JP6362794B2 - パワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、Ｖ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）のパワーコンディショナに関する。

ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）向けのパワーコンディショナは、系統の停電時にＥＶに内蔵したリチウムイオン蓄電池の発生するＤＣ電圧を交流１００Ｖ／２００Ｖに変換し、宅内分電盤に供給する。ＥＶパワーコンディショナは、この供給する交流２００ＶからＥＶパワーコンディショナ自体の電力も得ている。しかしながら、停電時にＥＶ側からの電力供給を受けるまでは、ＥＶパワーコンディショナは内蔵した蓄電池である鉛蓄電池から待機電力を得る。仮に、この鉛蓄電池の容量が１２Ａｈであり、常時動作するＥＶパワーコンディショナの待機電力が２４Ｖ×１Ａ＝２４Ｗとすると、待機動作可能時間は１２Ａｈ／１Ａ＝１２時間である。すなわち、待機動作開始から１２時間経過すると待機動作の継続は困難になる。待機動作の継続が困難になると、ＥＶパワーコンディショナを起動することができず、ＥＶを接続してもＥＶ側からの電力供給を開始することができない。

そのため、従来は、停電を検知すると自動的に機器の起動用回路にのみ通電し、その他の制御回路を停止するスリープモードに移行して待機電力を抑え、停電復帰用スイッチを手動で押すことでスリープモードから復帰する設定としていた。特許文献１には、スリープ状態ではトランジスタでマイコンの電源を遮断することで待機電力を削減する技術が開示されている。

特開２００９−４４８４１号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、スリープ時にも起動用回路への通電は必要である。そのため、起動用回路への通電分の消費電力を削減することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来よりもスリープ時の消費電力が低減されたパワーコンディショナを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、系統電源と外部蓄電池の間に配されるパワーコンディショナであって、内蔵された蓄電池からの電力の供給をオンオフするリレーと、前記リレーを短絡可能であり、エラーリセット信号を出力する二接点スイッチと、を備え、停電発生時には停電発生から時間差で前記リレーを開放することでスリープ状態に移行し、停電復帰時には前記二接点スイッチが前記リレーを短絡することで前記蓄電池からの電力の供給を再開しつつ前記エラーリセット信号を出力することを特徴とする。

本発明にかかるパワーコンディショナは、従来よりもスリープ時の消費電力を低減することができるという効果を奏する。

実施の形態にかかるパワーコンディショナの構成の一例を示す図 実施の形態における停電発生前後の状態の変化を表す状態変位図 実施の形態におけるスリープ解除前後の状態の変化を表す状態変位図

以下に、本発明の実施の形態にかかるパワーコンディショナを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態にかかるパワーコンディショナの構成の一例を示す図である。図１に示すＥＶパワーコンディショナ２は、宅内分電盤１と、パワーコンディショナの外部蓄電池である電気自動車内蓄電池３とに接続されている。また、宅内分電盤１は系統電源１０に接続され、電気自動車内蓄電池３は電気自動車に搭載されている。

ＥＶパワーコンディショナ２は、停電停止復帰回路２０と、パワーコンディショナの主回路２１とを備える。停電停止復帰回路２０は、ＡＣＤＣ電源２０１と、リレー２０２と、ＤＣＤＣ電源２０３と、蓄電池２０４と、制御基板２０５と、二接点スイッチ２０６と、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであるトランジスタ２０７，２０８と、抵抗素子２０９，２１０，２１１とを備える。制御基板２０５は、停電検知回路２５１と、スリープ信号発生回路２５２と、マイコン２５３とを備える。主回路２１は、宅内分電盤１と電気自動車内蓄電池３とに接続されている。

ＡＣＤＣ電源２０１は、宅内分電盤１からの交流である系統電圧Ｖ_０を入力とし、直流である電池電圧Ｖ_１を出力とする交流直流コンバータである。ＡＣＤＣ電源２０１の出力には逆流防止ダイオード２０１ａが配されている。

リレー２０２は、スイッチ２０２ａ及び励磁コイル２０２ｂを有する。スイッチ２０２ａの一端は逆流防止ダイオード２０１ａのカソードに接続され、スイッチ２０２ａの他端は蓄電池２０４の正極に接続されている。励磁コイル２０２ｂの一端はトランジスタ２０８のコレクタに接続され、励磁コイル２０２ｂの他端は接地されている。

ＤＣＤＣ電源２０３は、ＡＣＤＣ電源２０１からの電池電圧Ｖ_１を入力とし、制御基板電源電圧Ｖ_２を出力とする直流直流コンバータである。

蓄電池２０４は、正極がスイッチ２０２ａの他端に接続され、負極が接地されている。

制御基板２０５は、停電検知回路２５１と、スリープ信号発生回路２５２と、マイコン２５３とを備える。制御基板２０５には制御基板電源電圧Ｖ_２が入力されている。停電検知回路２５１は、停電が発生することで系統電圧Ｖ_０の入力が停止すると、この停電を検知し、停電検知信号を出力する。マイコン２５３は、停電検知信号を入力とし、主回路２１への制御信号を出力とし、スリープ信号発生回路２５２への指令信号を出力する。スリープ信号発生回路２５２は、スリープ指令信号を生成して出力する。

二接点スイッチ２０６は、双極双投、すなわち２回路２接点のスイッチである。スイッチ２０６ａはマイコン２５３に接続された１ｃ接点が、１ａ接点又は１ｂ接点に接続され、１ｂ接点はマイコン２５３に接続されている。スイッチ２０６ｂはスイッチ２０２ａの一端に接続された２ｃ接点が、２ａ接点又は２ｂ接点に接続され、２ｂ接点はスイッチ２０２ａの他端に接続されている。そして、スイッチ２０６ａとスイッチ２０６ｂとは連動する。すなわち、スイッチ２０６ａの１ｃ接点が１ａ接点に接続されるときにはスイッチ２０６ｂの２ｃ接点は２ａ接点に接続され、スイッチ２０６ａの１ｃ接点が１ｂ接点に接続されるときにはスイッチ２０６ｂの２ｃ接点は２ｂ接点に接続される。

トランジスタ２０７のベースはスリープ信号発生回路２５２の出力に接続され、エミッタは逆流防止ダイオード２０１ａのカソードとスイッチ２０６ｂの２ｃ接点との間に接続され、コレクタはトランジスタ２０８のベースに接続されている。

トランジスタ２０８のベースはトランジスタ２０７のコレクタに接続され、エミッタは逆流防止ダイオード２０１ａのカソードとスイッチ２０６ｂの２ｃ接点との間に接続され、コレクタはリレー２０２の励磁コイル２０２ｂに接続されている。

抵抗素子２０９と抵抗素子２１０とは直列に接続されている。抵抗素子２０９の一端は、トランジスタ２０７のエミッタとトランジスタ２０８のエミッタとの間に接続され、抵抗素子２０９の他端は、抵抗素子２１０の一端と、トランジスタ２０７のコレクタと、トランジスタ２０８のベースとに接続されている。抵抗素子２１０の他端は接地されている。

抵抗素子２１１は、トランジスタ２０７のベースとエミッタとの間に接続されている。

ＥＶパワーコンディショナ２の動作について、まず、非停電時の動作について説明する。非停電時、すなわち宅内分電盤１から系統電圧Ｖ_０が出力されているときには、宅内分電盤１から出力された系統電圧Ｖ_０がＡＣＤＣ電源２０１に入力され、ＡＣＤＣ電源２０１からは電池電圧Ｖ_１が出力される。電池電圧Ｖ_１は逆流防止ダイオード２０１ａを介してＤＣＤＣ電源２０３に入力され、ＤＣＤＣ電源２０３からは制御基板電源電圧Ｖ_２が出力される。制御基板電源電圧Ｖ_２は、制御基板２０５に入力される。

抵抗素子２０９の抵抗値をＲ_ａとし、抵抗素子２１０の抵抗値をＲ_ｂとすると、トランジスタ２０８のベースの電圧値Ｖ_２０８ｂは、抵抗素子２０９と抵抗素子２１０とによって分圧された値となり、Ｖ_２０８ｂ＝Ｖ_１×Ｒ_ａ／（Ｒ_ａ＋Ｒ_ｂ）と表される。このベースの電圧値Ｖ_２０８ｂはトランジスタ２０８をオンすることが可能な電圧値である。

スリープ信号発生回路２５２の出力はトランジスタ２０７のベースに入力されるので、非停電時には、スリープ信号発生回路２５２が出力するスリープ指令信号は「オープン」であり、トランジスタ２０７はオフする。

リレー２０２では、励磁コイル２０２ｂが通電するとスイッチ２０２ａがオンして短絡する。そのため、上記したようにトランジスタ２０８がオンすると、リレー２０２の励磁コイル２０２ｂが通電し、スイッチ２０２ａがオンして短絡し、電池電圧Ｖ_１が印加され、蓄電池４が充電される。

非停電時には、系統電圧Ｖ_０は主回路２１にも入力される。制御基板２０５からの制御信号が入力された主回路２１は、系統電圧Ｖ_０を直流に変換してＥＶ電池電圧Ｖ_３を生成して出力する。非停電時には、電気自動車内蓄電池３は、主回路２１から出力されるＥＶ電池電圧Ｖ_３によって充電される。又は、停電時には、主回路２１は、電気自動車内蓄電池３が出力するＥＶ電池電圧Ｖ_３を交流に変換して系統電圧Ｖ_０を生成して出力する。主回路２１から出力された系統電圧Ｖ_０は、宅内分電盤１に供給される。

また、主回路２１は、ＥＶパワーコンディショナ２の異常を検知するとエラー信号を生成して出力する。エラー信号が入力されたマイコン２５３は、ＥＶパワーコンディショナ２の運転を停止し、ＥＶパワーコンディショナ２はエラー停止状態となる。このエラー停止状態において、二接点スイッチ２０６が押下されるとスイッチ２０６ａの１ｃ接点は１ｂ接点に接続されてエラーがリセットされ、すなわち二接点スイッチ２０６がエラーリセット信号を出力することでマイコン２５３はエラー停止状態を解除する。なお、このとき、スイッチ２０６ａと連動してスイッチ２０６ｂの２ｃ接点が２ｂ接点に接続されるので、リレー２０２のスイッチ２０２ａは短絡されることになるが、上記したように、非停電時にはリレー２０２のスイッチ２０２ａはトランジスタ２０８によって既に短絡しているので影響を受けない。

次に、停電発生時におけるスリープ状態への移行動作について説明する。図２は、本実施の形態における停電発生前後の状態の変化を表す状態変位図である。図２に示すように、非停電時には、停電検知信号は非検知であり、スリープ指令信号はオープンであり、トランジスタ２０７はオフしており、トランジスタ２０８はオンしており、リレー２０２はショート、すなわち短絡しており、ＡＣＤＣ電源２０１の出力に相当する逆流防止ダイオード２０１ａのカソード側電圧は電池電圧Ｖ_１である。

停電発生時には、宅内分電盤１からの出力が停止するので、ＡＣＤＣ電源２０１の出力も停止する。しかしながら、停電発生時まではＡＣＤＣ電源２０１から電池電圧Ｖ_１が出力されていたため蓄電池２０４は既に充電されており、また、上記したようにリレー２０２は短絡しているので、蓄電池２０４からは電池電圧Ｖ_１が出力され、電池電圧Ｖ_１がＤＣＤＣ電源２０３に供給される。ＤＣＤＣ電源２０３は、停電発生前と同様に、制御基板電源電圧Ｖ_２を制御基板２０５に供給し続ける。ここで、電気自動車内蓄電池３が接続されていない場合には、制御基板２０５は蓄電池２０４を電源として待機動作を行うので、蓄電池２０４の蓄電量は減少していく。

停電検知回路２５１は停電を検知し、停電検知信号を検知状態として出力する。検知状態の停電検知信号が入力されたマイコン２５３は、ＥＶパワーコンディショナ２を運転停止状態とし、スリープ信号発生回路２５２にスリープ指令信号を「オープン」から「Ｌ」に変化させるべく指令信号を出力する。この指令信号が入力されたスリープ信号発生回路２５２は、スリープ指令信号を「オープン」から「Ｌ」に一時的に変化させる。そして、スリープ指令信号が「オープン」から「Ｌ」に変化すると、トランジスタ２０７が一時的にオンし、抵抗素子２０９の両端電圧が低下し、トランジスタ２０８がオフする。トランジスタ２０８がオフすると、励磁コイル２０２ｂが非通電状態となり、スイッチ２０２ａがオープンし、蓄電池２０４が切り離されてしまい、蓄電池２０４からの電力供給が停止する。これによりＥＶパワーコンディショナ２はスリープ状態に移行し、蓄電池２０４の蓄電量の減少は停止する。このようにしてＥＶパワーコンディショナ２は停電発生時にスリープ状態に移行する。

次に、スリープ解除時の動作説明を行う。図３は、本実施の形態におけるスリープ解除前後の状態の変化を表す状態変位図である。スリープ状態のＥＶパワーコンディショナ２の二接点スイッチ２０６を押下してスイッチ２０６ａの１ｃ接点と１ｂ接点とを接続すると、スイッチ２０６ｂの２ｃ接点と２ｂ接点とが接続される。すると、逆流防止ダイオード２０１ａのカソード側には蓄電池２０４から電池電圧Ｖ_１の電力が供給され、ＤＣＤＣ電源２０３には電池電圧Ｖ_１が供給される。

このように電池電圧Ｖ_１の供給が再開されると、トランジスタ２０８がオンする。このとき、スリープ信号発生回路２５２の出力は「オープン」であるため、トランジスタ２０７はオフしており、トランジスタ２０８の状態には影響しない。上記のようにトランジスタ２０８がオンすると、励磁コイル２０２ｂが通電してスイッチ２０２ａが短絡する。すなわち、リレー２０２がショートする。そのため、二接点スイッチ２０６の押下をやめてスイッチ２０６ｂの２ｂ接点と２ｃ接点とを開放してオープン状態としてもスイッチ２０２ａはオープンせず、ＤＣＤＣ電源２０３は制御基板２０５に制御基板電源電圧Ｖ_２を供給し続ける。

一方で、上記したように二接点スイッチ２０６の押下により１ｂ接点と１ｃ接点とが接続されてエラーリセット信号がマイコン２５３に入力される。これにより、ＥＶパワーコンディショナ２はスリープ状態から起動待機状態に移行する。

従来の構成では、スリープ時であっても起動用回路への通電が必要であった。これに対して手動スイッチを設けることも考えられるが、手動スイッチでは自動的にスリープ状態への移行を行うことができない。そこで、本実施の形態にて説明したように、内蔵された蓄電池２０４からの電力の供給をオンオフするリレー２０２と、リレー２０２を短絡可能であり、エラーリセット信号を出力する二接点スイッチ２０６と、を備える構成とし、停電発生時には停電発生から時間差でリレー２０２を開放することでスリープ状態に移行し、停電復帰時には二接点スイッチ２０６がリレー２０２を短絡することで蓄電池２０４からの電力の供給を再開しつつエラーリセット信号を出力することで、従来よりもスリープ時の消費電力が低減され、自動的にスリープ状態への移行が可能なパワーコンディショナを得ることができる。また、停電発生時のスリープ状態から復帰する信号を入力する二接点スイッチ２０６が、非停電時にエラー停止状態から復帰するスイッチと兼用されており、希にしか起こらない停電時のスリープ状態からの復帰に必要な操作を非停電時のエラー停止からのリセット動作と同じ操作で行うことができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 宅内分電盤、２ ＥＶパワーコンディショナ、３ 電気自動車内蓄電池、１０ 系統電源、２０ 停電停止復帰回路、２１ 主回路、２０１ ＡＣＤＣ電源、２０１ａ 逆流防止ダイオード、２０２ リレー、２０２ａ スイッチ、２０２ｂ 励磁コイル、２０３ ＤＣＤＣ電源、２０４ 蓄電池、２０５ 制御基板、２０６ 二接点スイッチ、２０６ａ，２０６ｂ スイッチ、２０７，２０８ トランジスタ、２０９，２１０，２１１ 抵抗素子、２５１ 停電検知回路、２５２ スリープ信号発生回路、２５３ マイコン。

Claims (4)

1. 系統電源と外部蓄電池の間に配されるパワーコンディショナであって、
   内蔵された蓄電池からの電力の供給をオンオフするリレーと、
   前記リレーを短絡可能であり、エラーリセット信号を出力する二接点スイッチと、を備え、
   停電発生時には停電発生から時間差で前記リレーを開放することでスリープ状態に移行し、停電復帰時には前記二接点スイッチが前記リレーを短絡することで前記蓄電池からの電力の供給を再開しつつ前記エラーリセット信号を出力することを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 系統電源と外部蓄電池の間に配されるパワーコンディショナであって、
   前記外部蓄電池の電力を前記系統電源の系統電圧に変換する主回路と、
   前記系統電圧から内蔵された蓄電池の電池電圧を生成する交流直流コンバータと、
   前記電池電圧から制御基板電源電圧を生成する直流直流コンバータと、
   前記系統電源の停電を検知する停電検知回路と、
   前記停電検知回路が出力する停電検知信号を受け取ってスリープ信号発生回路に指令信号を送信するマイコンと、
   前記スリープ信号発生回路から出力されるスリープ指令信号を受けて、前記内蔵された蓄電池からの電力の供給をオンオフするリレーを駆動する複数のトランジスタ及び抵抗素子と、
   前記リレーを短絡可能であり、エラーリセット信号を出力する二接点スイッチとを備え、
   停電発生時には停電発生から時間差で前記リレーを開放することでスリープ状態に移行し、停電復帰時には前記二接点スイッチが前記リレーを短絡することで前記蓄電池からの電力の供給を再開しつつ前記エラーリセット信号を出力することを特徴とするパワーコンディショナ。
3. 前記リレーは、スイッチ及びこのスイッチを開閉する励磁コイルを備え、
   前記複数のトランジスタ及び前記抵抗素子は、前記停電発生時から遅れて前記励磁コイルへの通電を停止し、
   前記励磁コイルへの通電の停止により前記スイッチが開放されることを特徴とする請求項２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記二接点スイッチが操作されると、
   前記リレーの短絡と連動してエラーリセット信号の出力が行われることで前記スリープ状態から復帰することを特徴とする請求項２に記載のパワーコンディショナ。

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