JP6308453B2

JP6308453B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6308453B2
Application number: JP2014001875A
Authority: JP
Inventors: 慶三西川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: JP2015130767A

Description

本発明は、太陽電池、蓄電池などの外部電源が接続される電力変換装置に関するものである。

従来、複数の太陽電池モジュールを外部電源として用いた電力供給システムでは、太陽電池モジュールと分電盤との間に、接続箱とパワーコンディショナが設けられている（例えば、特許文献１参照）。接続箱は、各太陽電池モジュールの出力の集電を担う。パワーコンディショナは、太陽電池モジュールの出力をインバータ回路に適した直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回路および、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の直流出力を交流に変換するインバータ回路を備える。

特開２０１２−１６８６９９号公報

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路には、比較的大きな電流が流れ、比較的高い電圧が印加されるので、電流容量および耐電圧を確保する必要がある。しかし、プリント基板に電子部品を実装してＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成する場合、電流容量および耐電圧の確保が困難であった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流容量および耐電圧を確保することができる電力変換装置を提供することにある。

本発明の電力変換装置は、直流と直流との間で電力変換する電力変換回路の一部を構成する第１の電子部品と、前記第１の電子部品が実装される第１の導電板と、前記電力変換回路に接続される端子台が形成された第２の導電板と、前記第１の導電板および前記第２の導電板と一体に形成された樹脂からなる構造体とを備える成形品と、前記電力変換回路のうち前記第１の電子部品を除く残りの第２の電子部品が実装されたプリント基板と、を備えることを特徴とする。

この電力変換装置において、前記端子台として、直流電力の発電と蓄電との少なくとも一方を行う外部電源が接続される第１の端子台と、外部機器が接続される第２の端子台とが設けられ、前記第１の端子台と前記電力変換回路との間に電気的に接続された開閉器を備えることが好ましい。

この電力変換装置において、前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に電気的に接続された雑音防止用のフィルタを備えることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、電力変換回路を構成する電子部品が第１の導電板に実装され、端子台が第２の導電板に形成されるので、電流容量および耐電圧を確保することができるという効果がある。

本発明の実施形態における電力変換装置の要部の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。本発明の実施形態における電力変換装置を組み込んだＤＣ接続箱の外観正面図である。本発明の実施形態における電力変換装置の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施形態における電力変換装置の要部の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施形態における電力変換装置の要部の縦断面図である。本発明の実施形態における電力供給システムのブロック構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の電力変換装置１は、例えば太陽電池モジュール１０を外部電源とした電力供給システムに用いられる（図６参照）。この電力供給システムは、太陽電池モジュール１０と、ＤＣ接続箱１１と、インバータ回路１２とを備える。そして、ＤＣ接続箱１１に設けられた電力変換装置１が備える電力変換回路２０（ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）と、ＤＣ接続箱１１の外部に設けられたインバータ回路１２とを用いて、太陽電池モジュール１０が発電する直流電力を変換して系統出力、自立出力に出力する。

各太陽電池モジュール１０の出力は、ＤＣ接続箱１１に接続される。ＤＣ接続箱１１は、太陽電池モジュール１０の個数に応じた個数の電力変換装置１を備えており、１つの電力変換装置１に対して１つの太陽電池モジュール１０が接続される。なお、図６に示す電力供給システムの例では、２つの太陽電池モジュール１０と、２つの電力変換装置１とを図示している。電力変換装置１は、ＤＣ接続箱１１に収納されており、太陽電池モジュール１０の直流出力を、インバータ回路１２に適した直流電力に変換する電力変換回路２０（ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）を備えている。また、ＤＣ接続箱１１は、各電力変換装置１の出力を集電する接続部１１１を備えており、各電力変換装置１の出力が１つにまとめられて、インバータ回路１２に出力される。インバータ回路１２は、ＤＣ接続箱１１の出力を交流電力に変換して、商用電源系統と連系させる系統出力と、負荷を自立運転させる自立出力とに出力する。

以下に、本実施形態の電力変換装置１の構成について、図１〜図５を用いて説明する。本実施形態の電力変換装置１は、電子部品２と、第１の導電板３と、第２の導電板４と、構造体５とを備える。電子部品２は、電力変換回路２０を構成する。第１の導電板３は、電子部品２が実装される。第２の導電板４は、電力変換回路２０に接続される第１の端子台４１と第２の端子台４２が形成される。構造体５は、第１の導電板３および第２の導電板４と一体に形成された樹脂で構成される。

図２に示すように、本実施形態の電力変換装置１は、ＤＣ接続箱１１の筐体１１０内に１列に並べて配置されており、各電力変換装置１の出力がバスバー１１２を介して接続部１１１に接続される。つまり、電力変換装置１は、ＤＣ接続箱１１の内器として扱われる。

図３（ａ）に電力変換装置１の外観正面図、図３（ｂ）に電力変換装置１の外観側面図、図３（ｃ）に電力変換装置１の外観下面図を示す。電力変換装置１は、直方体状のケース６を備えており、このケース６の内部に電力変換回路２０が設けられる。

図４（ａ）に電力変換装置１のケース６を取り外した状態の外観正面図、図４（ｂ）に電力変換装置１のケース６を取り外した状態の外観側面図を示す。ケース６の内部には、矩形板状のプリント基板７と、プリント基板７の背面側に配置された矩形板状のインサート成形品８とが収納されており、プリント基板７とインサート成形品８とに実装された電子部品２で電力変換回路２０を構成している。

プリント基板７は、前面に複数の電解コンデンサ２１１を含む複数の電子部品２が実装され、背面にはスイッチングモジュール２２とスイッチングモジュール２２に接触するように設けられたヒートシンク２３が実装されている。ヒートシンク２３は、放熱部がケース６から露出するように構成されており、スイッチングモジュール２２の放熱性を向上させる。

図１（ａ）にインサート成形品８の正面図、図１（ｂ）にインサート成形品８の背面図を示す。インサート成形品８は、樹脂からなる構造体５によって第１の導電板３と第２の導電板４とがインサート成型されることで構成されている。

第１の導電板３は、同一平面上に配置された複数の金属板で構成されており、電力変換回路２０を構成する複数の電子部品２を電気的に接続する。電子部品２の一例として、電解コンデンサ２１１、フィルムコンデンサ２１２、セラミックコンデンサ２１３、昇圧コイル２４、インダクタ２５、雑音防止用（ノーマルモードノイズ低減用）のフィルタ２６等が第１の導電板３に実装されている。これらの電子部品２は、溶接、はんだ付け、かしめ等によって、第１の導電板３の背面側に実装されている。

また、第１の導電板３の一部が曲げ起こされることによって、構造体５から突出した複数の端子３１が形成されており、この端子３１がプリント基板７にはんだ付けされる（図５参照）。これにより、プリント基板７に実装された電子部品２と、第１の導電板３に実装された電子部品２とが電気的に接続され、電力変換回路２０が構成される。なお、プリント基板７および第１の導電板３には、上記以外の電子部品２（例えば、抵抗、ダイオードなど）も実装されている。

第２の導電板４は、同一平面上に配置された５つの金属板で構成されており、それぞれの一部が構造体５の長手方向の端部から突出することで第１の端子台４１および第２の端子台４２を形成している。第１の端子台４１は、１列に並んで設けられたネジ止め式の一対の端子４１１で構成されており、電力変換回路２０の入力端子として機能し、ケーブル（図示なし）を介して太陽電池モジュール１０が接続される。第２の端子台４２は、１列に並んで設けられたネジ止め式の３つの端子４２１で構成されている。第２の端子台４２が備える３つの端子４２１のうち２つの端子４２１が電力変換回路２０の出力端子として機能し、接続部１１１を介して、外部機器であるインバータ回路１２（図６参照）に接続され、残りの１つの端子４２１がアース端子として機能し、アース接地される。

また、第１の導電板３と第２の導電板４（第１の端子台４１，第２の端子台４２）との間に電気的に接続された雑音防止用（コモンモードノイズ低減用）のフィルタ２７１，２７２が設けられている。電力変換回路２０の入力端子として機能する第１の端子台４１の各端子４１１と、第１の導電板３と間には、フェライトに導電線が巻かれたコイル状の２極フィルタ２７１が橋渡しするように接続されている。また、電力変換回路２０の出力端子およびアース端子として機能する第２の端子台４２の各端子４２１と、第１の導電板３との間には、フェライトに導電線が巻かれたコイル状の３極フィルタ２７２が橋渡しするように接続されている。

また、本実施形態の電力変換装置１は、第１の端子台４１と電力変換回路２０との間に電気的に接続された開閉器２８を備える。具体的には、開閉器２８は、フィルタ２７１の後段において第１の導電板３に実装されており、ハンドル操作によって電力変換回路２０の入力経路の導通または遮断を行う。なお、開閉器２８は、漏電ブレーカとしての機能を備えていてもよい。

このように、本実施形態の電力変換装置１は、電力変換回路２０の一部を構成する電子部品２が実装された第１の導電板３と、第１，第２の端子台４１，４２が形成された第２の導電板４とが構造体５によるインサート成型によって一体に形成されている。第１，第２の導電板３，４は、金属板で構成されているので、プリント基板の配線に比べて小さいスペースで電流容量および耐電圧を確保することができ、放熱性も向上する。したがって、電力変換回路２０をプリント基板のみで構成する場合に比べて電力変換装置１を小型化することができる。また、第１，第２の導電板３，４は、樹脂からなる構造体５にインサート成型されているので、絶縁距離を自由に設定することができ、絶縁性も容易に確保することができる。

また、本実施形態では、フィルタ２７１，２７２を用いて、第１の導電板３と第２の導電板４（第１，第２の端子台４１，４２）とを電気的に接続するように構成されている。したがって、第１，第２の端子台４１，４２と電力変換回路２０を接続するケーブル、コネクタなどが不要となり、部品点数を削減することができる。さらに、図５に示すように、第１の導電板３と第２の導電板４とで厚みが互いに異なるように構成することができ、電流容量、耐電圧を容易に設計することができる。本実施形態では、第１の導電板３の厚みｔ１を１ｍｍに形成し、第２の導電板４の厚みｔ２を２ｍｍに形成している。

なお、本実施形態の電力変換装置１に接続される外部電源は、太陽電池モジュール１０に限定しない。外部電源は、直流電力の発電と蓄電との少なくとも一方を行う構成であればよく、例えば蓄電池で構成されていてもよい。また、電力変換装置１の出力に接続される外部機器は、インバータ回路１２に限定しない。例えば、外部機器は、直流電力によって駆動する直流機器で構成されていてもよい。

１電力変換装置
２電子部品
２０電力変換回路
２７１，２７２フィルタ
２８開閉器
３第１の導電板
４第２の導電板
４１第１の端子台
４２第２の端子台
５構造体

Claims

直流と直流との間で電力変換する電力変換回路の一部を構成する第１の電子部品と、前記第１の電子部品が実装される第１の導電板と、前記電力変換回路に接続される端子台が形成された第２の導電板と、前記第１の導電板および前記第２の導電板と一体に形成された樹脂からなる構造体とを備える成形品と、
前記電力変換回路のうち前記第１の電子部品を除く残りの第２の電子部品が実装されたプリント基板と、
を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
前記端子台として、直流電力の発電と蓄電との少なくとも一方を行う外部電源が接続される第１の端子台と、外部機器が接続される第２の端子台とが設けられ、
前記第１の端子台と前記電力変換回路との間に電気的に接続された開閉器を備える
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に電気的に接続された雑音防止用のフィルタを備える
ことを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。