JP6846597B2 - コンバータ装置および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置等の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置当該蓄電装置電力変
換装置の接続に介されるコンバータ装置に関する。

筐体内に太陽電池が発電する直流電力を入力として昇圧回路で昇圧し、商用電力系統と同
期した所定の交流電力にインバータ回路で変換し、この変換された交流電力を商用電力系
統へ重畳可能とする電力変換回路を収容する太陽光発電システム等と接続される電力変換
装置が知られている。

さらに、こうした電力変換装置においては、太陽光発電システムから供給される直流電
力の他、リチウム電池等からなる蓄電装置と接続され、そこから供給される直流電力を適
宜交流電力に変換し利用するものが知られている（特許文献１）。

特開２０１５−２２８７３３号公報

電力変換装置が、太陽光発電システムや蓄電装置と接続される場合には、こうした直流電
源からの直流電力を所定の電圧等に変換制御するためのコンバータ装置（ＤＣ／ＤＣコン
バータ）を介して所定の配線で接続される。こうした電力変換装置やコンバータ装置等は
、設置のためのスペース等の関係から屋内屋外を問わず設置される可能性があるため、機
器同士の距離が一定であることは少なく、寧ろ、機器の設置位置はその設置場所の環境に
大きく依存することとなる。

そのため、電力変換装置とコンバータ装置との接続のための配線（ケーブル）の長さがど
れくらい必要となるのか、実際に設置作業者が現地で確認するまでは判然としないため、
長さが足りないことがないように長めの配線を用意し、現地で必要な長さ分だけ切断する
作業が生ずる。機器同士を接続する当該配線を適正な長さに処理することはある程度熟練
の作業者を要し、また、後で設置位置を離したい場合には再度配線をその長さに切断し再
接続の作業が必要となってしまう。

また、そもそも機器内における接続部がコネクタによる場合、配線を必要な長さ分に切断
して使用することは作業的に極めて煩雑となるため配線の長さを設置環境に応じて適切な
ものとすることが極めて困難である。

本発明は、以上の点に鑑み、本発明に係るコンバータ装置は、直流電源から出力される直
流電力を所望の電圧の直流電力に変換し、変換した直流電力を交流電力に変換する電力変
換装置へと配線を介して出力するコンバータと、前記コンバータを収容するための筐体と
、を備え、前記筐体は、前記コンバータが収容される第１空間と、前記配線が収容される
第２空間とを隔てる壁部を有することを特徴とする。
また、本発明に係る電力変換装置は、直流電源から出力される直流電力を所望の電圧の直
流電力に変換するコンバータ装置と配線によって接続され、前記コンバータ装置から出力
された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを収容するための筐
体と、を備え、前記筐体は、前記インバータが収容される第１空間と、前記配線が収容さ
れる第２空間とを隔てる壁部を有することを特徴とする。

本発明によれば、機器同士を接続するに際し、配線の長さ調節の作業の負担が減るため作
業時間の短縮、コスト安に資する。また、設置後、機器の設置位置を変更する場合にもあ
る程度柔軟に対応することができる上、再接続作業等を発生させることが減るため、配線
の無駄を減らすことができる。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の正面斜視図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の蓋体を開けたときの本体内の各部の配置を示す説明用正面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置に係る発電配線システムの概略図である。 本発明の実施形態に係るコンバータ装置の蓋体を開けたときの本体内の各部の配置を示す説明用正面図である。 本発明の実施形態に係るコンバータ装置において配線を収容した様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一つとして、太陽光などの再生可能エネルギーから得られる直
流電力リチウム電池等からなる蓄電装置からの直流電源を商用電力系統と同期した所定の
交流電力に変換する電力変換回路が筐体内に収容される電力変換装置について、図面に基
づき説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る電力変換装置１は、再生可能エ
ネルギーから得られる直流電力蓄電装置からの直流電源を商用電力系統ＧＲＩＤへ重畳可
能な交流に変換する電力変換回路ＩＮＶを構成する電気部品が筐体２内に収容されている
。筐体２は、金属製の本体３と金属製の蓋体４によって構成し、本体３は、鋼板の一方の
面がカラー塗装されたカラー鋼板で構成され、カラー塗装された面を外側として、背壁３
Ｅの周縁端部に上壁３Ａ、下壁３Ｂ、左壁３Ｃ、右壁３Ｄで形成する周囲壁３Ｓで囲まれ
た前面開口３Ｆを有する矩形状の箱を構成する。蓋体４は、鋼板の一方の面がカラー塗装
されたカラー鋼板で構成され、カラー塗装された面を外側とし、本体３の前面開口３Ｆを
塞ぐように取り付けネジによって本体３に着脱自在に取り付ける。本体３と蓋体４との間
は、周囲壁３Ｓを巡るように取り付けたパッキン５で液密状態に保たれる。

図３は、再生可能エネルギーの発電部として太陽電池ＰＶを採用する場合の電力変換装
置１において、太陽電池ＰＶがＰＶ１〜ＰＶ４の４系統である場合の単相二線式の電力変
換回路ＩＮＶの概略図である。電力変換回路ＩＮＶの一つの系統である太陽電池ＰＶ１の
第１系統の回路を例に挙げて、太陽電池の出力する直流電力を交流電力に変換する構成に
ついて説明する。

太陽電池ＰＶ１で発電した直流電力は、開閉器ＳＷ及びノイズフィルタ回路ＮＦ１を経て
昇圧回路ＢＳに供給される。昇圧回路ＢＳは、直流用リアクトルＤＣＬ、スイッチング素
子Ｓ１、ダイオードＤＤ、コンデンサＣＤからなるチョッパ回路により構成され、スイッ
チング素子Ｓ１を所定の周波数でＯＮ／ＯＦＦすることにより、入力された直流電力の電
圧を所定の電圧に昇圧する。昇圧回路ＢＳで昇圧した電力は、中間バス２０を介してイン
バータ回路ＤＡへ出力される。

また、案内パイプ９を通して配線される蓄電装置ＥＳからの電力供給配線が接続される第
３端子１２が配置される。図３に示すとおり、蓄電装置ＥＳとの電力配線は、筐体２内に
おいて第３端子１２に接続され、昇圧回路ＢＳとインバータ回路ＤＡとの間に位置する中
間バス２０を介してインバータ回路ＤＡ等へ接続される。蓄電装置ＥＳと中間バス２０と
の間には、コンバータ装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１６が設けられ、さらに、コンバー
タ回路１６と中間バス２０との間に第２ノイズフィルタ回路１８が設けられる。当該案内
パイプ９を通して第３端子１２と図４に示すコンバータ装置３０のコンバータ第１端子３
２とが配線（ケーブル）により接続される。

インバータ回路ＤＡは、複数のスイッチング素子Ｓ２をフルブリッジ接続した回路であり
、これらのスイッチング素子Ｓ２をＰＷＭ制御により周期的にＯＮ／ＯＦＦすることによ
り、直流電力を商用電力系統ＧＲＩＤの周波数に同期する疑似正弦波の交流電力に変換す
る。この変換された交流電力は、交流リアクトルＡＣＬ及びコンデンサＣＡからなるノイ
ズフィルタ回路ＮＦ２にて高周波成分を減衰させる。高周波成分が減衰された交流電力は
、リレー接点ＲＹを介して商用電力系統ＧＲＩＤへ重畳される。

制御回路ＰＣは、マイコン等からなり、昇圧回路ＢＳのスイッチング素子Ｓ１やインバー
タ回路ＤＡのスイッチング素子Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦ動作の制御を行う。また、太陽光発電
システムまたは蓄電装置ＥＳといった直流供給切替のためのスイッチング回路等を適宜備
える。

建物内の電気負荷６は、商用電力系統ＧＲＩＤと電力変換装置１で作られた電力のいずれ
かで稼働する仕組みであり、その詳細は省略している。昇圧回路ＢＳ、直流・交流変換回
路ＤＡ及びリレー接点ＲＹは、制御回路ＣＰによって動作が制御される構成である。なお
、上記発電配線システムにおいて、商用電力系統ＧＲＩＤが単相三線式（ＵＯＷ）の場合
は、直流・交流変換回路ＤＡ以降の回路を単相三線式（ＵＯＷ）とすることにて対応でき
る。

本体３内にはインバータとしての電力変換回路ＩＮＶが収容されている。図２は蓋体４
を取り外した状態の本体３の周囲壁３Ｓの内側に電気回路部品の配置状態を示す正面図で
あり、本体３内に収容している電力変換回路ＩＮＶが、太陽電池ＰＶ１〜ＰＶ４の４系統
の場合の電気回路部品で構成されたものである。
図２視において、本体３内の下方左側の領域は太陽電池ＰＶ１〜ＰＶ４からの直流入力
の配線領域３Ｑであり、本体３内の右隅の領域は電力変換回路ＩＮＶから出力される交流
出力の配線領域３Ｒである。

図２に示すとおり、配線領域３Ｑは、図２視における筐体２の下方左端の位置に設けら
れており、直流入力配線接続のための第１端子８を備える。第１端子８は、太陽電池ＰＶ
１〜ＰＶ４の４系統にそれぞれ対応する４個の直流入力配線の接続端子部８Ａ〜８Ｄを備
えており、本体３の下壁に貫通形成した直流入力配線導入孔に取り付けた案内パイプ７Ａ
、７Ｂを通して配線される。

配線領域３Ｑの上方に配置した第１基板ＰＣ１には、主として、電力変換回路ＩＮＶの入
力側の電気回路部品が取り付けられる。

一方、配線領域３Ｒの上方に配置した第２基板ＰＣ２には、主として、電力変換回路Ｉ
ＮＶの出力側の電気回路部品が取り付けられている。第１基板ＰＣ１と第２基板ＰＣ２と
の間の領域に第３基板ＰＣ３が配置されている。第３基板ＰＣ３には、主として、昇圧回
路ＢＳ及びインバータ回路ＤＡの電気回路部品が配置される。このため第３基板ＰＣ３の
裏側には、太陽電池ＰＶ１〜ＰＶ４の４系統にそれぞれ対応する昇圧回路ＢＳのスイッチ
ング素子Ｓ１、インバータ回路ＤＡのスイッチング素子Ｓ２、及びその他の電気回路部品
が配置され、第３基板ＰＣ３の表側に、昇圧回路ＢＳのコンデンサＣＤ等が配置される。

電力変換回路ＩＮＶは、直流電力を交流電力に変換する際に発熱する発熱部品を有する
。この発熱部品の代表的なものがスイッチング素子Ｓ１及びＳ２である。これら部品は発
熱して高温となるため、その発熱を放散するために、アルミニウム等の熱伝導良好なヒー
トシンクに取り付けられる。ヒートシンクは、第３基板ＰＣ３に対応して本体３の背壁３
Ｅに取り付けられる。ヒートシンクは、平板状の基板部とこの基板部から左右方向に並列
に配置された複数の放熱フィンを有し、本体３の背壁３Ｅに形成した開口を塞ぐように本
体３の背壁３Ｅの外面に基板部が取り付けられ、放熱フィンが後方へ突出し、放熱フィン
間に上下方向の複数の空気通路を形成する。前記発熱部品は基板部の前面に熱伝導的に配
置される。

続いて、図４に基づき、コンバータ装置３０について説明する。コンバータ装置３０は
、筐体３１内にコンバータとしての各種回路及び装置を実装した基盤３３を備えるもので
ある。ここで、コンバータとして各種回路及び装置については、インバータ回路、変圧器
（トランス）、整流回路などであり、一般に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが備える各種回
路及び装置を備えていればよいので、詳細については省略する。

図４視における下方右側には、蓄電装置ＥＳと接続するためのコンバータ第２端子３４
が設けられ、一方、下方左側には、電力変換装置１と接続するコンバータ第１端子３２が
設けられる。また、当該端子の位置付近に筐体３１外部から配線を導入するための導入孔
として、入力側導入孔３６、出力側導入孔３７が筐体３１に貫通形成される。

コンバータ装置３４の筐体３１内部は、図４視において凹字状の壁部３８が形成される
。当該壁部３８によって、コンバータ第１端子３２とコンバータ第２端子３４の直下近傍
、すなわち、図４視における左右両端側が幅広で中央付近が幅狭となるような空間が形成
される。

このように、コンバータ装置３０の筐体３１内は、壁部３８により、図４視における上
下に区分けされることにより、それぞれコンバータが収容される第１空間４０、その下方
位置にあたる第２空間３９とが形成される。当該第２空間３９は、電力変換装置１等との
接続のための配線において余剰分が発生した場合に、その余剰配線を束ねるなどして収容
する空間となる。

図５にて、第２空間３９に配線を収容した様子の一例を示す。余剰配線は、単に丸める
などして第２空間３９内に押し留めておくようにしてもよいが、配線纏め手段としてのピ
ン４２等を設けてもよい。配線纏め手段４２により配線が整然と収容されることによって
、後の作業効率向上や配線の損傷防止に資することとなる。当該配線纏め手段は、図５に
示すようなピン４２に限定されず、例えば、面ファスナー等を利用した結束バンド等であ
ってもよい。また配線纏め手段は、コンバータ第１端子３２コンバータ第２端子３４への
配線導入および接続の邪魔にならないよう、当該コンバータ第１端子３２コンバータ第２
端子３４の直下ないし近傍に設けないようにするのが望ましい。

これまでの説明において、電力変換装置１における第１端子８の位置に対する第２端子
１０第３端子１２の配置位置、第１基板ＰＣ１及び第２基板ＰＣ２の配置は、図２視にお
ける左右入れ替えた状態でもよく、またこれに限らず、筐体２内の電気回路部品の配置は
、上記に限定されない。同様に、コンバータ装置３０におけるコンバータ第１端子３２お
よびコンバータ第２端子３４も図４視における左右入れ替えた状態でもよく、各種回路お
よび装置、これらが実装された基盤等の位置についても第１空間４０内に備えられていれ
ばよく、上記に限定されるものではない。

図２および図４において、電力変換装置１およびコンバータ装置３０における各接続端
子は、配線の芯線をビス留めすることにより固定する端子台として表現しているが、こう
したものに限定される必要はなく、所定のコネクタにより接続するものであってもよい。
接続端子をコネクタにすることで、接続作業の際に、正極および負極を異なる極に接続し
てしまうといった誤接続を防止することができる。これは、電力変換装置１側の第３端子
１２においても同様である。

また、上記においては、配線収容のための第２空間３９をコンバータ装置３０内に形成
しているが、電力変換装置１内に形成するようにしてもよい。具体的には、上記コンバー
タ装置３０における壁部３８などと同様、電力変換装置１の筐体２内を壁部により上下に
区画し、上方側空間に交流変換のための回路等が実装された基盤を配置し、下方側空間を
配線を収容する空間とすればよい。このとき、上記同様、配線纏め手段は適宜備えること
ができる。

１ 電力変換装置
２ 筐体（電力変換装置）
３ 本体
３Ｅ 本体の背壁
４ 蓋体
５ パッキン
８ 第１端子
１０ 第２端子
１２ 第３端子
１６ コンバータ回路
１８ 第２ノイズフィルタ回路
２０ 中間バス
３０ コンバータ装置
３１ 筐体（コンバータ装置）
３８ 壁部
３９ 第２空間

Claims (6)

1. 直流電源から出力される直流電力を所望の電圧の直流電力に変換し、変換した直流電力を
   交流電力に変換する電力変換装置へと配線を介して出力するコンバータと、前記コンバー
   タを収容するための筐体と、を備え、前記筐体は、前記コンバータが収容される第１空間
   と、前記配線の余剰分が収容される第２空間とを隔てる壁部を有することを特徴とするコ
   ンバータ装置。
2. 前記配線は正極線および負極線の一対からなる配線であり、前記正極線および負極線が異
   なる極へ接続されることを規制するコネクタにより前記コンバータの出力側と接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ装置。
3. 前記配線を纏めて収容するための配線纏め手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２
   に記載のコンバータ装置。
4. 直流電源から出力される直流電力を所望の電圧の直流電力に変換するコンバータ装置と配
   線によって接続され、前記コンバータ装置から出力された直流電力を交流電力に変換する
   インバータと、前記インバータを収容するための筐体と、を備え、前記筐体は、前記イン
   バータが収容される第１空間と、前記配線の余剰分が収容される第２空間とを隔てる壁部
   を有することを特徴とする電力変換装置。
5. 前記配線は正極線および負極線の一対からなる配線であり、前記正極線および負極線が異
   なる極へ接続されることを規制するコネクタにより接続されることを特徴とする請求項４
   に記載の電力変換装置。
6. 前記配線を纏めて収容するための配線纏め手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５
   に記載の電力変換装置。

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