JP6384797B2 - 電力変換装置および電力変換システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に電力変換装置および電力変換システムに関し、より詳細には直流電源から供給される直流電力を電力変換して電気負荷に出力する電力変換装置、およびこれを用いた電力変換システムに関する。

従来、車両に搭載されたバッテリから家屋に電力を供給する電力変換装置が提供されている（例えば日本国特許番号４７８１４２５参照）。この種の電力変換装置は、バッテリの出力を系統電源に連系させ電気負荷に電力を供給する電力変換部を備える。

電力変換部の電力変換効率は、出力電力値の大きさによって変動し、出力電力値が比較的小さい領域では電力変換効率が低かった。従来の電力変換装置は、電気負荷の消費電力値に関わらず電力変換部から電力を出力させるため、電気負荷の消費電力値が低い場合に電力変換効率が低下する可能性があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、電力変換効率の向上を図った電力変換装置、およびこれを用いた電力変換システムを提供することにある。

本発明の電力変換装置（１０）は、複数の変換ユニット（１１）、予測部（１２）および制御部（１３）を備える。複数の変換ユニット（１１）は、第１の電路（３０）と第２の電路（４０）との間に設けられ、前記第１の電路（３０）を介して直流電源（３１）から供給される直流電力を所定の電力に変換し前記第２の電路（４０）を介してその変換した電力を電気負荷（５）に出力するように構成される。予測部（１２）は、所定期間（Ｔ１）における前記電気負荷（５）の消費電力値のうち最も低い値を最低電力値として予測するように構成される。制御部（１３）は、前記所定期間（Ｔ１）において、前記複数の変換ユニット（１１）のうち、前記最低電力値を出力するために必要な最少数の変換ユニット（１１）で構成される電力変換部（１１０）を稼働させることで、前記電力変換部（１１０）を構成する前記最少数の変換ユニット（１１）の出力電力を合わせた電力を前記電気負荷（５）に供給させるように構成される。また、前記制御部（１３）は、前記電力変換部（１１０）を構成する前記最少数の変換ユニット（１１）を、前記複数の変換ユニット（１１）の中の最少数の何れかに順に切り替えるように構成されている。

本発明の電力変換システムは、上記の電力変換装置（１０）と、前記電気負荷（５）の消費電力値を前記電力変換装置（１０）に出力するように構成される値出力部（２１）とを備える。

以上説明したように、本発明では、電力変換効率の向上を図ることができるという効果がある。

図面は本教示に従って一又は複数の実施例を示すが、限定するものではなく例に過ぎない。図面において、同様の符号は同じか類似の要素を指す。
実施形態１における電力変換装置、電力変換システムのブロック構成図である。 実施形態１における電力変換特性のグラフ図である。 実施形態１における電力変換装置が行う処理のフローチャート図である。 実施形態１における電力変換装置が行う処理のフローチャート図である。 実施形態１における電気負荷の消費電力値の変動を示すグラフ図である。 実施形態１における電気負荷の消費電力値の変動を示すグラフ図である。 実施形態１における電気負荷の消費電力値の変動を示すグラフ図である。 実施形態２における電力変換装置、電力変換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１）
図１に、本実施形態の電力変換装置１０と、それを備える電力変換システム１のブロック構成図を示す。本実施形態の電力変換装置１０は、車両３に搭載された蓄電池３１の直流電力を、電力変換し、系統電源６と連系しながら電気負荷５にその電力変換で得られる電力を供給するように構成されるＶ２Ｈ（Vehicle to Home）システムに用いられる。一般にこの種の電力変換装置１０は、電気料金が比較的安い深夜電力を用いて蓄電池３１を充電し、深夜よりも電気料金が高い日中などに蓄電池３１を放電させることで電気料金の低下を図る。

本実施形態の電力変換装置１０は、複数の変換ユニット１１、予測部１２および制御部１３を備える。複数の変換ユニット１１は、第１の電路３０と第２の電路４０との間に設けられ、第１の電路３０を介して蓄電池３１（直流電源）から供給される直流電力を所定の電力に変換し第２の電路４０を介してその変換した電力を電気負荷５に出力するように構成される。電気負荷５は、ゼロよりも大きい可変の消費電力で動作することになることが望ましい。第１の例において、電気負荷５が複数の電気機器を含む場合、複数の電気機器の少なくとも一部（例えば冷蔵庫など）が常時ないしは通常動作することが望ましい。この第１の例では、電気負荷５は、ゼロよりも大きい可変の消費電力で動作し得る。第２の例において、電気負荷５が１つの電気機器を含む場合、その１つの電気機器は、当該電気機器の消費電力が第１の消費電力とその第１の消費電力よりも小さくゼロよりも大きい第２の消費電力との間で変化する機能を有することが望ましい。その機能例は、通常運転モードと待機モードの切替機能、および通常運転モードと省エネ運転モードの切替機能などを含む。この第２の例でも、電気負荷５は、ゼロよりも大きい可変の消費電力で動作し得る。

予測部１２は、所定の期間Ｔ１における電気負荷５の消費電力値のうち最も低い値を最低電力値Ｗ１として予測するように構成される。つまり、予測部１２は、所定の期間Ｔ１における電気負荷５の最低消費電力値を求め、その最低消費電力値を予測値としての最低電力値Ｗ１に使用するように構成される。制御部１３は、所定の期間Ｔ１において、複数の変換ユニット１１のうち、最低電力値Ｗ１を出力するために必要な最少数Ｘ１の変換ユニット１１で構成される電力変換部１１０を稼働させる（一方で、残りの変換ユニット１１を不作動にする）ことで、電力変換部１１０の出力電力（最少数Ｘ１の変換ユニット１１の出力電力を合わせた電力）を電気負荷５に供給させるように構成される。また、制御部１３は、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えるように構成されている。

このように、本実施形態の電力変換装置１０は、電力変換部１１０の出力電力（最少数Ｘ１の変換ユニット１１の出力電力を合わせた電力）を電気負荷５に供給させるので、電力変換効率が比較的高い領域で電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を稼働させることができ、蓄電池３１の電力を有効活用することができる。

また、制御部１３は、上記電力変換部１１０としての現在の電力変換部１１０を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかで構成される異なる電力変換部１１０に、その異なる電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）がその現在の電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）と一致しないように、切り替えることが望ましい。この場合、現在の電力変換部１１０が複数の変換ユニット１１のうちの２以上の変換ユニット１１で構成される場合、制御部１３は、現在の電力変換部１１０を異なる電力変換部１１０に、その異なる電力変換部１１０の一部がその現在の電力変換部１１０の一部と一致するように、切り替えることが望ましい。

また、制御部１３は、所定の期間Ｔ１内において、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えることが望ましい。

また、制御部１３は、所定の期間Ｔ１内において、複数の変換ユニット１１それぞれの稼働時間が互いに均等となるように、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えることが望ましい。

また、電力変換システム１は、上記の電力変換装置１０と、電気負荷５の消費電力値を電力変換装置１０に出力するように構成される値出力部２１とを備える。

以下に、本実施形態の電力変換装置１０と、それを備えた電力変換システム１の構成について詳細に説明する。

複数の変換ユニット１１のそれぞれは、第１の電路３０を介して、例えば電気自動車（Electric Vehicle）に搭載された蓄電池３１（直流電源）に電気的に接続され、第２の電路４０を介して家の中に設けられた分電盤４に電気的に接続されている。つまり、各変換ユニット１１は、第１の電路３０を介して直流電源と電気的に接続される電源側端子と、第２の電路４０（および分電盤４）を介して電気負荷５の側に電気的に接続される負荷側端子とを有している。図１の例では、複数の変換ユニット１１の複数の電源側端子（詳しくは正極端子）は、互いに電気的に接続されている一方、複数の変換ユニット１１の複数の負荷側端子は、個別にセレクタ１６に電気的に接続されている。そして、各変換ユニット１１は、蓄電池３１から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電源６（商用電源）と連系しながら、分電盤４を介して電気負荷５にその交流電力を出力（供給）するように構成される。本実施形態では、複数の変換ユニット１１の各々は、複数の変換ユニット１１の一部が電気負荷５の可変の消費電力における下限の消費電力を供給できる出力電力値の上限を持つ。複数の変換ユニット１１の一部が１個の変換ユニット１１である場合、複数の変換ユニット１１の各出力電力の上限は、電気負荷５の可変の消費電力における下限の消費電力よりも大きい。複数の変換ユニット１１の一部がｎ個（２またはそれ以上）の変換ユニット１１である場合、ｎ−１個の変換ユニット１１の出力電力の上限は、電気負荷５の可変の消費電力における下限の消費電力よりも小さく、ｎ個の変換ユニット１１の出力電力の上限は、電気負荷５の可変の消費電力における下限の消費電力よりも大きい。例えば、電力変換装置１０は、６つの変換ユニット１１を備えており、各変換ユニット１１の出力電力値の上限は２ｋＷである。なお、各変換ユニット１１の出力電力値の上限は２ｋＷに限定しない。また、各変換ユニット１１を区別する場合、変換ユニット１１１，１１２，…，１１６という。なお、各変換ユニット１１は、双方向の電力変換が可能であり、系統電源６から供給される電力（例えば交流電力）を直流電力に変換し、その直流電力を蓄電池３１に供給することで、蓄電池３１を充電することもできる。

また、電力変換部１１０は、制御部１３によって選択された１乃至複数の変換ユニット１１で動的に構成される。なお、図１に示す例では、変換ユニット１１１，１１２の負荷側端子がセレクタ１６および第２の電路４０などを介して電気負荷５に電気的に接続されることにより（図１の実線参照）、変換ユニット１１１，１１２で電力変換部１１０が構成されている。詳しくは、制御部１３は、所定の期間Ｔ１において、複数の変換ユニット１１のうち、最低電力値Ｗ１を出力するために必要な最少数Ｘ１を求め、セレクタ１６を通じて最少数Ｘ１の変換ユニット１１で構成される電力変換部１１０に切り替え、電力変換部１１０を電気負荷５の側に接続する。このように、電力変換装置１０は、電力変換部１１０の出力電力を受けるように構成されるセレクタ１６を備えている。セレクタ１６は、電力変換部１１０を構成する１乃至複数の変換ユニット１１の出力電力を足し合わせ、第２の電路４０を介して電気負荷５に電力を出力する。図１において、電力変換部１１０を構成しない変換ユニット１１１の破線の各々は、セレクタ１６の内部スイッチによりセレクタ１６に実質的に接続されていないことを示す。換言すると、電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１１の各々は、セレクタ１６の内部スイッチによりセレクタ１６に実質的に接続され、セレクタ１６の内部で共通の出力端子に接続される。

ここで、変換ユニット１１の電力変換効率（入力電力に対する出力電力の割合）は、出力電力の大きさによって変動する。図２に、出力電力値に対する電力変換効率特性のグラフ図を示す。なお、図２中の実線Ｌ１は、本実施形態の変換ユニット１１の電力変換特性であり、図２中の破線Ｌ２は、出力電力値の上限が６ｋＷの変換ユニットの電力変換特性である。図２に示すように、電力変換効率は、出力電力値が比較的大きい領域では比較的高い値を維持しているのに対し、出力電力値が比較的小さい領域では出力電力値が小さくなるにつれて電力変換効率が低下する。また、出力電力値の上限が６ｋＷの変換ユニットは、上限が２ｋＷである本実施形態の変換ユニット１１に比べて、出力電力値が比較的小さい領域における電力変換効率が低い。例えば、出力電力値が１０００Ｗである場合において、上限が６ｋＷの変換ユニットの電力変換効率Ｘ２は、上限が２ｋＷである本実施形態の変換ユニット１１の電力変換効率Ｘ１よりも低い値となる。

本実施形態の電力変換装置１０は、変換ユニット１１の出力電力値の上限である２ｋＷよりも大きい電力を電気負荷５に供給する場合、複数の変換ユニット１１で電力変換部１１０を構成する。これにより、電力変換部１１０を構成する複数の変換ユニット１１の出力電力が合わされるので、２ｋＷよりも大きい電力を電気負荷５に供給することができる。

電力変換装置１０は、屋内に設けられたＨＥＭＳ（Home Energy Management System）のコントローラ２と通信する通信インターフェースで構成された第１の通信部１４を備えている。コントローラ２は、値出力部２１および通信部２２を備えている。通信部２２は、電力変換装置１０の第１の通信部１４と通信する通信インターフェースで構成されている。なお、通信部２２と第１の通信部１４との通信方式は限定せず、通信部２２と第１の通信部１４とが有線接続された構成であってもよいし、無線接続された構成であってもよい。また、分電盤４には、電気負荷５の消費電力値を計測する電力計測部４１が設けられている。値出力部２１は、電力計測部４１が計測した消費電力値を、通信部２２を用いて電力変換装置１０に出力するように構成される。

予測部１２は、電気負荷５の消費電力値を取得し、予測によって所定の期間Ｔ１における電気負荷５の消費電力値のうち最も低い値を最低電力値Ｗ１として求める。最低電力値Ｗ１は、主に電気負荷５の待機電力値によって決定され、電気負荷５の消費電力値における過去の履歴に基づいて予測することができる。予測部１２は、例えば前日における電気負荷５の消費電力値の履歴、１週間前における電気負荷５の消費電力値の履歴などに基づいた予測によって、将来の期間Ｔ１における最低電力値Ｗ１を求める。そして、予測部１２は、求めた最低電力値Ｗ１を制御部１３に出力する。なお、期間Ｔ１は、１日の中の所定期間であり、本実施形態では１日のうち電気料金が夜間よりも高い日中等において蓄電池３１の放電を許可する期間（例えば、７：３０〜２１：３０）に設定されている。なお、期間Ｔ１は上記の期間に限定せず、深夜料金の時間が含まれていてもよいし、朝と夕方に分けられた期間であってもよい。

さらに、予測部１２は、電気負荷５の消費電力値の過去の履歴に基づいた予測によって、期間Ｔ１に対する、電気負荷５の消費電力値が最低電力値Ｗ１である期間Ｔ２の比率Ｒ１を求め、その比率Ｒ１を制御部１３に出力する。なお、電気負荷５が待機状態であっても消費電力値は多少増減するので、この影響を除外するために期間Ｔ２は、電気負荷５の消費電力値が最低電力値Ｗ１から、最低電力値Ｗ１よりも所定電力値（例えば１００Ｗなど）大きい電力値までの範囲である期間とする。

制御部１３は、予測部１２が求めた最低電力値Ｗ１を出力するために必要な最少数Ｘ１の変換ユニット１１を複数の変換ユニット１１の中から選択する。そして、制御部１３によって選択された最少数Ｘ１の変換ユニット１１で電力変換部１１０が構成される。なお、図１に示す例では、最低電力値Ｗ１から求められる変換ユニット１１の最少数Ｘ１は「２」であり、変換ユニット１１１，１１２で電力変換部１１０を構成している。そして、制御部１３は、電力変換部１１０を稼働させ、電力変換部１１０の出力電力（最少数Ｘ１の変換ユニット１１の出力電力を合わせた電力）を電気負荷５に供給させる。さらに、制御部１３は、期間Ｔ１内において、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替える。例えば、制御部１３は、電力変換部１１０（変換ユニット１１１，１１２）を、新たな電力変換部１１０としての変換ユニット１１３，１１４に切り替える。そして、制御部１３は、その新たな電力変換部１１０の出力電力（変換ユニット１１３，１１４の出力電力を合わせた電力）を電気負荷５に供給させる。

また、コントローラ２は、ユーザが車両３の走行計画を入力することができる入力部２３を備えている。走行計画とは、車両３の出発予定時刻、帰宅予定時刻、走行予定距離などの情報、すなわち、いつからいつまで、どれぐらいの距離を走行するかという走行予定情報を示している。ユーザは、車両３を使用する予定がある場合、入力部２３を用いてコントローラ２に走行計画を入力する。そして、コントローラ２は、入力された走行計画を、通信部２２を用いて電力変換装置１０に出力する。制御部１３は、第１の通信部１４を介して走行計画を取得する。

さらに、本実施形態の電力変換装置１０は、車両３と通信する通信インターフェースで構成された第２の通信部１５を備え、車両３は、第２の通信部１５と通信する通信インターフェースで構成された通信部３２を備える。車両３は、蓄電池３１の残容量値Ｗ２を、通信部３２を用いて電力変換装置１０に伝送する。そして、制御部１３は、第２の通信部１５を介して蓄電池３１の残容量値Ｗ２を受信する。なお、通信部３２と第２の通信部１５との通信方式は限定せず、通信部３２と第２の通信部１５とが有線接続された構成であってもよいし、無線接続された構成であってもよい。

また、本実施形態の電力変換システム１は、上記の電力変換装置１０と、値出力部２１を備えるコントローラ２とで構成されている。

次に、図３および４に示すフローチャートを用いて、本実施形態の電力変換装置１０が行う処理について説明する。

図３に示すように、電力変換装置１０の稼働を開始させるための開始操作が行われると、電力変換装置１０は、まず動作モードが設定されているか否かの確認を行う（Ｓ１）。なお、動作モードは、後述する「経済優先モード」および「通常モード」から選択される。そして、電力変換装置１０は、設定された動作モードが「経済優先モード」であるか「通常モード」であるかの確認を行う（Ｓ２）。電力変換装置１０は、「経済優先モード」が設定された場合、経済優先処理を実行し（Ｓ３）、「通常モード」が設定された場合、通常処理を実行する（Ｓ１６）。

まず、図４に示すフローチャートを用いて、経済優先処理について説明する。制御部１３は、現在の時刻が期間Ｔ１内であるか否かを確認する（Ｓ４）。そして、現在の時刻が期間Ｔ１に属する場合、制御部１３は、最低電力値Ｗ１、比率Ｒ１、走行計画および蓄電池３１の残容量値Ｗ２を取得する（Ｓ５）。一方、現在の時刻が期間Ｔ１に属していない場合、制御部１３は電力変換部１１０を停止させ、蓄電池３１の放電は行わない（Ｓ１３）。

制御部１３は、ステップＳ５において最低電力値Ｗ１、比率Ｒ１、走行計画および蓄電池３１の残容量値Ｗ２を取得した後、蓄電池３１の残容量値Ｗ２と容量閾値Ｗ３とを比較する（Ｓ６）。制御部１３は、蓄電池３１の残容量値Ｗ２が容量閾値Ｗ３以上である場合、走行計画の内容に基づいて蓄電池３１の放電の可否を判断する（Ｓ７）。容量閾値Ｗ３は、蓄電池３１の放電の可否を暫定的に示す閾値であり、本実施形態では、残容量値Ｗ２が容量閾値Ｗ３以上である場合、最終的な放電の可否が種々の設定に応じて判断される。例えば、走行計画がない場合、走行予定距離が短い場合、出発予定時刻までに蓄電池３１を十分に充電できる場合など、蓄電池３１を放電しても次回の車両３の走行に必要な電力を確保することができる場合、制御部１３は、蓄電池３１の放電を可能と判断する。そして、制御部１３は、蓄電池３１の放電を可能と判断した場合、比率Ｒ１と比率閾値Ｒ２とを比較する（Ｓ８）。一方、蓄電池３１の残容量値Ｗ２が容量閾値Ｗ３未満である場合、または走行計画の内容に基づいて蓄電池３１の放電が不可であると判断した場合、制御部１３は電力変換部１１０を停止させ、蓄電池３１の放電は行わない（Ｓ１３）。

ステップＳ８において、制御部１３は、比率Ｒ１が比率閾値Ｒ２以上である場合、最低電力値Ｗ１に基づいて変換ユニット１１の最少数Ｘ１を求め、求めた最少数Ｘ１の変換ユニット１１で電力変換部１１０を構成する（Ｓ９）。そして、制御部１３は、電力変換部１１０を稼働させる（Ｓ１０）。これにより、電力変換部１１０の出力電力（最少数Ｘ１の変換ユニット１１の出力電力が合わされた電力）が電気負荷５に供給される。一方、ステップＳ８において、制御部１３は、比率Ｒ１が比率閾値Ｒ２未満である場合、後述する「通常処理」を行う（Ｓ１４）。

制御部１３は、ステップＳ１０において電力変換部１１０を稼働させた後、現在稼働中の１ないし複数の変換ユニット１１が稼働を開始してからの経過時間Ｔ３と、時間閾値Ｔ４とを比較する（Ｓ１１）。そして、制御部１３は、経過時間Ｔ３が時間閾値Ｔ４に達するまで、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）の稼働を継続する。なお、時間閾値Ｔ４は、電力変換装置１０が備える複数の変換ユニット１１の個数をＸ２、電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１の個数をＸ１、蓄電池３１の放電を許可する期間をＴ１とした場合、
Ｔ４＝Ｔ１／（Ｘ２／Ｘ１）
で求められる。

例えば、期間Ｔ１が１２時間、変換ユニット１１の個数Ｘ２が６つ、最少数Ｘ１が２つである場合、時間閾値Ｔ４は、４時間となり、期間Ｔ１内において各変換ユニット１１の稼働時間が互いに均等となる。なお、時間閾値Ｔ４は、上記とは異なる設定方法によって、期間Ｔ１内において各変換ユニット１１の稼働時間が互いに均等となるように設定されていてもよい。また、時間閾値Ｔ４は、期間Ｔ１内において各変換ユニット１１の稼働時間が必ずしも互いに均等となるように設定される必要はなく、例えば１時間、２時間など固定の期間であってもよい。また、時間閾値Ｔ４は、期間Ｔ１内において、同一の変換ユニット１１が複数回稼働するように設定されていてもよい。

そして、制御部１３は、経過時間Ｔ３が時間閾値Ｔ４に達すると、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに切り替えて新たな電力変換部１１０を構成し、新たな電力変換部１１０の出力電力（切り替え後の変換ユニット１１の出力電力が合わされた電力）が電気負荷５に供給される（Ｓ１２）。ここで、制御部１３は、現在の電力変換部１１０を新たな電力変換部１１０に新たな電力変換部１１０が現在の電力変換部１１０と一致しないように切り替える。新たな電力変換部１１０が現在の電力変換部１１０と完全に一致しない例として、変換ユニット１１１，１１２で現在の電力変換部１１０を構成している場合、現在の電力変換部１１０が変換ユニット１１３，１１４に切り替えられ、その新たな電力変換部１１０の出力電力（変換ユニット１１３，１１４の出力電力が合わされた電力）が電気負荷５に供給される。

そして、電力変換装置１０の稼働を終了させる終了操作が行われたか否かを確認する（Ｓ１５、図３参照）。終了操作が行われた場合、電力変換装置１０の稼働が終了する。一方、終了操作が行われていない場合、ステップＳ１に戻る。

次に、通常処理について説明する。

ステップＳ１において通常モードが選択された場合、またはステップＳ８において、比率Ｒ１が比率閾値Ｒ２未満である場合、通常処理が行われる（Ｓ１４，Ｓ１６）。上述したように経済優先処理では、最低電力値Ｗ１に基づいた最少数Ｘ１の変換ユニット１１が稼働するのに対し、通常処理では、すべての変換ユニット１１が稼働される。すなわち、本実施形態では、６つの変換ユニット１１すべてが稼働され、６つの変換ユニット１１の出力電力が合わされた電力が電気負荷５に供給される。

次に、図５〜７に示す電気負荷５の消費電力値における予測変動パターンのグラフ図を用いて、上述した「経済優先処理」および「通常処理」について説明する。なお、ここでは期間Ｔ１が７：３０〜２１：３０（１４時間）に設定されており、ステップＳ１において経済優先モードが設定され、蓄電池３１の残容量値Ｗ２が容量閾値Ｗ３以上であり、かつ走行計画がない場合とする。また、比率閾値Ｒ２が２５％に設定されているとする。

図５に示す例では、電気負荷５の消費電力値が最低電力値Ｗ１となる期間Ｔ２が７：３０〜１５：００までの７．５時間であるので、比率Ｒ１が５３％（＝７．５／１４）となる。また、図６に示す例では、電気負荷５の消費電力値が最低電力値Ｗ１となる期間Ｔ２が１０：００〜１５：００までの５時間であるので、比率Ｒ１が３５％（＝５／１４）となる。したがって、図５および６に示す例では、比率Ｒ１が比率閾値Ｒ２（２５％）以上であるので、最少数Ｘ１の変換ユニット１１で電力変換部１１０が構成される。そして、期間Ｔ１の間は電力変換部１１０の出力電力（最少数Ｘ１の変換ユニット１１の出力電力が合わされた電力）が電気負荷５に供給される。さらに、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）は、期間Ｔ１内において、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えられる。

このように、本実施形態の電力変換装置１０は、最低電力値Ｗ１を出力するために必要な最少数Ｘ１の変換ユニット１１で構成される電力変換部１１０を稼働させる。したがって、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）は、電力変換効率が比較的高い領域で常に稼働することとなるので、電力変換効率の向上が図られ、蓄電池３１の電力を有効活用することができる。また、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）は、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えられるので、各変換ユニット１１の累積稼働時間が平均化され、電力変換装置１０の長寿命化を図ることができる。

なお、本実施形態では、期間Ｔ１内は最少数Ｘ１の変換ユニット１１のみを稼働させるように構成している。しかし、電気負荷５の消費電力値が最低電力値Ｗ１よりも大きい時間において、電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１の個数を増加してもよい。

一方、図７に示す例では、電気負荷５の消費電力値が最低電力値Ｗ１となる期間Ｔ２が９：００〜１２：００までの３時間であるので、比率Ｒ１が２１％（＝３／１４）となる。したがって、図７に示す例では、比率Ｒ１が比率閾値Ｒ２（２５％）未満であるので、通常処理が行われ、期間Ｔ１の間はすべての変換ユニット１１が稼働され、すべての変換ユニット１１の出力電力が合わされた電力が電気負荷５に供給される。ここで、比率Ｒ１が比率閾値Ｒ２未満であるということは、例えばユーザの在宅時間が長く電気負荷５が使用されている期間が長いことを示している。このような場合は、電気負荷５の消費電力値が比較的大きくなるので、全ての変換ユニット１１を稼働させた場合であっても、電力変換効率が比較的高い領域で稼働させることができ、さらに、電気負荷５への電力供給量も大きくなる。したがって、通常処理を行った場合であっても蓄電池３１の電力を有効活用することができる。

なお、本実施形態では、２つの変換ユニット１１で電力変換部１１０を構成する例を用いて説明したが、２つに限定せず、最少数Ｘ１が１つまたは３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、現在の電力変換部１１０が異なる電力変換部１１０に、その異なる電力変換部１１０がその現在の電力変換部１１０と一致しないように、切り替えられる。したがって、各変換ユニット１１の連続稼働時間が短縮され、各変換ユニット１１の温度上昇を抑制することができるので、各変換ユニット１１の長寿命化を図ることができる。

また、現在の電力変換部１１０が複数の変換ユニット１１で構成される場合、制御部１３は、現在の電力変換部１１０を異なる電力変換部１１０に、その異なる電力変換部１１０の一部がその現在の電力変換部１１０の一部と一致するように、切り替える構成でもよい。例えば、最少数Ｘ１が「４」であり、変換ユニット１１１〜１１４で電力変換部１１０を構成している場合、制御部１３は、その電力変換部１１０を変換ユニット１１３〜１１６に切り替えて異なる電力変換部１１０を構成する。このように構成することによって、変換ユニット１１の切り替えタイミングにおいて、一部の変換ユニット１１の稼働を継続させることができ、電気負荷５への電力供給が途切れることを防止することができる。

さらにまた、本実施形態では、期間Ｔ１内において電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えている。これにより、各変換ユニット１１の連続稼働時間が短縮され、各変換ユニット１１の温度上昇を抑制することができるので、各変換ユニット１１の長寿命化を図ることができる。なお、各変換ユニット１１の切り替えタイミングは、上記に限定せず、例えば、制御部１３は、１日ごとに電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えるように構成してもよい。これにより、各変換ユニット１１が停止している状態で各変換ユニット１１を切り替えることができるので、各変換ユニット１１の切り替えを容易に行うことができる。

さらに本実施形態では、期間Ｔ１内において複数の変換ユニット１１それぞれの稼働時間が互いに均等となるように電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに順に切り替えている。これにより、各変換ユニット１１の累積稼働時間が均等化されるので、電力変換装置１０の長寿命化を図ることができる。

なお、本実施形態では、電気自動車に搭載された蓄電池３１を直流電源として用いているが、燃料電池自動車（Fuel Cell Vehicle）に搭載された燃料電池を直流電源として用いてもよい。また、電力変換装置１０は、Ｖ２Ｈシステムの使用に限定せず、定置型の蓄電池、燃料電池などを直流電源として用いてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の電力変換装置１０およびそれを備える電力変換システム１のブロック構成図を図８に示す。

本実施形態の電力変換装置１０は、実施形態１の電力変換装置１０の構成に加えて、温度検出部１７を備えている。なお、実施形態１の電力変換装置１０と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態１では、現在稼働中の変換ユニット１１が稼働を開始してからの経過時間Ｔ３が、時間閾値Ｔ４以上となった場合に、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに切り替える（図４のステップＳ１１，Ｓ１２参照）。一方、本実施形態では、現在稼働中の変換ユニット１１の温度が温度閾値以上となった場合に、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに切り替える。

温度検出部１７は、変換ユニット１１それぞれの温度を検出し、検出結果を制御部１３に出力するように構成される。なお、温度検出部１７は、各変換ユニット１１の温度を直接測定する構成であってもよいし、各変換ユニット１１の周囲温度を測定し、この周囲温度に基づいて各変換ユニット１１の温度を算出する構成であってもよい。

制御部１３は、電力変換部１１０を構成している最少数Ｘ１の変換ユニット１１の温度と温度閾値とを比較する。そして、最少数Ｘ１の変換ユニット１１の温度が温度閾値以上である場合に、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに切り替える。本実施形態では、制御部１３は、ステップＳ１０（図４参照）において電力変換部１１０を稼働させた後、現在稼働中の変換ユニット１１の温度と温度閾値とを比較する。そして、制御部１３は、稼働中の変換ユニット１１の温度が温度閾値に達するまで、稼働中の電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１の稼働を継続する。稼働中の変換ユニット１１の温度が温度閾値以上となった場合、制御部１３は、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を、複数の変換ユニット１１の中の最少数Ｘ１の何れかに切り替える。なお、経済優先処理における他の処理は、実施形態１で説明したステップＳ４〜Ｓ１０、Ｓ１２〜Ｓ１４の処理と同一であるので説明を省略する。

このように、本実施形態では、制御部１３は、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）の温度が温度閾値以上である場合、電力変換部１１０を別の電力変換部１１０に切り替える。これにより、電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１の出力電力が上限付近となる場合であっても、変換ユニット１１が高温となる前に切り替えることができるので、各変換ユニット１１の長寿命化を図ることができる。また、電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１の出力電力が低い場合は、変換ユニット１１の温度が温度閾値に達するまでの時間が長くなるので、変換ユニット１１の切り替え間隔も長くなり、各変換ユニット１１の長寿命化を図ることができる。

また、電力変換部１１０を構成する変換ユニット１１の出力電力が低い場合、変換ユニット１１の連続稼働時間が経過しても変換ユニット１１の温度が閾値温度に達しない可能性がある。そこで、制御部１３は、変換ユニット１１が稼働を開始してからの経過時間Ｔ３が時間閾値Ｔ４に達すると、変換ユニット１１を切り替えるように構成してもよい。これにより、各変換ユニット１１の連続稼働時間の長時間化が防止され、さらに各変換ユニット１１の累積稼働時間も平均化され、電力変換装置１０の長寿命化を図ることができる。

さらにまた、経過時間Ｔ３は、連続時間に限定せず、非連続の積算時間であってもよい。例えば、経過時間Ｔ３が時間閾値Ｔ４に達する前に期間Ｔ１が終了した場合、経過時間Ｔ３のカウントを一時停止する。そして、制御部１３は、電力変換部１１０（最少数Ｘ１の変換ユニット１１）を切り替えないで翌日に継続し、翌日に期間Ｔ１の開始時に経過時間Ｔ３のカウントを再開する。これにより、各変換ユニット１１の切り替え回数が低減し、各変換ユニット１１の長寿命化を図ることができる。

上記の最良の形態および/または他の実施例であると考えられるものについて説明したが、種々の改変がなされてもよく、本明細書で開示される主題は種々の形態および実施例で実施されてもよく、そしてそれらは多数のアプリケーションに適用されてもよいものであり、その最適の幾つかが本明細書に記載されている。以下の特許請求の範囲によって、本教示の真の範囲内に入る任意およびすべての修正および変形を請求するものである。

Claims (9)

1. 第１の電路と第２の電路との間に設けられ、前記第１の電路を介して直流電源から供給される直流電力を所定の電力に変換し前記第２の電路を介してその変換した電力を電気負荷に出力するように構成される複数の変換ユニットと、
   所定期間における前記電気負荷の消費電力値のうち最も低い値を最低電力値として予測するように構成される予測部と、
   前記所定期間において、前記複数の変換ユニットのうち、前記最低電力値を出力するために必要な最少数の変換ユニットで構成される電力変換部を稼働させることで、前記電力変換部を構成する前記最少数の変換ユニットの出力電力を合わせた電力を前記電気負荷に供給させるように構成される制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電力変換部を構成する前記最少数の変換ユニットを、前記複数の変換ユニットの中の最少数の何れかに順に切り替えるように構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記電力変換部としての現在の電力変換部を、複数の変換ユニット１１の中の最少数の何れかで構成される異なる電力変換部に、その異なる電力変換部がその現在の電力変換部と一致しないように、切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記現在の電力変換部は、前記複数の変換ユニットのうちの２以上の変換ユニットで構成され、
   前記制御部は、前記現在の電力変換部を前記異なる電力変換部に、その異なる電力変換部の一部がその現在の電力変換部の一部と一致するように、切り替える
   ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記所定期間内において、前記電力変換部を、前記複数の変換ユニットの中の最少数の何れかに順に切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記所定期間内において前記複数の変換ユニットそれぞれの稼働時間が互いに均等となるように前記電力変換部を、前記複数の変換ユニットの中の最少数の何れかに順に切り替える
   ことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記電力変換部を構成する前記変換ユニットの温度が温度閾値以上である場合、前記変換ユニットを、前記複数の変換ユニットの中の最少数の何れかに切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電気負荷は、ゼロよりも大きい可変の消費電力で動作することになることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記複数の変換ユニットの各々は、前記複数の変換ユニットの一部が前記電気負荷の可変の消費電力における下限の消費電力を供給できる出力電力値の上限を持つことを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
9. 請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の電力変換装置と、
   前記電気負荷の消費電力値を前記電力変換装置に出力するように構成される値出力部とを備える
   ことを特徴とする電力変換システム。
   

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