JP7251908B2 - 充放電装置及び電源切替システム - Google Patents

Description

本発明は、充放電装置及び電源切替システムに関し、さらに詳しくは、状況に応じて電源を切り替える充放電装置、及び状況に応じて電源を切り替える電源切替システムに関する。

地球温暖化や、世界規模で進行する経済産業の発展にともない、エネルギー消費量の削減を目的とする取り組みが重要視されている。このような背景から、太陽光発電システムに代表される分散型の電源システムが普及しつつある（例えば特許文献１乃至３参照）。また、最近では、災害時の非常用電源として、蓄電池を備える分散型の電源システムへの感心が高まっている。

特開２０１１－１７２３３４号公報 特開２００１－８３８０号公報 特開２００６－１５８０８４号公報

上述した電源システムでは、蓄電池に蓄えられた電力を負荷に供給するときに、電力を直流から交流に変換する必要がある。通常、電力の変換は、商用電力系統から供給される電力によって行われるが、商用電力系統の停電時には、電力を変換するために何らかの処置を講ずる必要がある。

また、一般家庭に設置される分散型の電源システムについては、太陽光発電システムを除き、蓄電した電力や発電した電力を商用の電力系統に潮流させることが禁止されている。そのため、停電時に分散型の電源を使用するためには、商用電力系統と家庭内の電力系統とを切り離すなどの対策が必要となる。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、商用電力系統が停電した場合に、家庭内の電力系統と商用電力系統を切り離すとともに、蓄電した電力を確実に負荷に供給することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る充放電装置は、負荷と電気自動車が有するメインバッテリユニットとの間に設けられ、電力系統からメインバッテリユニットへ供給される電力の変換、または、メインバッテリユニットから前記負荷へ供給される電力の変換を行う電力変換手段と、電力変換手段の動作を制御する制御ユニットと、を備えた充放電装置であって、電力変換手段の一次側、かつ、負荷に接続され、制御ユニットからの指示に基づき動作する第１の開閉手段と、制御ユニットに、前記メインバッテリユニットとは異なる、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリ、リチウムイオン電池、汎用の乾電池、携帯用発電機、燃料電池、太陽電池、風力発電機、のいずれかからの電力を供給するための端子口と、を備え、制御ユニットは、電力系統と負荷との間に設けられ制御ユニットから開指示が通知されるまで閉じたままの第２の開閉手段に開指示を通知した上で、電気自動車が有する車両制御ユニットにメインバッテリユニットの連系指示を通知し、メインバッテリユニットが充放電装置に接続されると、電力変換手段を動作させてメインバッテリユニットから負荷へ電力を供給し、制御ユニットは、電力変換手段を動作させる前に第１の開閉手段を閉じるように制御する。

本発明によれば、メインバッテリユニットの電力を負荷へ確実に供給することが可能となる。

実施形態１に係る住宅の電力系統図である。 配電盤のブロック図である。 充放電装置のブロック図である。 電気自動車の制御系を示すブロック図である。 電源切替処理を示すフローチャートである。 電源復旧処理を示すフローチャートである。 実施形態２に係る住宅の電力系統図である。 配電盤のブロック図である。 充放電装置の変形例を説明するための図である。 充放電装置の変形例を説明するための図である。

《実施形態１》
以下、本発明の実施形態１を、図面を用いて説明する。図１は住宅１０の電力系統図である。図１に示されるように、住宅１０には電力会社の電力系統（以下、商用電力系統という）が引き込まれている。そして、当該商用電力系統には、電力量計２０を介して、配電盤３０及び当該配電盤３０に接続された負荷４０からなる家庭内電力系統が接続されている。また、家庭内電力系統には、商用電力系統の停電時に非常用電源として動作する蓄電ユニット４１が接続されている。

負荷４０は、住宅１０で使用される電気機器であり、例えば空調機、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、テレビ、パーソナルコンピュータ等の家電である。負荷４０それぞれは、配電盤３０に接続されている。

図２は、配電盤３０のブロック図である。図２に示されるように、配電盤３０は、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３、複数の分岐ブレーカ３４を備えている。

主幹ブレーカ３１は、商用電力系統と、住宅１０の家庭内電力系統とを分離する遮断器である。この主幹ブレーカ３１は、商用電力系統から家庭内電力系統へ過電流が流れた場合等に、商用電力系統と連系する家庭内電力系統を、商用電力系統から解列する。なお、主幹ブレーカ３１は、電力会社によっては設置されない場合もある。

漏電ブレーカ３２は、主幹ブレーカ３１の二次側（負荷側）に設けられている。この漏電ブレーカ３２は、漏電ブレーカ３２の二次側で漏電が発生した場合にオフとなる。漏電ブレーカ３２がオフになることで、漏電ブレーカ３２の二次側の負荷４０が商用電力系統から切り離される。

コンタクタ３３は、漏電ブレーカ３２の二次側に設けられている。このコンタクタ３３は、充放電装置５０からの開閉指令によって動作し、商用電力系統と家庭内電力系統とを連系し、また解列する。

漏電ブレーカ３２とコンタクタ３３の間には、電圧検出変圧器ＶＴ１と変流器ＣＴ１が設けられている。電圧検出変圧器ＶＴ１は、商用電力系統の電圧に比例した電圧の電圧信号Ｖ１を出力する。また、変流器ＣＴ１は、漏電ブレーカ３２とコンタクタ３３の間を流れる電流に比例した値の電流信号Ｉ１を出力する。なお、図２では、コンタクタ３３が１台である場合が示されているが、２台のコンタクタ３３が直列に接続されていてもよい。これにより、いずれかのコンタクタ３３の接点に溶着が発生したとしても、確実に負荷４０及び蓄電ユニット４１を、商用電力系統から切り離すことができる。

分岐ブレーカ３４は、コンタクタ３３の二次側に相互に並列になった状態で設けられている。これらの分岐ブレーカ３４それぞれは、負荷４０及び蓄電ユニット４１ごとに設けられている。この分岐ブレーカを開閉させることで、電力系統から負荷４０及び蓄電ユニット４１をそれぞれ切り離すことができる。

上述した、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３、及び分岐ブレーカ３４それぞれは、金属製或いは樹脂製の筐体に収容されている。

蓄電ユニット４１は、充放電装置５０と、この充放電装置５０にコネクタ９０を介して接続される電気自動車８０を有している。図３は、充放電装置５０のブロック図である。図３に示されるように、充放電装置５０は、コンタクタ５１、直列に接続された３つの交直変換器５３，５４，５５、各交直変換器５３，５４，５５を駆動する駆動ユニット６１，６２，６３、上記各部を統括的に制御する制御ユニット６６、制御ユニット６６に電力を供給する電力供給ユニット６４、停電時の始動電力が蓄えられたバッテリユニット６５等を有している。

コンタクタ５１は、配電盤３０に収容された分岐ブレーカ３４の二次側に配置されている。このコンタクタ５１は、制御ユニット６６からの指示に基づいて動作する。コンタクタ５１がオフの場合には、充放電装置５０が負荷４０から切り離され、コンタクタ５１がオンの場合には、充放電装置５０が負荷４０に接続される。

交直変換器５３は、トランジスタ等のスイッチング素子と、トランジスタに並列に接続されたダイオードを有する。この交直変換器５３は、コンタクタ５１の二次側に、リアクトル５２Ａ，５２Ｂを介して接続されている。交直変換器５３は、一次側（電力系統側）から供給される交流電力を直流電力に変換する。または、二次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。

交直変換器５４は、交直変換器５３と同様に、トランジスタ等のスイッチング素子とダイオードを有している。この交直変換器５４は、交直変換器５３の二次側に接続されている。そして、交直変換器５４は、一次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。または、二次側から供給される交流電力を直流電力に変換する。交直変換器５３と交直変換器５４の間には、各交直変換器５３，５４の端子間電圧を安定させるためのコンデンサ５７が接続されている。

交直変換器５５は、上記交直変換器５３，５４と同様に、トランジスタ等のスイッチング素子とダイオードを有している。この交直変換器５５は、絶縁トランス５８を介して、交直変換器５４の二次側に接続されている。そして、交直変換器５５は、一次側から供給される交流電力を直流電力に変換する。または、二次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。交直変換器５５の二次側には、交直変換器５５の端子間電圧を安定させるためのコンデンサ５９が接続されている。

上記絶縁トランス５８は、商用電力系統と蓄電ユニット４１を絶縁する目的で設置されている。絶縁トランス５８が配置されることで、交直変換器５４，５５を用いて、例えば、交直変換器５４の二次側の交流電圧と、交直変換器５５の一次側の交流電圧との出力位相を調整して、コンデンサ５７の両端電圧よりコンデンサ５９の両端電圧を高くしたり、或いは低くしたりすることができる。逆に、蓄電ユニット４１から電力が供給される場合に、コンデンサ５９の両端電圧よりコンデンサ５７の両端電圧を高くしたり、或いは低くしたりすることができる。

充放電装置５０では、上記交直変換器５３～５５が協働することで、商用電力系統からの交流電力が直流電力に変換され、電気自動車８０に供給される。また、電気自動車８０からの直流電力が交流電力に変換され、配電盤３０を介して負荷４０に供給される。

駆動ユニット６１，６２，６３は、制御ユニット６６の指示に基づいて、それぞれ交直変換器５３，５４，５５を構成するスイッチング素子を動作させる。駆動ユニット６１～６３の制御に用いられる電力は、制御ユニット６６から供給される。

ここで、説明の便宜上、充放電装置５０の一次側から二次側に電力が供給されるときの交直変換器５３～５５の動作を充電動作とし、充放電装置５０の二次側から一次側に電力が供給されるときの交直変換器５３～５５の動作を放電動作とする。

電力供給ユニット６４は、制御ユニット６６へ電力を供給するためのユニットである。この電力供給ユニット６４には、商用電力系統が整流回路６０を介して接続されている。そのため、電力供給ユニット６４に、整流回路６０によって交流電圧から変換された直流電圧が印加された状態になる。この状態のときには、電力供給ユニット６４は、整流回路６０を介して供給される電力を制御ユニット６６へ供給する。同時に、整流回路６０を介して供給される電力をバッテリユニット６５にも供給する。これにより、バッテリユニット６５に対する充電が行われる。

また、電力供給ユニット６４は、交直変換器５４の一次側にダイオード５６を介して接続されている。電力供給ユニット６４は、整流回路６０の二次側の直流電圧より、交直変換器５３～５５の動作によって発生する直流電圧の方が高い場合に、ダイオード５６を介して供給される電力を、制御ユニット６６へ供給する。

また、電力供給ユニット６４には、バッテリユニット６５が接続されている。そのため、商用電力系統が停電することにより、交直変換器５３～５５の動作が一次的に停止した場合や、交直変換器５３～５５の動作が停電発生前から停止していた場合には、電力供給ユニット６４にバッテリユニット６５の直流電圧が印加された状態になる。この状態のときには、電力供給ユニット６４は、バッテリユニット６５から供給される電力を制御ユニット６６へ供給する。

バッテリユニット６５は、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリを有している。このバッテリユニット６５には、商用電力系統が停電した場合に、交直変換器５３～５５の始動に用いられる電力が充電される。当該バッテリユニット６５に対する充電は、上述のように商用電力系統が健全である場合に、整流回路６０を介して電力が供給されることにより実現する。

制御ユニット６６は、ＣＰＵ、主記憶部、補助記憶部、インタフェースを有するコンピュータを備えている。この制御ユニット６６は、電圧検出変圧器ＶＴ１からの電圧信号Ｖ１と、変流器ＣＴ１からの電流信号Ｉ１を監視して、電力供給ユニット６４、配電盤３０のコンタクタ３３、充放電装置５０のコンタクタ５１を制御する。また、駆動ユニット６１～６３を介して交直変換器５３～５５を制御する。制御ユニット６６の動作については後述する。

図４は、電気自動車８０の制御系を示すブロック図である。電気自動車８０は、コネクタ９０を介して、充放電装置５０に着脱自在に接続される。図４に示されるように、電気自動車８０は、開閉スイッチ８１、メインバッテリユニット８２、充電ユニット８３、補機用バッテリ８４、駆動ユニット８５、車両制御ユニット８６を有している。

開閉スイッチ８１は、駆動ユニット８５によって駆動されるコンタクタである。この開閉スイッチ８１は、住宅１０の家庭内電力系統と電気自動車８０を連系し、また解列する。

メインバッテリユニット８２は、開閉スイッチ８１の二次側に接続されている。このメインバッテリユニット８２は、電気自動車８０の走行に使用される電力を蓄えるためのユニットである。このメインバッテリユニット８２のバッテリとしては、複数のリチウムイオン電池が用いられる。本実施形態では、３Ｖ～４Ｖのリチウムイオン電池セルが直列に接続されることで、端子電圧２００Ｖ～４００Ｖ程度のバッテリが構成されている。

メインバッテリユニット８２は、コネクタ９０が電気自動車８０に接続されることで、充放電装置５０に接続される。そして、電気自動車８０の開閉スイッチ８１がオンのときに充放電装置５０に連系され、住宅１０の家庭内電力系統に対して、電力の充電及び放電が可能な状態になる。

補機用バッテリ８４は、車両制御ユニット８６の制御に用いられる電力を蓄えるためのバッテリである。この補機用バッテリ８４は、端子電圧が１２Ｖもしくは２４Ｖ程度で、電解液が充填された複数のセルから構成されている。

充電ユニット８３は、メインバッテリユニット８２と補機用バッテリ８４の間に設けられている。この充電ユニット８３は、メインバッテリユニット８２の電圧を降圧して、補機用バッテリ８４と、車両制御ユニット８６に印加する。これにより、補機用バッテリ８４の充電と、車両制御ユニット８６への電力の供給が実現する。

駆動ユニット８５は、車両制御ユニット８６の指示に基づいて、開閉スイッチ８１を駆動する。

車両制御ユニット８６は、ＣＰＵ、主記憶部、補助記憶部、インタフェースを有するコンピュータを備えている。この車両制御ユニット８６は、コネクタ９０を介して制御ユニット６６と接続されている。そして、制御ユニット６６からの指示に基づいて、駆動ユニット８５を動作させる。また、車両制御ユニット８６は、メインバッテリユニット８２に蓄電された電力量などの情報を取得し、必要に応じて、制御ユニット６６に当該情報を提供する。

次に、上述した充放電装置５０の動作を、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、充放電装置５０を構成する制御ユニット６６によって実行される一連の処理を示すフローチャートである。まず、図５を参照して、制御ユニット６６が実行する電源切替処理を説明する。

電源切替処理は、商用電力系統が停電した場合に、負荷４０の電源を、商用電力系統からメインバッテリユニット８２に切り替える処理である。この電源切替処理は、電気自動車８０のメインバッテリユニット８２に十分な電力が蓄えられているときに実行される。

最初のステップＳ２０１では、制御ユニット６６は、商用電力系統に停電が発生したか否かを判断する。商用電力系統に停電が発生した場合には、商用電力系統の電圧が零になるため、電圧検出変圧器ＶＴ１からの電圧信号Ｖ１の値が所定の閾値以下になる。そこで、制御ユニット６６は、電圧信号Ｖ１の値を監視し、当該電圧信号Ｖ１の値が所定の閾値以下になった場合に、商用電力系統に停電が発生したと判断し（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、次のステップＳ２０２へ移行する。

次のステップＳ２０２では、制御ユニット６６は、電力供給ユニット６４へ、停電の発生を通知する。そして、制御ユニット６６は、交直変換器５３～５５が受電動作を実行しているときに、商用電力系統に停電が発生した場合には、交直変換器５３～５５の動作を停止させる。

電力供給ユニット６４は、制御ユニット６６から停電の発生が通知されると、バッテリユニット６５に蓄えられた電力を制御ユニット６６に供給する。これにより、制御ユニット６６は、引き続き充放電装置５０を構成する交直変換器５３～５５の制御を行うことができる。

次のステップＳ２０３では、制御ユニット６６は、電気自動車８０を構成する車両制御ユニット８６に、メインバッテリユニット８２の解列指示を通知する。電気自動車８０の車両制御ユニット８６は、解列指示を受信すると、駆動ユニット８５を駆動して開閉スイッチ８１をオフにする。これにより、メインバッテリユニット８２が商用電力系統から解列する。

次のステップＳ２０４では、制御ユニット６６は、充放電装置５０のコンタクタ５１をオフにする。これにより、充放電装置５０が、商用電力系統から解列する。なお、停電発生時に交直変換器５３～５５が停止していた場合、開閉スイッチ８１及びコンタクタ５１はオフ（開）である。このため、ステップＳ２０３、Ｓ２０４の処理をしなくても支障はない。

次のステップＳ２０５では、制御ユニット６６は、住宅１０に居住するユーザからの電源切替操作を待ち受ける。この電源切替操作は、災害等が原因で商用電力系統がある程度長期にわたって停電する場合、または事前に通告のある計画停電が行われる場合に、電気自動車８０の走行に使用される電力を、住宅１０に設置された負荷に供給するための操作である。本実施形態では、例えば、上記電源切替操作は、充放電装置５０に設けられた操作スイッチが操作されることによって実現する。

制御ユニット６６は、居住者によって電源切替操作が行われるまで（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、ステップＳ２０１～Ｓ２０５までの処理を繰り返し実行する。一方、制御ユニット６６は、居住者等によって電源切替操作が行われると（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０６では、制御ユニット６６は、配電盤３０に収容されたコンタクタ３３をオフにする。これにより、商用電力系統から家庭内電力系統が解列できる。

上記、ステップＳ２０３～Ｓ２０６までの処理によって、商用電力系統と家庭内電力系統とが完全に解列する。これにより、停電時に家庭内電力系統への電力供給源が、商用電力系統から電気自動車８０のメインバッテリユニット８２に切替わっても、商用電力系統への逆潮流が防止され、停電時のメンテナンスを行う作業員の安全を確保することができる。

次のステップＳ２０７では、制御ユニット６６は、電気自動車８０を構成する車両制御ユニット８６に、メインバッテリユニット８２の連系指示を通知する。電気自動車８０の車両制御ユニット８６は、連系指示を受信すると、駆動ユニット８５を駆動して開閉スイッチ８１をオンにする。これにより、メインバッテリユニット８２が充放電装置５０に接続される。

次のステップＳ２０８では、制御ユニット６６は、充放電装置５０のコンタクタ５１をオンにする。これにより、充放電装置５０が、家庭内電力系統に連系される。

次のステップＳ２０９では、制御ユニット６６は、各駆動ユニット６１～６３に、放電動作の開始を指示する。各駆動ユニット６１～６３は、放電動作開始指示を受信すると、交直変換器５３～５５に放電時の動作をさせる。これにより、交直変換器５３～５５が、放電動作を開始する。そして、電気自動車８０に蓄えられた電力が、住宅１０に設置された負荷４０に供給される。また、電力供給ユニット６４は、交直変換器５４が放電動作を開始すると、交直変換器５４からの電力を制御ユニット６６及びバッテリユニット６５に出力する。これにより、制御ユニット６６の動作が維持されるとともに、バッテリユニット６５の充電が開始される。なお、充放電装置５０のコンタクタ５１をオンにする動作（ステップＳ２０８）を、放電動作開始後に実行しても何ら問題はない。制御ユニット６６は、ステップＳ２０９の処理が終わると、電源切替処理を終了する。

次に、図６を参照して、制御ユニット６６が実行する電源復旧処理を説明する。電源復旧処理は、商用電力系統が停電から復旧した場合に、負荷４０の電源を、メインバッテリユニット８２から商用電力系統へ切り替えることで、商用電力系統を電源として復旧させる処理である。この電源復旧処理は、商用電力が健全になったときに実行可能となる。

最初のステップＳ３０１では、制御ユニット６６は、電圧が復旧したか否かを判断する。商用電力系統が復旧した場合には、商用電力系統の電圧が定格電圧になるため、電圧検出変圧器ＶＴ１からの電圧信号Ｖ１の値が所定の閾値以上になる。そこで、制御ユニット６６は、電圧信号Ｖ１の値を監視し、当該電圧信号Ｖ１の値が所定の閾値以上になった場合に、商用電力系統の電圧が復旧したと判断し（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、次のステップＳ３０２へ移行する。

次のステップＳ３０２では、制御ユニット６６は、住宅１０に居住するユーザからの電源復旧操作を待ち受ける。この電源復旧操作は、商用電力系統が停電から復旧した場合に、負荷４０の電源を商用電力系統に切り替えるための操作である。本実施形態では、例えば、上記電源復旧操作は、充放電装置に設けられた操作スイッチが操作されることによって実現する。

制御ユニット６６は、電源復旧操作がない場合は（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、ステップＳ３０１，Ｓ３０２の処理を繰り返し実行する。また、制御ユニット６６は、電源復旧操作がなされた場合は（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３０３では、制御ユニット６６は、各駆動ユニット６１～６３に、放電動作の停止を指示する。各駆動ユニット６１～６３は、放電動作停止指示を受信すると、交直変換器５３～５５の動作を停止させる。これにより、交直変換器５３～５５の動作が停止する。

交直変換器５３～５５の動作が停止すると、電力供給ユニット６４は、バッテリユニット６５に蓄えられた電力を制御ユニット６６に供給する。これにより、制御ユニット６６の動作が維持される。

次のステップＳ３０４では、制御ユニット６６は、配電盤３０に収容されたコンタクタ３３をオンにする、これにより、商用電力系統に家庭内電力系統が連系する。

次のステップＳ３０５では、制御ユニット６６は、各駆動ユニット６１～６３に、充電動作の開始を指示する。各駆動ユニット６１～６３は、充電動作開始指示を受信すると、交直変換器５３～５５に充電時の動作をさせる。これにより、交直変換器５３～５５が、充電動作を開始する。そして、商用電力系統からの電力が、住宅１０に設置された負荷４０に供給される。また、電力供給ユニット６４は、商用電力系統と家庭内電力系統との連系が完了すると、商用電力系統からの電力を制御ユニット６６及びバッテリユニット６５に出力する。これにより、制御ユニット６６の動作が維持されるとともに、バッテリユニット６５の充電が開始される。制御ユニット６６は、ステップＳ３０５の処理が終わると、電源復旧処理を終了する。なお、本実施形態では、電源復旧処理でメインバッテリユニット８２の充電動作を速やかに実行したが、必ずしも、当該充電動作を速やかに実行する必要はない。例えば、開始時刻を予約し、予約した時刻から充電動作を開始することとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態では、商用電力系統が停電した際には、充放電装置５０を構成するバッテリユニット６５の電力が制御ユニット６６に供給される。そして、当該制御ユニット６６は、バッテリユニット６５から供給される電力を用いて、配電盤３０のコンタクタ３３をオフにして、商用電力系統から家庭内電力系統を解列する。次に、制御ユニット６６は、交直変換器５３～５５を動作させて、電気自動車８０のメインバッテリユニット８２に蓄えられた電力を、住宅１０の負荷４０に供給する。

したがって、商用電力系統に停電が発生することにより、当該商用電力系統から制御に用いる電力の供給がストップしても、バッテリユニット６５に蓄えられた電力によって、確実に住宅１０に設置された負荷４０へ電気自動車８０に蓄えられた電力が供給される。これにより、商用電力系統の停電時に速やかに負荷に電力を供給することが可能となる。

また、当該商用電力系統から制御に用いる電力の供給がストップしても、バッテリユニット６５に蓄えられた電力によって、商用電力系統から家庭内電力系統が解列する。このため、商用電力系統が健全なときに蓄えられた電力が、商用電力系統に逆潮流することを確実に回避することができる。

《実施形態２》
次に本発明の実施形態２を、図面を用いて説明する。なお、実施形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。図７は、本実施形態に係る住宅１０の電力系統図である。図７に示されるように、本実施形態は、家庭内電力系統に太陽光発電ユニット７０が接続されている点で、実施形態１と相違している。

図７に示されるように、太陽光発電ユニット７０は、例えば住宅１０の屋根に配置される太陽電池パネル７２と、太陽電池パネル７２の電圧を交直変換するインバータ７１を有している。

図８に示されるように、本実施形態では、太陽光発電ユニット７０は、コンタクタ３３と、分岐ブレーカ３４の間から分岐した配線に、分岐ブレーカ３５を介して接続されている。

一般に、太陽光発電ユニット７０が設置される場合には、当該太陽光発電ユニット７０によって発電された電力が商用電力系統に逆潮流することは認められるが、蓄電ユニット４１等の蓄電手段に蓄えられた電力を、商用電力系統に逆潮流させることは認められていない。そこで、太陽光発電ユニット７０については、停電時に、住宅１０の負荷４０に電力を供給できるように、コンタクタ３３の二次側で、かつ、変流器ＣＴ２の一次側に接続される。

本実施形態では、制御ユニット６６によって、コンタクタ３３を通過する電流が変流器ＣＴ１を用いて計測される。また、それぞれの分岐ブレーカ３４を流れる電流の合計が変流器ＣＴ２を用いて計測される。そして、太陽光発電ユニット７０の分岐ブレーカ３５を通過する電流が変流器ＣＴ３を用いて計測される。

このため、制御ユニット６６は、変流器ＣＴ１からの電流信号Ｉ１から、商用電力系統と家庭内電力系統との間でやりとりされる電力Ｐ１を計測し、変流器ＣＴ２からの電流信号Ｉ２から、商用電力系統へ逆潮流した電力Ｐ２を計測し、変流器ＣＴ３からの電流信号Ｉ３から、太陽光発電ユニット７０で発電された電力Ｐ３を計測することができる。

したがって、制御ユニット６６は、電力Ｐ２を監視することで、蓄電ユニット４１からの逆潮流を検出し、速やかに当該逆潮流を防止するための制御を行うことができる。この制御としては、交直変換器５３～５５の動作を停止したり、放電量を低下させること等が考えられる。

また、制御ユニット６６は、太陽光発電ユニット７０が動作していないときには、電力Ｐ１と電力Ｐ２が等しくなることを利用して、変流器の誤接続や断線等の検出もできる。太陽光発電ユニット７０が動作している場合には、Ｐ３の符号から変流器ＣＴ３の誤接続や断線等を検出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、商用電力系統に停電が発生した場合には、ユーザからの電源切替操作があった場合に（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、電源切替処理を完結することとした。これに限らず、商用電力系統が停電した際に、自動的に商用電力系統から家庭内電力系統を解列して、蓄電された電力を住宅１０の負荷４０へ供給することとしてもよい。

上記実施形態では、商用電力系統の停電時に、電気自動車８０に蓄えられた電力を負荷４０へ供給する場合について説明した。これに限らず、蓄電ユニット４１は、電気自動車８０に変えて専用のバッテリを備えた蓄電手段を備えていてもよい。また、蓄電ユニット４１は、風力発電装置とバッテリとを備える蓄電ユニット等であってもよい。

上記実施形態の充放電装置５０では、交直変換器５４と交直変換器５５との間に配置された絶縁トランス５８によって、充放電装置５０の一次側と二次側とが絶縁されている。これに限らず、例えば、図９に示されるように、コンタクタ５１の一次側に絶縁トランス５８を配置することによって、充放電装置５０の一次側と二次側とを絶縁することとしてもよい。この場合には、交直変換器５３と、スイッチング素子及びリアクトル５２Ｃを有する電圧変換器６７とで、交流電力と直流電力の変換を行うことができる。

図９の例では、商用電源側の電圧に対応した絶縁トランス５８が必要になるため、当該絶縁トランス５８が大型化する。しかしながら、３つの交直変換器５３～５５で構成された変換回路が、交直変換器５３と電圧変換器６７で構成されるため、装置の構成が簡素となる。このため、適用するアプリケーションにより装置の製造コストを削減することができる場合もある。

また、図９の例では、変換回路を構成するスイッチング素子の数が少なくなるため、スイッチング素子での損失が低減するとともに、装置の信頼性が向上する。さらに、交直変換器５３と電圧変換器６７との電位を共通にすることができるため、スイッチング素子の駆動電源を共通化することができる。その結果的、電力変換の応答性を向上させることができる。

上記実施形態では、図３に示されるように、充放電装置５０が、単相の交直変換器５４，５５を有している場合について説明した。これは一例であり、例えば図１０に示されるように、充放電装置５０は、三相の交直変換器５４，５５を有していてもよい。この場合には、絶縁トランス５８として、Ｙ－Ｙ結線の絶縁トランス、Ｙ－Δ結線の絶縁トランス、或いはΔ－Δ結線のトランスを用いることができる。

上記実施形態では、図３及び図１０に示されるように、充放電装置５０を構成する単相の交直変換器５３が、家庭内電力系統に接続される場合について説明した。この交直変換器５３は、図示していないが三相の交直変換器であってもよい。交直変換器５３が三相の交直変換器である場合には、住宅１０に設置された三相負荷に電力を供給することができる。また、単相三線式の家庭内電力系統への対応も容易になる。

上記実施形態では、図３に示されるように、交直変換器５３，５４の端子間に、１つのコンデンサ５７が接続されている場合について説明した。これに限らず、交直変換器５３の端子間にコンデンサ５７とは別のコンデンサを直列に接続することとしてもよい。これにより、直列接続されたコンデンサの間に接地可能な中性点を設けることができる。その結果、単相三線出力に対応することができる。

上記実施形態では、バッテリユニット６５が、電解液が充填された複数のセルからなることとした。これに限らず、バッテリユニット６５は、リチウムイオン電池セル等を有していてもよい。また、当該バッテリユニット６５は、制御に用いられる電力を蓄えるだけでよいため、例えばアルカリ乾電池等を用いることも可能である。また、バッテリユニット６５を常時設置した状態にするのではなく、端子口を準備することで、停電時にのみバッテリユニット６５を、制御ユニット６６に接続したり、バッテリユニット６５の充電が不十分な場合に、汎用の乾電池を接続して、制御ユニット６６に電力を供給してもよい。また、バッテリユニット６５に代えて、携帯用発電機、燃料電池、太陽電池、風力発電機を用いてもよい。

上記携帯用発電機は、プロパンガス、ガソリン、軽油を利用して発電するものや、給湯器に蓄えられた熱エネルギーを利用して発電するペルチェ素子で構成されたもので何ら問題はない。この場合にも、上記バッテリユニット６５と同等の効果を実現することができる。

上記実施形態では、電気自動車８０を構成するメインバッテリユニット８２が、リチウムイオン電池セルが直列に接続されることで構成されたバッテリを備えることとした。これに限らず、メインバッテリユニット８２は、リチウム電池セル以外の電池セルからなるバッテリを備えていてもよい。また、メインバッテリユニット８２の端子間電圧は、２００Ｖ～４００Ｖに限定されるものではない。

上記実施形態では、車両制御ユニット８６が、メインバッテリユニット８２に蓄電された電力量などの情報を取得し、必要に応じて、電気自動車８０のユーザに取得した情報を提供する場合について説明した。メインバッテリユニット８２についての情報としては、電池電圧、充電電流、放電電流、電池容量、充電状態、各セルの温度等が考えられる。充放電装置５０を構成する制御ユニット６６は、上記情報に基づいて、交直変換器５３～５５の動作を制御することとしてもよい。

上記実施形態では、図２に示されるように、主幹ブレーカ３１の二次側に漏電ブレーカ３２が設置されている。この漏電ブレーカ３２とは別に、各分岐ブレーカ３４と直列に漏電ブレーカをそれぞれ設置してもよい。

上記実施形態では、図２に示されるように、配電盤３０に、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３、複数の分岐ブレーカ３４が収容されている場合について説明した。図２に示される例は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３を、配電盤３０とは別の配電盤に収容することとしてもよい。

上記実施形態では、電源切替処理において、電気自動車８０の開閉スイッチ８１、充放電装置５０のコンタクタ５１、配電盤３０に収容されたコンタクタ３３によって、商用電力系統からメインバッテリユニット８２が解列する。このように、直列に接続された複数の機器によって解列を行うことで、いずれかの機器に動作不良が生じた場合にも、商用電力系統からメインバッテリユニット８２を、確実に解列することができる。これにより、商用電力系統への逆潮流を確実に防止することができる。

また、電力系統と家庭内電力系統とを解列するための機器、例えば図２に示されるコンタクタ３３などの機器は、ノーマルオフにならない機器を用いることが望ましい。ノーマルオフにならない機器を使用することで、短時間の停電時に不必要な解列が生じることを回避することができる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明の充放電装置及び電源切替システムは、商用電源と住宅内に設置された電源の切替に適している。

１０ 住宅、２０ 電力量計、３０ 配電盤、３１ 主幹ブレーカ、３２ 漏電ブレーカ、３３ コンタクタ、３４ 分岐ブレーカ、３５ 分岐ブレーカ、４０ 負荷、４１ 蓄電ユニット、５０ 充放電装置、５１ コンタクタ、５２Ａ～５２Ｃ リアクトル、５３～５５ 交直変換器、５６ ダイオード、５７ コンデンサ、５８ 絶縁トランス、５９ コンデンサ、６０ 整流回路、６１～６３ 駆動ユニット、６４ 電力供給ユニット、６５ バッテリユニット、６６ 制御ユニット、６７ 電圧変換器、７０ 太陽光発電ユニット、７１ インバータ、７２ 太陽電池パネル、８０ 電気自動車、８１ 開閉スイッチ、８２ メインバッテリユニット、８３ 充電ユニット、８４ 補機用バッテリ、８５ 駆動ユニット、８６ 車両制御ユニット、９０ コネクタ、ＣＴ１～ＣＴ３ 変流器、ＶＴ１ 電圧検出変圧器。

Claims (8)

1. 負荷と電気自動車が有するメインバッテリユニットとの間に設けられ、電力系統から前記メインバッテリユニットへ供給される電力の変換、または、前記メインバッテリユニットから前記負荷へ供給される電力の変換を行う電力変換手段と、
   前記電力変換手段の動作を制御する制御ユニットと、を備えた充放電装置であって、
   前記電力変換手段の一次側、かつ、前記負荷に接続され、前記制御ユニットからの指示に基づき動作する第１の開閉手段と、
   前記制御ユニットに、前記メインバッテリユニットとは異なる、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリ、リチウムイオン電池、汎用の乾電池、携帯用発電機、燃料電池、太陽電池、風力発電機、のいずれかからの電力を供給するための端子口と、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記電力系統と前記負荷との間に設けられ前記制御ユニットから開指示が通知されるまで閉じたままの第２の開閉手段に開指示を通知した上で、前記電気自動車が有する車両制御ユニットに前記メインバッテリユニットの連系指示を通知し、前記メインバッテリユニットが前記充放電装置に接続されると、前記電力変換手段を動作させて前記メインバッテリユニットから前記負荷へ電力を供給し、
   前記制御ユニットは、前記電力変換手段を動作させる前に前記第１の開閉手段を閉じるように制御する充放電装置。
2. 負荷と電気自動車が有するメインバッテリユニットとの間に設けられ、電力系統から前記メインバッテリユニットへ供給される電力の変換、または、前記メインバッテリユニットから前記負荷へ供給される電力の変換を行う電力変換手段と、
   前記電力変換手段の動作を制御する制御ユニットと、を備えた充放電装置であって、
   前記電力変換手段の一次側、かつ、前記負荷に接続され、前記制御ユニットからの指示に基づき動作する第１の開閉手段と、
   前記制御ユニットに、前記メインバッテリユニットとは異なる、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリ、リチウムイオン電池、汎用の乾電池、携帯用発電機、燃料電池、太陽電池、風力発電機、のいずれかからの電力を供給するための端子口と、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記電力系統と前記負荷との間に設けられ前記制御ユニットから開指示が通知されるまで閉じたままの第２の開閉手段に開指示を通知した上で、前記電気自動車が有する車両制御ユニットに前記メインバッテリユニットの連系指示を通知し、前記メインバッテリユニットが前記充放電装置に接続されると、前記電力変換手段を動作させて前記メインバッテリユニットから前記負荷へ電力を供給し、
   前記制御ユニットは、前記第１の開閉手段を閉じる場合、前記電力変換手段が停止した状態となるように制御する充放電装置。
3. 前記電力系統からの電力を変換して前記制御ユニットに供給する整流回路をさらに備える請求項１または２に記載の充放電装置。
4. 前記整流回路は、前記第１の開閉手段の一次側に接続される請求項３に記載の充放電装置。
5. 前記端子口に供給された電力は、電力供給ユニットを経由して前記制御ユニットに供給される、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の充放電装置。
6. 前記端子口には停電時に電力が供給される、
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の充放電装置。
7. 電力系統からの電力を蓄積し、当該蓄積した電力を負荷へ供給するメインバッテリユニットと、
   前記メインバッテリユニットに接続された開閉スイッチと、
   前記開閉スイッチを制御する車両制御ユニットと、
   を有する電気自動車と、
   前記メインバッテリユニットと前記負荷との間に設けられ、前記電力系統から前記メインバッテリユニットへ供給される電力の変換、または、前記メインバッテリユニットから前記負荷へ供給される電力の変換を行う電力変換手段と、
   前記電力変換手段の動作を制御する制御ユニットと、
   前記制御ユニットに、前記メインバッテリユニットとは異なる、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリ、リチウムイオン電池、汎用の乾電池、携帯用発電機、燃料電池、太陽電池、風力発電機、のいずれかからの電力を供給するための端子口と、
   を有する充放電装置と、
   前記電力系統と前記負荷との間に設けられ、前記制御ユニットから開指示が通知されるまで閉じたままの第１開閉手段と、
   を備え、
   前記充放電装置は、前記電力変換手段の一次側、かつ、前記負荷に接続され、前記制御ユニットからの指示に基づき動作する第２開閉手段を備え、
   前記制御ユニットは、前記第１開閉手段に開指示を通知した上で、前記車両制御ユニットに前記メインバッテリユニットの連系指示を通知し、
   前記車両制御ユニットは、前記連系指示を受信すると、前記開閉スイッチを制御して前
   記メインバッテリユニットを前記充放電装置に接続し、
   前記制御ユニットは、前記メインバッテリユニットが前記充放電装置に接続されると、前記電力変換手段を動作させて前記メインバッテリユニットから前記負荷へ電力を供給し、
   前記制御ユニットは、前記電力変換手段を動作させる前に前記第２開閉手段を閉じるように制御する電源切替システム。
8. 電力系統からの電力を蓄積し、当該蓄積した電力を負荷へ供給するメインバッテリユニットと、
   前記メインバッテリユニットに接続された開閉スイッチと、
   前記開閉スイッチを制御する車両制御ユニットと、
   を有する電気自動車と、
   前記メインバッテリユニットと前記負荷との間に設けられ、前記電力系統から前記メインバッテリユニットへ供給される電力の変換、または、前記メインバッテリユニットから前記負荷へ供給される電力の変換を行う電力変換手段と、
   前記電力変換手段の動作を制御する制御ユニットと、
   前記制御ユニットに、前記メインバッテリユニットとは異なる、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリ、リチウムイオン電池、汎用の乾電池、携帯用発電機、燃料電池、太陽電池、風力発電機、のいずれかからの電力を供給するための端子口と、
   を有する充放電装置と、
   前記電力系統と前記負荷との間に設けられ、前記制御ユニットから開指示が通知されるまで閉じたままの第１開閉手段と、
   を備え、
   前記充放電装置は、前記電力変換手段の一次側、かつ、前記負荷に接続され、前記制御ユニットからの指示に基づき動作する第２開閉手段を備え、
   前記制御ユニットは、前記第１開閉手段に開指示を通知した上で、前記車両制御ユニットに前記メインバッテリユニットの連系指示を通知し、
   前記車両制御ユニットは、前記連系指示を受信すると、前記開閉スイッチを制御して前記メインバッテリユニットを前記充放電装置に接続し、
   前記制御ユニットは、前記メインバッテリユニットが前記充放電装置に接続されると、前記電力変換手段を動作させて前記メインバッテリユニットから前記負荷へ電力を供給し、
   前記制御ユニットは、前記第２開閉手段を閉じる場合、前記電力変換手段が停止した状態となるように制御する電源切替システム。

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