御ＩＣ等の回路素子の図示を省略している。

従来のパワーコンディショナ１０Ｐは、放熱部材２０Ｐ、回路基板３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ，３４Ｐ、枠体４０Ｐを備える。回路基板３１Ｐには、ＰＶコンバータを構成する回路素子が実装されている。回路基板３２Ｐには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する回路素子が実装されている。回路基板３３Ｐは、系統連係インバータを構成する回路素子が実装されている。回路基板３４Ｐは、システムコントローラを構成する回路素子が実装されている。

回路基板３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ，３４Ｐは、放熱部材２０Ｐの天面に実装されている。放熱部材２０Ｐの裏面には放熱フィンが形成されている。

放熱部材２０Ｐの天面には、枠体４０Ｐが設置されている。枠体４０Ｐは、回路基板３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ，３４Ｐを囲むように配置されている。枠体４０Ｐの対向する第１壁と第２壁には、取手用の凹部４２，４３が設けられている。枠体４０Ｐの第３壁には、貫通孔４１が形成されている。

回路基板３１Ｐのコネクタ３１１に接続するケーブル、回路基板３２Ｐのコネクタ３２１に接続するケーブル、回路基板３３Ｐのコネクタ３３１に接続するケーブルは、貫通孔４１を挿通して、外部の機能部に接続される。例えば、コネクタ３１１に接続するケーブルは、太陽電池に接続される。コネクタ３２１に接続するケーブルは、充電池、燃料電池に接続される。コネクタ３３１に接続するケーブルは、商用電源に通ずる分電盤に接続される。

従来のパワーコンディショナ１０Ｐを壁Ｗａｌｌに固定する場合、作業者は、凹部４２，４３を取手として利用する。すなわち、作業者は、凹部４２，４３に手を入れて、パワーコンディショナ１０Ｐを持ち上げて、壁Ｗａｌｌに固定する。

東芝ウェブサイト http://www.toshiba.co.jp/sis/h-solar/pcs/in.htm，太陽光発電システムカタログ

従来のパワーコンディショナ１０Ｐでは、ケーブルを挿通させる貫通孔４１が一つであるので、直流電力系のケーブルと交流電力系のケーブルを貫通孔４１に向けて引き回さなければならない。したがって、パワーコンディショナ１０Ｐ内のケーブルの引き回しが複雑になる。このため、ケーブルによって、放熱経路が阻害され（例えば、枠体４０Ｐに形成された放熱用の孔をふさぐ）、放熱効率が低下してしまうことがある。

また、従来のパワーコンディショナ１０Ｐでは、直流電力系のケーブルと交流電力系のケーブルが枠体４０Ｐ内を長く引き回される。このため、各ケーブルが回路基板３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ，３４Ｐに実装された回路素子に対するノイズ源となり、各機能部の性能が低下してしまい、パワーコンディショナ１０Ｐとしての性能が低下してしまうことがある。

また、従来のパワーコンディショナ１０Ｐでは、取手となる凹部４２，４３が枠体４０Ｐに設けられているが、枠体４０Ｐの内側には、各種の回路素子が配置されている。したがって、パワーコンディショナ１０Ｐは重量が数十ｋｇと非常に重い。しかしながら、枠体４０は美観的に樹脂製のものが多いため、取手となる凹部４２，４３には相当な機械的強度が求められる。このため、多くのネジが使われる。また、凹部４２，４３も十分に指がかかる必要があるので、凹部４２，４３の深さが深くなり、パワーコンディショナ１０Ｐが必要以上に大きくなってしまう。

本発明の目的は、放熱効率および信頼性が高く、パワーコンディショナとしての性能が良い小型のパワーコンディショナを提供することにある。

この発明のパワーコンディショナは、放熱部材と、放熱部材の天面に実装された直流電力系の回路基板および交流電力系の回路基板と、放熱部材の天面に設置され、直流電力系の回路基板および交流電力系の回路基板を含む領域を囲むように配置された枠体と、を備える。放熱部材は、直流電力系の回路基板よりも交流電力系の回路基板に近い第１側面と天面とに開口を有する第１開口部と、交流電力系の回路基板よりも直流電力系の回路基板に近い第２側面と天面とに開口を有する第２開口部と、を備える。

この構成では、交流電力系の回路基板に接続するケーブルを第１開口部に挿通し、直流電力系の回路基板に接続するケーブルを第２開口部に挿通することで、装置内（枠体内）でのケーブルの引き回しを簡素化できる。また、第１、第２開口部は装置の側面に開口しているので、取手としても利用することができる。また、第１、第２開口部の位置が回路基板の裏側で、装置の高さ方向において、回路基板上の回路素子と一致しない。これにより、第１、第２開口部に手を入れても、回路素子に接触することを防止できる。

また、この発明のパワーコンディショナでは、放熱部材は、平面視して矩形であり、第１側面と第２側面は対向していることが好ましい。

この構成では、第１開口部と第２開口部が装置の両端に配置されるので、取手として利用しやすい。また、第１開口部に挿通するケーブル（交流電力系のケーブル）と第２開口部に挿通するケーブル（直流電力系のケーブル）の距離を離間できる。

また、この発明のパワーコンディショナでは、第１開口部および第２開口部は、放熱部材の裏面にも開口を有する形状であることが好ましい。

この構成では、第１開口部および第２開口部に挿通するケーブルを装置の裏面に直接引き出すことができる。

この発明によれば、放熱効率および信頼性が高いパワーコンディショナを小型に実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの側面図および側面視した構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの挿通孔の部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置した状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナの分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナの平面図である。 従来のパワーコンディショナを壁に設置した状態を示す斜視図である。 従来のパワーコンディショナの平面図である。

本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの外観斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの平面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの側面図および側面視した構成図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの挿通孔の部分拡大図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナの機能ブロック図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置した状態を示す斜視図である。なお、図１から図５、図７では、パワーコンディショナの蓋の図示を省略している。また、図７における太線はケーブルを示す。

まず、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０の機能ブロックの構成について、図６を参照して説明する。パワーコンディショナ１０は、ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１、ＡＣラインフィルタＦ３３２、システムコントローラＦ３４を備える。ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２が本発明の直流電力系の回路部に相当する。双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１、ＡＣラインフィルタＦ３３２が本発明の交流電力系の回路部に相当する。

ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、および双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１は、ＨＶＤＣ（高圧直流）バスに接続されている。ＡＣラインフィルタＦ３３２は、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１と商用電源の系統との間に接続されている。ＰＶコンバータＦ３１は、光発電パネル９１に接続されている。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２は、蓄電池９２に接続されている。なお、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、燃料電池に接続してもよい。また、システムコントローラＦ３４は、ＨＶＤＣバスの電圧をモニタしながら、ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１の動作を制御する。

このような回路構成からなるパワーコンディショナ１０は、図１から図５に示す構造からなる。

パワーコンディショナ１０は、放熱部材２０、回路基板３１，３２，３３，３４、および枠体４０を備える。

放熱部材２０は、主板２１、放熱フィン２２、および脚部２２Ｅｄを備える。主板２１、放熱フィン２２、および脚部２２Ｅｄは一体形成されている。放熱部材２０は、熱伝導率の高い材料からなる。例えば、放熱部材２０の材料は、アルミニウムＡｌを主成分とする合金である。

主板２１は、平面視して矩形である。主板２１の天面２１１は平坦である。主板２１の底面２１２には、複数の放熱フィン２２および脚部２２Ｅｄが形成されている。複数の放熱フィン２２および脚部２２Ｅｄは、主板２１における互いに対向する第１側面２１３および第２側面２１４に平行に延びる形状である。複数の放熱フィン２２は、主板における天面２１１、底面２１２、第１側面２１３、および第２側面２１４に直交し、互いに対向する第３側面２１５および第４側面２１６に沿って間隔をおいて配置されている。

二つの脚部２２Ｅｄは、複数の放熱フィン２２の配列方向の両端に、それぞれ配置されている。二つの脚部２２Ｅｄにおける放熱フィン２２と反対側の側面は、第１側面２１３および第２側面２１４とそれぞれ面一になっている。脚部２２Ｅｄの幅は、放熱フィン２２の幅よりも広い。

放熱部材２０には、第１挿通孔２３および第２挿通孔２４が設けられている。この第１挿通孔２３が本発明の「第１開口部」に相当し、第２挿通孔２４が本発明の「第２開口部」に相当する。

第１挿通孔２３は、平面視して第１側面２１３側の脚部２２Ｅｄの領域内に設けられている。第１挿通孔２３は、互いに挿通する孔２３１，２３２からなる。孔２３１は、天面２１１に開口している。孔２３２は、第１側面２１３に開口している。この構成により、第１挿通孔２３は、放熱部材２０の天面２１１に一方の開口を有し、途中で略直角に曲がり、第１側面２１３に他方の開口を有する貫通孔である。さらに、第１挿通孔２３は、底面２１２側（脚部２２Ｅｄにおける主板２１と反対側の面）にも開口している。

第２挿通孔２４は、平面視して第２側面２１４側の脚部２２Ｅｄの領域内に設けられている。第２挿通孔２４は、互いに挿通する孔２４１，２４２からなる。孔２４１は、天面２１１に開口している。孔２４２は、第２側面２１４に開口している。この構成により、第２挿通孔２４は、放熱部材２０の天面２１１に一方の開口を有し、途中で略直角に曲がり、第２側面２１４に他方の開口を有する貫通孔である。さらに、第２挿通孔２４は、底面２１２側（脚部２２Ｅｄにおける主板２１と反対側の面）にも開口している。

回路基板３１，３２，３３，３４は、放熱部材２０における主板２１の天面２１１に実装されている。回路基板３１には、ＰＶコンバータＦ３１を構成する回路素子およびコネクタ３１１が実装されている。回路基板３２には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２を構成する回路素子およびコネクタ３２１が実装されている。回路基板３３には、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１およびＡＣラインフィルタＦ３３２を構成する回路素子およびコネクタ３３１が実装されている。回路基板３４には、システムコントローラＦ３４を構成する回路素子が実装されている。

回路基板３１，３２は、第１側面２１３よりも第２側面２１４に近い位置、言い換えれば、第１挿通孔２３よりも第２挿通孔２４に近い位置に配置されている。回路基板３３，３４は、第２側面２１４よりも第１側面２１３に近い位置、言い換えれば第２挿通孔２４よりも、第１挿通孔２３に近い位置に配置されている。

枠体４０は、放熱部材２０の天面２１１側に設置されている。枠体４０には、図示していないが、放熱用のスリットが複数設けられている。枠体４０は、放熱部材２０の第１、第２、第３、第４側面２１３，２１４，２１５，２１６に沿って配置されている。すなわち、枠体４０は、回路基板３１，３２，３３，３４を内部に含むように配置されている。枠体４０における放熱部材２０と反対側の開口は、図示しない蓋によって覆われている。この際、蓋の内側に絶縁性の保護シートを配置するとよい。この際、保護シートは、透光性が低く、コネクタのみが露出する形状であると、作業性および安全性から好ましい。

このような構成からなるパワーコンディショナ１０は、図７に示すように、放熱部材２０が壁Ｗａｌｌ側となり、第３側面２１５が天面、第４側面２１６が底面となるにように、壁Ｗａｌｌに固定される。このような固定構成とする場合、作業者は、第１挿通孔２３および第２挿通孔２４を取手として利用することができる。これにより、パワーコンディショナ１０を壁Ｗａｌｌの所望の位置まで容易に持ち上げて配置、固定することができる。この際、第１挿通孔２３および第２挿通孔２４は、パワーコンディショナ１０の厚み方向において、回路基板３１，３２，３３，３４よりも下側に配置されている。そして、作業者の手は、パワーコンディショナ１０の底面側から第１挿通孔２３および第２挿通孔２４に入れられる。したがって、第１挿通孔２３および第２挿通孔２４に作業者の手が入っても、回路基板３１，３２，３３，３４に触れない。これにより、パワーコンディショナ１０の固定作業時に生じる信頼性の低下を防止できる。

また、図７に示すように、パワーコンディショナ１０では、回路基板３１のコネクタ３１１に接続されるケーブル、および、回路基板３２のコネクタ３２１に接続されるケーブルは、これらの回路基板に近い第２挿通孔２４を介して外部に引き出される。また、回路基板３３のコネクタ３３１に接続されるケーブル、および、回路基板３４のコネクタ３４１に接続されるケーブルは、これらの回路基板に近い第１挿通孔２３を介して外部に引き出される。これにより、ケーブルを複雑に配線することなく、簡素な引き回しで外部にケーブルを引き出すことができる。したがって、ケーブルが枠体４０の放熱用のスリットを塞ぐことを抑制でき、放熱効率の低下を抑制できる。

また、パワーコンディショナ１０では、直流電力系の回路基板３１，３２からのケーブルと交流電力系の回路基板３３からのケーブルが別の挿通孔が外部に引き出されるので、ノイズによるパワーコンディショナ１０の性能の低下を抑制することができる。なお、システムコントローラＦ３４は、電力系ではないものの、入出力信号が交流信号、矩形波信号であり、ＨＶＤＣバスにリップル成分が誘導されることによる誤動作の可能性があるので、図７に示すように、回路基板３４は、交流電力系の回路基板３３と同じ第１挿通孔２３からケーブルを引き出すとよい。

また、パワーコンディショナ１０では、取手とケーブルの引き出し用の孔を兼用しているので、それぞれを個別に形成する場合と比較して、簡素な構成で小型にパワーコンディショナを実現することができる。

また、パワーコンディショナ１０では、第１、第２挿通孔２３，２４が放熱部材２０の底面２１２側にも開口している。この構成により、パワーコンディショナ１０を平面して外部にはみ出すことなく、ケーブルを壁Ｗａｌｌ側に引き回すこともできる。

なお、上述の各図に示したように、各回路基板のコネクタは、それぞれのコネクタに接続されるケーブルが挿通する挿通孔に近い位置で回路基板に実装されているとよい。これにより、ケーブルの引き回しをさらに簡素且つ短くでき、放熱効率の向上、性能低下の抑制の効果がさらに得られる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナについて、図を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナの分解斜視図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係るパワーコンディショナの平面図である。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０Ａは、第１の実施形態に係るパワーコンディショナ１０に対して、放熱部材２０Ａの形状において異なる。パワーコンディショナ１０Ａにおける他の部分は、パワーコンディショナ１０と同じであり、説明は省略する。

放熱部材２０Ａは、放熱部材２０に対して、第３挿通孔２５、第４挿通孔２６を追加した構成である。放熱部材２０Ａの他の構成は、放熱部材２０と同じであり、説明は省略する。

図８、図９に示すように、第３挿通孔２５は、平面視して第１側面２１３側の脚部２２Ｅｄの領域内に設けられている。第３挿通孔２５は、互いに挿通する孔２５１，２５２からなる。孔２５１は、天面２１１に開口している。孔２５２は、第４側面２１６に開口している。この構成により、第３挿通孔２５は、放熱部材２０Ａの天面２１１に一方の開口を有し、途中で略直角に曲がり、第４側面２１６に他方の開口を有する貫通孔である。さらに、第３挿通孔２５は、底面２１２側（脚部２２Ｅｄにおける主板２１と反対側の面）にも開口している。

図８、図９に示すように、第４挿通孔２６は、平面視して第２側面２１４側の脚部２２Ｅｄの領域内に設けられている。第４挿通孔２６は、互いに挿通する孔２６１，２６２からなる。孔２６１は、天面２１１に開口している。孔２６２は、第４側面２１６に開口している。この構成により、第４挿通孔２６は、放熱部材２０Ａの天面２１１に一方の開口を有し、途中で略直角に曲がり、第４側面２１６に他方の開口を有する貫通孔である。さらに、第４挿通孔２６は、底面２１２側（脚部２２Ｅｄにおける主板２１と反対側の面）にも開口している。

この構成により、パワーコンディショナ１０Ａは、第１挿通孔２３と第２挿通孔２４が開口する側面と異なる側面に開口する第３挿通孔２５と第４挿通孔２６を備える。これにより、取手として利用可能な孔を増やし、パワーコンディショナ１０Ａの持ち易さ、接地し易さが改善される。

例えば、パワーコンディショナ１０Ａを箱から取り出すときには、第１挿通孔２３と第２挿通孔２４を用いて、箱からパワーコンディショナ１０Ａを引き出す。そして、パワーコンディショナ１０Ａを壁に設置するときには、第１挿通孔２３と第３挿通孔２５を第１の作業者が把持し、第２挿通孔２４と第４挿通孔２６を第２の作業者が把持する。これにより、パワーコンディショナ１０Ａの箱出し、設置を安定して容易に行うことが可能になる。特に、パワーコンディショナ１０Ａのように、第３挿通孔２５と第４挿通孔２６が同じ側面に開口していることによって、この開口面側を底面側として設置する際に支えやすく、重量が大きなパワーコンディショナ１０Ａであっても安定して設置することができる。

また、第３挿通孔２５が第１挿通孔２３に近接していることにより、第１の実施形態で第１挿通孔２３から引き出した配線を、第３挿通孔２５からも引き出すことができ、配線の引き回しの自由度が向上する。同様に、第４挿通孔２６が第２挿通孔２４に近接していることにより、第１の実施形態で第２挿通孔２４から引き出した配線を、第４挿通孔２６からも引き出すことができ、配線の引き回しの自由度が向上する。

１０，１０Ａ，１０Ｐ：パワーコンディショナ
２０，２０Ａ：放熱部材
２１：主板
２２：放熱フィン
２２Ｅｄ：脚部
２３：第１挿通孔
２４：第２挿通孔
２５：第３挿通孔
２６：第４挿通孔
３１，３２，３３，３４，３１Ｐ，３２Ｐ，３３Ｐ，３４Ｐ：回路基板
４０，４０Ｐ：枠体
４１：貫通孔
４２，４３：凹部
９１：光発電パネル
９２：蓄電池
２１１：天面
２１２：底面
２１３：第１側面
２１４：第２側面
２１５：第３側面
２１６：第４側面
３１１，３２１，３３１：コネクタ
Ｆ３１：ＰＶコンバータ
Ｆ３２：双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｆ３３１：双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ
Ｆ３３２：ＡＣラインフィルタ
Ｆ３４：システムコントローラ

Claims (3)

1. 放熱部材と、
   前記放熱部材の天面に実装された直流電力系の回路基板および交流電力系の回路基板と、
   前記放熱部材の天面に設置され、前記直流電力系の回路基板および前記交流電力系の回路基板を含む領域を囲むように配置された枠体と、を備え、
   前記放熱部材は、
   前記直流電力系の回路基板よりも前記交流電力系の回路基板に近い第１側面と前記天面とに開口を有する第１開口部と、
   前記交流電力系の回路基板よりも前記直流電力系の回路基板に近い第２側面と前記天面とに開口を有する第２開口部と、を備える、
   パワーコンディショナ。
2. 前記放熱部材は、平面視して矩形であり、
   前記第１側面と前記第２側面は、対向している、
   請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記第１開口部および前記第２開口部は、前記放熱部材の裏面にも開口を有する形状である、
   請求項１または請求項２に記載のパワーコンディショナ。

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