WO2013076952A1

WO2013076952A1 - 電力変換装置

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Publication number: WO2013076952A1
Application number: PCT/JP2012/007405
Authority: WO
Inventors: 毎哉佐貫; 小林　晋
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-05-30
Also published as: JP2013110879A; JP5895165B2

Abstract

　電力変換装置１００は、電力変換装置１００全体の電力変換容量のうちの一部の電力変換容量が割り当てられた電力変換ユニット１０２を複数有し、各電力変換ユニット１０２が、他の電力変換ユニットが接続された電力線と着脱可能とし、複数の電力変換ユニット１０２が電力線に装着されている状態において、当該複数の電力変換ユニット１０２の合計した電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能であり、各電力変換ユニット１０２が電力線から離脱している状態において、当該各電力変換ユニットは、自己の電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能である。

Description

電力変換装置

　本発明は、電力を変換する電力変換装置に関する。

　電力を変換して充放電を行う技術としては、特許文献１に記載された電気自動車給電システムが知られている。この特許文献１に記載された電気自動車給電システムは、住宅の電力を変換して電気自動車のバッテリを充電する動作や、電気自動車のバッテリを放電させて電力を変換して宅内に給電する動作を行っている。

　特許文献１に記載された電気自動車給電システムは、住宅と電気自動車給電との間で電力を授受するために電力変換装置が変換できる容量（電力変換容量）が固定されている。また、この電気自動車給電システムにおける電力変換装置は、急速に充放電を行う場合には大きな電力変換容量が必要である。しかし、大きな電力変換容量の電力変換装置は重量が重く、容易に持ち運びすることが困難であった。したがって、電力変換装置の電力変換容量を大きくしても、その他の用途に利用することが困難であった。

　そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、容易に持ち運ぶことができる電力変換装置を提供することを目的とする。

特開２０１１－１３０６４７号公報

　本発明の第１の態様に係る電力変換装置は、筐体と、前記筐体に収容され、電力変換装置全体の電力変換容量のうちの一部の電力変換容量が割り当てられた電力変換ユニットを複数有し、各電力変換ユニットが、他の電力変換ユニットが接続された電力線と着脱可能とし、前記複数の電力変換ユニットが前記電力線に装着されている状態において、当該複数の電力変換ユニットの合計した電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能であり、各電力変換ユニットが前記電力線から離脱している状態において、当該各電力変換ユニットは、自己の電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能であることを特徴とする。

　本発明の第２の態様に係る電力変換装置は、上記第１の態様の電力変換装置において、前記各電力変換ユニットは、電力変換を実施する電力変換部と、前記電力変換部に接続される接続機器の情報を記憶する記憶部と、前記接続機器と通信する通信部と、前記通信部によって前記接続機器から取得した情報と前記記憶部に記憶された情報とを照合して、前記接続機器の仕様に合わせた電力変換を前記電力変換部にて制御する制御部とを有することを特徴とする。

　本発明の第３の態様に係る電力変換装置は、上記第１又は第２の態様の電力変換装置において、前記電力変換部に接続される接続機器の情報と前記電力線に装着された各電力変換ユニットの情報を記憶する記憶部と、前記接続機器又は前記各電力変換ユニットと通信する通信部と、前記通信部によって前記接続機器から取得した情報と前記記憶部に記憶された情報とを参照をして、前記接続機器から取得した機器仕様に合わせた電力変換を実施するために、前記各電力変換ユニットから取得した情報に基づいて、前記各電力変換ユニットの組み合わせを選択して、前記各電力変換ユニットの電力変換制御を実施する制御部を備える統括制御部と、前記各電力変換ユニットは、前記統括制御部と通信する通信部を有することを特徴とする。

　本発明の第４の態様に係る電力変換装置は、上記第３の態様の電力変換装置において、前記統括制御部は、前記接続機器の情報を入力する情報入力部を有し、前記情報入力装置により入力した前記接続機器の情報を前記記憶部に格納し、前記接続機器の情報である前記接続機器の仕様に合わせた前記電力変換を実施する電力変換ユニットを選択することを特徴とする。

　本発明の第５の態様に係る電力変換装置は、上記第４の態様の電力変換装置において、前記各電力変換ユニットは電圧/電流検出回路を有し、前記統括制御部は、前記情報入力部により入力した前記接続機器の仕様の情報と、前記各電力変換ユニットの電圧/電流検出回路が動作時に検出した電圧、電流値が前記接続機器の定格外の場合に、異常状態と判定し、当該各電力変換ユニットの動作を停止し、当該電力変換ユニットの動作の停止を提示することを特徴とする。

　本発明の第６の態様に係る電力変換装置は、上記第４の態様の電力変換装置において、各電力変換ユニットが異常を検知した場合には当該異常を前記統括制御部に通知し、前記統括制御部は、前記各電力変換ユニットから異常が通知された場合に、当該各電力変換ユニットの動作を停止し、当該電力変換ユニットの異常を提示することを特徴とする。

　本発明の第７の態様に係る電力変換装置は、上記第１乃至第６の何れかの態様の電力変換装置において、前記統括制御部は電源スイッチを有し、前記電源スイッチがオフとされた場合には前記電力線に接続された各電力変換ユニットを停止させることを特徴とする。

　本発明の第８の態様に係る電力変換装置は、上記第１乃至第７の何れかの態様の電力変換装置において、前記各電力変換ユニット及び前記統括制御部は、前記各電力変換ユニットの筐体と前記統括制御部の筐体との間を、当該各筐体の外面同士で結合する着脱機構と、当該着脱機構による装着状態をロックするロック機構とを有することを特徴とする。

図１は、本発明の実施形態として示す電力変換装置を含む多用途ポータブルパワーコンディショナの構成を示すブロック図であり、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）は一部を離脱させた構成を示し、（ｃ）は一部を離脱させた他の構成を示す。図２は、本発明の実施形態として示す電力変換装置の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施形態として示す電力変換装置の構成の変化を示し、（ａ）は４台の電力変換ユニットが含まれた状態、（ｂ）は一台の電力変換ユニットが離脱した状態（ｃ）は一台の電力変換ユニットで構成された状態、を示す。図４は、比較例としてのパワーコンディショナを示すブロック図である。図５は、比較例としての電力変換装置の構成を示すブロック図である。図６は、本発明の実施形態として示す電力変換装置の効果を説明する図であり、一般的な電力変換装置の出力電力の効率特性を示す。（ａ）は０．５ｋＷの電力変換ユニットの電力変換効率を示し、（ｂ）は１ｋＷの電力変換ユニットの電力変換効率を示し、（ｃ）は２ｋＷの電力変換ユニットの電力変換効率を示す。図７は、比較例としての一般的な定格４ｋｗの電力変換装置の出力電力の効率特性を示す図である。図８は、本発明の実施形態として示す電力変換装置におけるエネルギー制御装置の構成を示すブロック図である。図９は、本発明の実施形態として示す電力変換装置における電力変換ユニットの構成を示すブロック図である。図１０は、本発明の実施形態として示す電力変換装置において単一の電力変換ユニットで構成された状態を示すブロック図である。図１１は、本発明の実施形態として示す電力変換装置においてエネルギー制御装置と単一の電力変換ユニットとで構成された状態を示すブロック図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

　本発明の実施形態として示す電力変換装置は、例えば図１（ａ）に示すように構成された多用途ポータブルパワーコンディショナに搭載される。この多用途ポータブルパワーコンディショナは、多様な端子やコンセント、機器、電動車両が接続される。多用途ポータブルパワーコンディショナは、接続された機器に対して適切な電圧の直流電力、適切な電圧や周波数の交流電力を供給するよう構成される。

　この多用途ポータブルパワーコンディショナは、太陽電池、住宅で使用されるＡＣ１００Ｖ／２００Ｖ端子、据置型蓄電池、ＡＣ機器、電動車両ＥＶが接続可能である。なお、多用途ポータブルパワーコンディショナは、図１に示した以外のＤＣ機器やＤＣ端子等も接続可能である。

　この多用途ポータブルパワーコンディショナは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１，２，５やＤＣ／ＡＣコンバータ３，４が搭載されている。この多用途ポータブルパワーコンディショナは、内部に電力バス１Ａを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１，２，５及びＤＣ／ＡＣコンバータ３，４は、電力バス１Ａを介して相互に電力の授受が可能となっている。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１は太陽電池に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、太陽電池の発電容量に応じた電力変換容量を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、太陽電池により発電した電力を所定電圧の直流電力に変換して電力バス１Ａに供給可能である。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ２は据置型蓄電池に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、据置型蓄電池の所望の充放電レートに応じた電力変換容量を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、電力バス１Ａを介して直流電力が供給され、当該直流電力を、充電用の所定電圧に変換して据置型蓄電池に充電する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、据置型蓄電池に充電された電力を、電力バス１Ａに適した所定電圧に変換して供給可能である。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ５は電動車両ＥＶに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、後述するように電力変換容量が可変となっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、電動車両ＥＶの充電時において、電力バス１Ａから直流電力を取り出して、電動車両ＥＶの充電用電圧に変換して電動車両ＥＶに供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、電動車両ＥＶの蓄電池の電力を他の機器に供給する場合に、電動車両ＥＶの放電電力を所定電圧に変換して、電力バス１Ａに供給する。

　ＤＣ／ＡＣコンバータ３は、住宅のＡＣ１００Ｖ／２００Ｖ端子に接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ３は、住宅における定格電力に応じた電力変換容量を有している。ＤＣ／ＡＣコンバータ３は、電力系統の電力を据置型蓄電池や電動車両ＥＶに充電させる場合に、交流電力が供給される。ＤＣ／ＡＣコンバータ３は、供給された交流電力を所定電圧の直流電力に変換して、電力バス１Ａに供給する。また、ＤＣ／ＡＣコンバータ３は、住宅の家電機器等に電力を供給する場合に、太陽電池や据置型蓄電池や電動車両ＥＶの蓄電池から供給された直流電力を交流電力に変換する。

　ＤＣ／ＡＣコンバータ４はＡＣ機器に接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ４は、後述するように電力変換容量が可変となっている。ＤＣ／ＡＣコンバータ４は、住宅の家電機器等に電力を供給する場合に、太陽電池や据置型蓄電池や電動車両ＥＶの蓄電池から供給された直流電力を交流電力に変換する。

　この多用途ポータブルパワーコンディショナにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、及び、ＤＣ／ＡＣコンバータ４は、複数の電力変換ユニットを有する。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、筐体の内部に、統括制御部としてのエネルギー制御装置５１と電力変換ユニット５ａ～５ｄとを有している。エネルギー制御装置５１は、電力変換ユニット５ａ～５ｄの動作を制御するものである。電力変換ユニット５ａ～５ｄは、それぞれＤＣ／ＤＣ変換を行う。電力変換ユニット５ａ～５ｄのうち電力変換ユニット５ａ、５ｂは同じ電力変換容量であり、当該電力変換ユニット５ａ、５ｂとその他とはそれぞれ電力変換容量が異なっている。

　具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の全体の電力変換容量は単位時間当たり４ｋＷである。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、複数の電力変換ユニット５ａ～５ｄによって、全体の電力変換容量を、複数の電力変換容量に分割している。各電力変換ユニット５ａ～５ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５全体の電力変換容量のうちの一部の電力変換容量が割り当てられている。この１ユニットあたりの電力変換容量の割り当て方は任意である。全てを同じ電力変換容量に分割してもよく、全てを異なる電力変換容量に分割してもよく、電力変換容量の同じ複数のものと電力変換容量が異なるものが混在していてもよい。

　図１の例では、電力変換ユニット５ａ、５ｂには０．５ｋＷの電力変換容量が割り当てられている。電力変換ユニット５ｃには１．０ｋＷの電力変換容量が割り当てられている。電力変換ユニット５ｄには２．０ｋＷの電力変換容量が割り当てられている。

　ＤＣ／ＡＣコンバータ４は、筐体の内部に、統括制御部としてのエネルギー制御装置４１と電力変換ユニット４ａ～４ｄとを有している。エネルギー制御装置４１は、電力変換ユニット４ａ～４ｄの動作を制御するものである。電力変換ユニット４ａ～４ｄは、それぞれＤＣ／ＡＣ変換を行う。電力変換ユニット４ａ～４ｄのうち電力変換ユニット４ａ、４ｂは同じ電力変換容量であり、当該電力変換ユニット４ａ、４ｂとその他とはそれぞれ電力変換容量が異なっている。

　具体的には、ＤＣ／ＡＣコンバータ４の全体の電力変換容量は４ｋＷである。ＤＣ／ＡＣコンバータ４は、複数の電力変換ユニット４ａ～４ｄによって、全体の電力変換容量を、複数の電力変換容量に分割している。各電力変換ユニット４ａ～４ｄは、ＤＣ／ＡＣコンバータ４全体の電力変換容量のうちの一部の電力変換容量が割り当てられている。この１ユニットあたりの電力変換容量の割り当て方は任意である。全てを同じ電力変換容量に分割してもよく、全てを異なる電力変換容量に分割してもよく、電力変換容量の同じ複数のものと電力変換容量が異なるものが混在していてもよい。

　図１の例では、電力変換ユニット４ａ、４ｂには０．５ｋＷの電力変換容量が割り当てられている。電力変換ユニット４ｃには１．０ｋＷの電力変換容量が割り当てられている。電力変換ユニット４ｄには２．０ｋＷの電力変換容量が割り当てられている。

　この多用途ポータブルパワーコンディショナにおいて、各電力変換ユニット５ａ～５ｄはＤＣ／ＤＣコンバータ５に対して着脱可能である。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５における電力変換ユニット５ａ～５ｄのうち、ユーザが所望する電力変換ユニット５ａ～５ｄを離脱させて持ち運び、電力変換装置として使用可能である。例えば図１（ｂ）に示すように、電力変換ユニット５ａ～５ｄのうち電力変換ユニット５ａを離脱させて、ＤＣ機器としての電動車両同士を接続して電力変換できる。

　また、この多用途ポータブルパワーコンディショナにおいて、各電力変換ユニット４ａ～４ｄはＤＣ／ＡＣコンバータ４に対して着脱可能である。したがって、ＤＣ／ＡＣコンバータ４における電力変換ユニット４ａ～４ｄのうち、ユーザが所望する電力変換ユニット４ａ～４ｄを離脱させて持ち運び、使用可能である。例えば図１（ｃ）に示すように、電力変換ユニット４ａ～４ｄのうち電力変換ユニット４ａを離脱させて、ＤＣ機器としての電動車両とＡＣ機器とを接続して電力変換できる。

　このように多用途ポータブルパワーコンディショナのＤＣ／ＡＣコンバータ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ５は、例えば図２に示すように構成されている。なお、以下の説明において、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ５、ＤＣ／ＡＣコンバータ４のように複数の電力変換ユニットを有したものを包括して「電力変換装置１００」と呼ぶ。

　図２の電力変換装置１００は、エネルギー制御装置１０１と、複数の電力変換ユニット１０２ａ～１０２ｄ（以下、総称する場合には単に「電力変換ユニット１０２」と呼ぶ。）とを有する。エネルギー制御装置１０１は、上述したエネルギー制御装置４１、エネルギー制御装置５１に相当する。電力変換ユニット１０２は、上述の電力変換ユニット４ａ～４ｄ、電力変換ユニット５ａ～５ｄに相当する。

　この電力変換装置１００には、図１（ａ）に示した各種の接続機器１１０が接続される。エネルギー制御装置１０１は、接続機器１１０及び電力変換ユニット１０２との間が通信線により接続されている。エネルギー制御装置１０１は、接続機器１１０及び電力変換ユニット１０２との間で通信信号の授受が可能となっている。電力変換ユニット１０２は、接続機器１１０との間が電力線により接続されている。電力変換ユニット１０２は、接続機器１１０との間で電力の授受が可能となっている。

　この電力変換装置１００は、図３（ａ）のように、４個の電力変換ユニット１０２ａ～１０２ｄを有し、全ての電力変換ユニット１０２が筐体に収容され、全ての電力変換ユニット１０２が電力線に接続されている。この状態において、電力変換装置１００は、電力変換ユニット１０２ｂが取り外されると、図３（ｂ）に示すような電力変換装置１００Ａと、図３（ｃ）に示すような電力変換装置１００Ｂとなる。

　電力変換装置１００Ａは、残りの電力変換ユニット１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｄによって電力変換を行う。このとき、エネルギー制御装置１０１は、電力変換ユニット１０２と通信し、電力変換ユニット１０２の情報（ユニット情報）を取得する。このユニット情報は、電力変換ユニット１０２自身のＩＤや電力変換容量を含む。また、エネルギー制御装置１０１は、接続機器１１０と通信し、接続機器１１０の接続機器情報を取得する。この接続機器情報は、接続機器１１０の機器仕様や現在のステータス情報、ＩＤ等を含む。接続機器１１０の機器仕様は、例えば定格の電力、電圧、電流といった電気仕様や機器特有の情報を含む。機器特有の情報は例えば電池であれば、電池容量、電池劣化度等の情報を含む。現在のステータス状態は供給可能電力、正常状態、異常状態等の情報を含む。

　エネルギー制御装置１０１は、電力変換ユニット１０２の構成及び接続機器１１０に合わせた最適な電力制御を行う。エネルギー制御装置１０１は、取得したユニット情報と接続機器情報とに基づいて、接続機器１１０同士の電力の入出力に最適な電力変換容量を決定し、当該電力変換容量に必要な電力変換ユニット１０２を起動する。これにより、エネルギー制御装置１０１は、接続機器１１０の機器仕様、現在のステータス情報に合わせて電力変換容量を容易に変更できる。

　例えば、接続機器１１０が住宅と電動車両ＥＶの場合、エネルギー制御装置１０１は、電動車両ＥＶの蓄電池から、充放電の最大電圧、電流、蓄電池の状態（電池容量、電池劣化度、異常状態）等の情報を取得する。また、エネルギー制御装置１０１は、住宅側の充放電指令等の情報を取得する。更に、エネルギー制御装置１０１は、現在における電力変換ユニット１０２の電力変換容量として、ＤＣ／ＤＣコンバータの最大の電力変換容量が３．５ｋＷといった状態等の情報を取得する。エネルギー制御装置１０１は、各情報から充放電の判定をし、出力可能な電力変換容量に応じてＤＣ／ＤＣコンバータに指令を出力して高効率な充放電制御を行う。

　この高効率な充放電制御は、接続機器１１０への供給可能電力に応じて、エネルギー制御装置１０１によって電力変換ユニット１０２の電力変換容量を切り換える。電力変換ユニット１０２は、出力電力に応じて電力変換効率が変化する。この電力変換効率は、一般的に図６、図７の電力変換効率特性のように出力電力と定格電力の差分が小さいほど高くなり、大きいほど低くなる。したがって、エネルギー制御装置１０１は、接続機器１１０の供給可能電力を取得すると、当該供給可能電力の最大電力を高効率に出力できるよう電力変換容量を調整する。すなわち、電力変換容量が供給可能電力の最大電力に近くなるよう電力線に接続する電力変換ユニット１０２ａ～１０２ｄを選択して電力変換装置１００内の電力変換容量を切り換える。例えば、接続機器１１０間の充放電電力が１．４ｋＷ程度である場合、エネルギー制御装置１０１は、電力変換ユニット１０２ａ、１０２ｃを選択することとなる。

　一方、電力変換装置１００から取り外された電力変換ユニット１０２ｂを含む電力変換装置１００Ｂは、図３（ｃ）に示すように、他の接続機器１１０’に接続される。電力変換ユニット１０２ｂは、他の接続機器１１０’との間で通信線及び電力線を介して接続する。この状態において、電力変換ユニット１０２ｂは、接続機器１１０’と通信を行って、接続機器１１０’間で授受される電力に対してＤＣ／ＤＣ変換又はＤＣ／ＡＣ変換を行う。

　以上のように、電力変換装置１００は、電力変換ユニット１０２を着脱可能とし、複数の電力変換ユニット１０２が装着されている状態において、当該複数の電力変換ユニット１０２の合計した電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能である。一方、離脱した電力変換ユニット１０２は、自己の電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能である。すなわち、電力変換ユニット１０２は、分離元、分離先でそれぞれ並列で動作可能である。

　このような電力変換装置１００によれば、電力変換ユニット１０２を着脱可能としたことによって、各電力変換ユニット１０２の重量が軽くなり、容易に持ち運ぶことができる。また、この電力変換装置１００によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータの定格電力（電力変換容量）の変更を容易にすることができ、高効率な充放電制御を実現できる。したがって、この電力変換装置１００は、持ち運びが容易且つ高効率なパワーコンディショナを実現できる。

　また、この電力変換装置１００によれば、接続機器１１０間の供給可能電力に応じて電力変換ユニット１０２の電力変換効率が最大となるようエネルギー制御装置１０１が電力変換ユニット１０２の構成を切り換えることができる。したがって、この電力変換装置１００によれば、電力損失を抑えた高効率な電力変換を実現でき、電力の無駄を抑制できる。また、電力変換装置１００によれば、電力変換効率を高くすることによって電力変換ユニット１０２の放熱量を減少できる。したがって、放熱用ファンの小型化又は不要にすることが可能となり、小型化が図れる。

　更に、複数の電力変換ユニット１０２の組み合わせをエネルギー制御装置１０１が切り換えることによって電力変換容量を変更できるので、取り外した電力変換ユニット１０２と残った電力変換ユニット１０２とのそれぞれで、並列動作させることができる。具体的には、１つの電力変換ユニット１０２を取り外して電動車両ＥＶ同士の充放電を行い、残った電力変換ユニット１０２により住宅と電動車両ＥＶとの間の充放電を行うことができる。

　更にまた、この電力変換装置１００によれば、接続機器１１０の機器仕様に合わせて、任意の電力変換容量の電力変換ユニット１０２に入れ替えて電力変換装置１００の各電力変換ユニット１０２を合計した電力変換容量を容易に変更できる。これにより、小電力から大電力までの接続機器に対応でき、多用途化を実現できる。例えば、住宅と電動車両ＥＶの充放電だけでなく、電動車両ＥＶ同士の充放電や、電動車両ＥＶから家電等のＡＣ機器への給電を可能とする。

　比較例としては、図４に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＡＣコンバータが４ｋＷの電力変換容量で構成されている。この比較例における電力変換装置は、図５のように単一の電力変換ユニットにより構成されている。すると、単一のＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣコンバータの電力変換容量が大きいため、サイズが大きく重い。また、ＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＡＣコンバータを取り外すと、取り外した箇所では電力変換ができず、並列動作ができない。更に、この比較例では、供給可能電力に応じて電力変換容量の変更ができず、高効率で電力変換ができない問題がある。これに対し、本実施形態の電力変換装置１００によれば、電力変換容量が少ない小型且つ軽量の電力変換ユニット１０２を持ち運びでき、且つ、並列動作も実現でき、高効率な充放電制御も実現できる。　
　具体的な効果を図６及び図７を参照して説明する。

　図２に示すように、複数の電力変換ユニット１０２によって全体で４ｋＷの電力変換容量を構成し、エネルギー制御装置１０１の制御によって供給可能電力に応じた電力変換容量の最適化を実現できる。図６、図７に一般的な電力変換装置の各電力変換容量の効率特性を示す。図６（ａ）は、０．５ｋＷの電力変換ユニット１０２の電力変換効率は、０．５ｋＷの出力電力で９５％となることを示している。図６（ｂ）は、１ｋＷの電力変換ユニット１０２の電力変換効率は、１ｋＷの出力電力で９５％となることを示している。図６（ｃ）は、２ｋＷの電力変換ユニット１０２の電力変換効率は、２ｋＷの出力電力で９５％となることを示している。したがって、この電力変換装置１００は、接続機器１１０で授受される供給可能電力に合わせて電力変換ユニット１０２の組み合わせをエネルギー制御装置１０１の制御で切り換えることによって、電力変換効率を高くできる。

　例えば接続機器１１０の供給電力が０．５ｋＷの場合、０．５ｋＷの電力変換ユニット１０２のみを動作させれば、９５％の電力変換効率を実現できる。１ｋＷの充放電電力の場合には０．５ｋＷの電力変換ユニット１０２を２台起動、又は１ｋＷの電力変換ユニット１０２のみを起動すれば、電力変換効率は９５％にできる。２ｋＷの出力電力の場合には０．５ｋＷの電力変換ユニット１０２を２台、１ｋＷの電力変換ユニット１０２を起動すれば電力変換効率は９５％にできる。４ｋＷの出力電力の場合には０．５ｋＷの電力変換ユニット１０２を２台、１ｋＷの電力変換ユニット１０２、２ｋＷの電力変換ユニット１０２を起動すれば電力変換効率は９５％にできる。

　これに対し、単一の４ｋＷの電力変換ユニット１０２の場合には、図７に示すように、４ｋＷ付近の出力電力でない場合には、電力変換効率が低下してしまう。具体的には、４ｋＷの充放電電力の場合には電力変換効率は９５％にできる。しかし、０．５ｋＷの充放電電力の場合には電力変換効率は７０％となり、１ｋＷの充放電電力の場合には電力変換効率は８０％であり、２ｋＷの充放電電力の場合には電力変換効率は９０％となってしまう。

　したがって、本実施形態の電力変換装置１００によれば、接続機器１１０の供給可能電力に応じて電力変換ユニット１０２の組み合わせをエネルギー制御装置１０１によって制御して、電力変換効率を向上できる。

　つぎに、上述した電力変換装置１００において、エネルギー制御装置１０１及び電力変換ユニット１０２の構成について説明する。

　エネルギー制御装置１０１は、図８に示すように、着脱機構１１１、結合ロック機構１１２を有する。一方で、電力変換ユニット１０２は、図９に示すように、着脱機構１２１、結合ロック機構１２２を有する。

　エネルギー制御装置１０１の着脱機構１１１と電力変換ユニット１０２の着脱機構１２１は、互いに装着及び離脱するような機構を有している。互いの着脱機構１１１、１２１は、各電力変換ユニット１０２の筐体とエネルギー制御装置１０１の筐体との間を、当該各筐体の外面同士で結合する。ユーザによってエネルギー制御装置１０１の筐体と電力変換ユニット１０２の筐体とを密着させることによって、エネルギー制御装置１０１と電力変換ユニット１０２とが相互の着脱機構１１１、１２１によって機械的に装着可能である。また、着脱機構１１１、１２１によって装着された状態で、エネルギー制御装置１０１の結合ロック機構１１２と電力変換ユニット１０２の結合ロック機構１２２とは、当該装着状態をロックする。この結合ロック機構１１２、１２２によって、着脱機構１１１、１２１による装着状態は、ロックが解除されない限り固定されたものとなる。

　また、電力変換ユニット１０２は、他の電力変換ユニット１０２との間でも、互いの着脱機構１１１によって、相互の電力変換ユニット１０２の筐体同士を密着させて機械的に装着可能である。また、相互の結合ロック機構１１２は、電力変換ユニット１０２同士の着脱機構１１１による装着状態を、ロックが解除されない限り固定できる。

　このような着脱機構１１１、１２１、結合ロック機構１１２、１２２によれば、エネルギー制御装置１０１と電力変換ユニット１０２又はエネルギー制御装置１０１同士の筐体同士を密着させて装着及びロックをすることができる。したがって、このエネルギー制御装置１０１及び電力変換ユニット１０２によれば、ユーザによって簡単に持ち運びができるサイズ、重さにしても、安全性を向上できる。例えば、筐体同士を結合した状態でロックすることにより、地震等による意図しない分離を防止できる。　
　エネルギー制御装置１０１は、内部に、制御部１１３、電源スイッチ１１４、通信Ｉ／Ｆ１１５、表示装置１１６、記憶部１１７、及び、情報入力装置１１８を有する。

　制御部１１３は、エネルギー制御装置１０１の動作を制御するマイコン等で構成される。

　電源スイッチ１１４は、電力変換ユニット１０２における電力変換動作を許可又は禁止で切り換える。電源スイッチ１１４は、ユーザにより操作可能な物理的なスイッチであってもよく、制御部１１３の表示画面上で設定するものであってもよい。電源スイッチ１１４は、安全性を向上させるため、オフとされた場合には電力線に接続された各電力変換ユニット１０２を停止させることができる。

　エネルギー制御装置１０１に電源スイッチ１１４を備えることにより、各電力変換ユニット１０２に備える電源スイッチを削減できる。

　また、電力変換ユニット１０２の電力変換容量をユニット数の増減により変更する場合、電力変換動作中の変更は危険となる。このため、エネルギー制御装置１０１の電源スイッチ１１４をオフとすることにより、全電力変換ユニット１０２の動作を停止させる。その後、各電力変換ユニット１０２の動作停止を後述の表示装置１３１により確認後に、後述の電力変換ユニット１０２の電源端子１２４，１２８から電源ケーブルと通信ケーブルを外してユニット数の変更を行うことができる。

　通信Ｉ／Ｆ１１５は、通信線を介して接続機器１１０及び電力変換ユニット１０２と接続される。通信Ｉ／Ｆ１１５は、接続機器１１０から接続機器の情報を受信し、電力変換ユニット１０２からユニット情報を受信する。

　表示装置１１６は、ＬＥＤやディスプレイ等からなり、制御部１１３の制御に従って、各種の情報を表示する。この表示装置１１６は、特に、電力変換ユニット１０２が停止している情報や、電力変換ユニット１０２の異常を表示して、ユーザに提示する。これにより電力変換装置１００は、安全性を向上できる。

　記憶部１１７は、電力変換ユニット１０２を動作させている最中において、当該電力変換ユニット１０２から供給された電圧、電流情報を記憶しておく。また、記憶部１１７は、電源スイッチ１１４によるスイッチ状態を記憶しておく。更に、記憶部１１７は、通信Ｉ／Ｆ１１５により受信した接続機器１１０の情報や電力変換ユニット１０２のユニット情報を記憶する。また、記憶部１１７は、予め接続機器１１０や電力変換ユニット１０２の機器仕様やＩＤ等の情報を記憶する。

　情報入力装置１１８は、接続機器の情報を入力する。情報入力装置１１８は、ユーザが接続機器１１０を確認した上で操作される。この情報入力装置１１８は、表示装置１１６に内蔵されたタッチパネルであってもよく、テンキー等であってもよい。

　制御部１１３は、通信Ｉ／Ｆ１１５によって接続機器１１０から取得した情報と記憶部１１７に記憶された情報と機器仕様やＩＤ等を参照する。この参照により、制御部１１３は、電力線に装着された電力変換ユニット１０２の組み合わせと、接続機器１１０に供給する電力に応じて、当該電力線に接続された電力変換ユニット１０２のうち電力変換を実施する電力変換ユニット１０２を選択する。具体的には、制御部１１３は、接続機器１１０の情報によって取得した供給可能電力に応じて、最適な電力変換効率となるよう電力変換ユニット１０２の組み合わせを選択する。

　また、制御部１１３は、情報入力装置１１８により入力した接続機器１１０の機器仕様の情報と、各電力変換ユニット１０２から受信した実際の電圧、電流値の情報とが異なり、定格外の値だった場合に、当該各電力変換ユニット１０２の動作を停止する。例えば、エネルギー制御装置１０１に登録した接続機器１１０の情報である定格の電圧・電流値等と、実際の電力変換ユニット１０２の電圧／電流検出回路１２５、１２９で検出した電力変換装置１００の入出力電圧、電流値等が異なり、定格外の場合ある。このとき、制御部１１３は、通信Ｉ／Ｆ１１５を介して当該電力変換ユニット１０２に対して停止信号を送信する。電力変換ユニット１０２の動作を停止させると、制御部１１３は、当該電力変換ユニットの動作の停止を表示装置１１６に提示する。

　これにより電力変換装置１００は、現在の入出力電圧、電流等と接続機器１１０の機器仕様とが適合しない場合であっても、当該状態を検出して提示できる。これにより、電力変換装置１００は、安全性を向上できる。

　制御部１１３は、記憶部１１７又は電力変換ユニット１０２に接続機器情報が登録されていない場合、情報入力装置１１８から接続機器情報を記憶部１１７に登録できる。これにより、エネルギー制御装置１０１に登録した接続機器情報に基づいて、制御部１１３は、各電力変換ユニット１０２に起動／停止や供給電力量の情報を送信して、全体の電力変換容量を調整できる。このような情報入力装置１１８をエネルギー制御装置１０１に備えることによって、電力変換ユニット１０２を組み合わせて並列動作が可能となる。

　更に、制御部１１３は、各電力変換ユニット１０２から入出力の電圧、電流値等の異常を検知した場合には当該異常が通信Ｉ／Ｆ１１５を介して通知される。なお、制御部１１３は、各電力変換ユニット１０２の入出力値に限らず、その他の各電力変換ユニット１０２の異常も検知してもよい。これに応じ、制御部１１３は、各電力変換ユニット１０２から異常が通知された場合に、当該各電力変換ユニット１０２の動作を停止するよう制御信号を送信する。そして、制御部１１３は、動作を停止する制御をして当該電力変換ユニットの異常を表示装置１１６によって表示することによってユーザに提示する。

　また、電力変換ユニット１０２は、内部に、制御部１２３、電源端子１２４、電圧／電流検出回路１２５、通信Ｉ／Ｆ１２６、パワー部１２７、電源端子１２８、電圧／電流検出回路１２９、記憶部１３０、及び、表示装置１３１を有する。

　パワー部１２７は、電力変換を実施する電力変換部である。このパワー部１２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路又はＤＣ／ＡＣコンバータ回路を含んでいる。このパワー部１２７により入出力される電力は、電源端子１２４、電源端子１２８を介して接続機器１１０との間で授受される。また、電源端子１２４を介して接続機器１１０との間で授受される電力は、電圧／電流検出回路１２５により検出される。電源端子１２８を介して接続機器１１０との間で授受される電力は、電圧／電流検出回路１２９により検出される。この検出された電圧又は電流は、制御部１２３の制御によって、通信Ｉ／Ｆ１２６からエネルギー制御装置１０１に送信される。

　記憶部１３０は、パワー部１２７に接続される接続機器１１０の機器仕様やＩＤ等の情報を記憶する。また、記憶部１３０は、自己のユニット情報としての機器仕様やＩＤ等の情報を記憶している。

　通信Ｉ／Ｆ１２６は、接続機器１１０又はエネルギー制御装置１０１と通信する通信部として機能する。

　表示装置１３１は、ＬＥＤやディスプレイ等からなり、制御部１１３の制御に従って、各種の情報を表示する。この表示装置１３１は、特に、電力変換ユニット１０２が停止している情報や、電力変換ユニット１０２の異常を表示して、ユーザに提示する。これにより電力変換装置１００は、安全性を向上できる。

　制御部１２３は、通信Ｉ／Ｆ１２６によって接続機器１１０から取得した情報と記憶部１３０に記憶されたユニット情報と機器仕様やＩＤ等を照合する。接続機器１１０の情報が記憶部１３０に登録済みであれば、当該登録済みの接続機器１１０に対応した電力変換制御プログラムを読み出す。これにより、エネルギー制御装置１０１を使用することなく、電力変換ユニット１０２単体でパワー部１２７により電力変換を制御する。

　また、制御部１２３は、ユニット情報をエネルギー制御装置１０１に送信する。これにより、エネルギー制御装置１０１は、各電力変換ユニット１０２の電力変換容量の合計から電力変換装置１００内の電力変換容量を算出し、上述したように接続機器の仕様を満たせるか判定できる。更に制御部１２３は、電力変換を行っているときに、パワー部１２７で入出力する電力の電圧値、電流値をエネルギー制御装置１０１に出力する。これにより、エネルギー制御装置１０１は、電力変換ユニット１０２により異常な入出力値を検知した場合に、当該電力変換ユニット１０２に対して動作を停止するよう制御できる。

　このような電力変換ユニット１０２ａは、図１０に示すように、単一でも電力変換可能である。この場合、電力変換ユニット１０２ａは、接続機器１１０’の情報が記憶部１３０に登録済みである場合には、接続機器１１０’と通信して認証処理を行う。このとき、電力変換ユニット１０２ａは、接続機器１１０’が接続されたことを電源端子１２４、電源端子１２８の装着により検出する。これに応じ、制御部１２３は、接続された接続機器１１０’に対して接続機器情報を送信するよう要求して、接続機器１１０’から接続機器情報としてのＩＤを取得する。制御部１２３は、取得した接続機器情報と記憶部１３０に記憶している接続機器情報とを照合して、電力変換を行うか否かを判定する。制御部１２３は、ＩＤを照合して、記憶部１３０に記憶しているＩＤで接続機器１１０’が電力供給可能な状態である場合には、電力変換を開始する。これにより、電力変換ユニット１０２ａは、予め設定した接続機器１１０’を示すＩＤ又は予め設定した接続機器１１０’の種類を示すＩＤを有する場合には、エネルギー制御装置１０１を使用することなく電力変換を行うことができる。

　また、電力変換ユニット１０２ａは、記憶部１３０に接続された接続機器１１０’の情報が記憶されていない場合には、図１１のように構成し、エネルギー制御装置１０１ａの制御に従って電力変換ユニット１０２によって電力変換を行う。このとき、エネルギー制御装置１０１ａは、接続機器１１０’と通信を行って、当該接続機器１１０’の接続機器情報としての機器仕様やＩＤ等を取得する。電力変換ユニット１０２ａは、エネルギー制御装置１０１ａにより取得した出力電力、電圧、電流値等の指令情報に従って電力変換を行う。

　以上のように、電力変換装置１００における電力変換ユニット１０２は、１つの電力変換ユニット１０２のみであっても記憶部１３０に接続機器１１０’の情報が予め格納されていれば電力変換が可能である。また、電力変換ユニット１０２は、エネルギー制御装置１０１を有していれば、予め登録されていない接続機器１１０’であっても接続して電力変換が可能である。

　したがって、接続機器１１０に拘わらず、１つの電力変換ユニット１０２のみ、又はエネルギー制御装置１０１と電力変換ユニット１０２の組み合わせで動作可能であり、電力変換ユニット１０２のユニット数と各容量は任意である。これにより、電力変換ユニット１０２の多用途化、並列動作が可能となる。更に、予め登録された接続機器１１０’であればエネルギー制御装置１０１を不要とすることができる。

　なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

　特願２０１１－２５４７２９号（出願日：２０１１年１１月２２日）の全内容は、ここに援用される。

　本発明によれば、電力変換ユニットを着脱可能としたことによって、各電力変換ユニットの重量が軽くなり、容易に持ち運ぶことができる。

　１００　電力変換装置
　１０１　エネルギー制御装置（統括制御部）
　１０２　電力変換ユニット
　１２７　パワー部（電力変換部）
　１３０　記憶部（電力変換ユニット）
　１１７　記憶部（エネルギー制御装置）
　１１０　接続機器
　１２６　通信Ｉ／Ｆ（通信部）
　１１３　制御部（電力変換ユニット）
　１２３　制御部（エネルギー制御装置）
　１１４　電源スイッチ
　１１１、１２１　着脱機構
　１１２、１２２　結合ロック機構（ロック機構）
　１１８　情報入力装置（情報入力部）

Claims

　筐体と、
　前記筐体に収容され、電力変換装置全体の電力変換容量のうちの一部の電力変換容量が割り当てられた電力変換ユニットを複数有し、
　各電力変換ユニットが、他の電力変換ユニットが接続された電力線と着脱可能とし、
　前記複数の電力変換ユニットが前記電力線に装着されている状態において、当該複数の電力変換ユニットの合計した電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能であり、
　各電力変換ユニットが前記電力線から離脱している状態において、当該各電力変換ユニットは、自己の電力変換容量の範囲内で電力変換が実施可能であること
　を特徴とする電力変換装置。
　前記各電力変換ユニットは、
　電力変換を実施する電力変換部と、
　前記電力変換部に接続される接続機器の情報を記憶する記憶部と、
　前記接続機器と通信する通信部と、
　前記通信部によって前記接続機器から取得した情報と前記記憶部に記憶された情報とを照合して、前記接続機器の仕様に合わせた電力変換を前記電力変換部にて制御する制御部と
　を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
　前記電力変換部に接続される接続機器の情報と前記電力線に装着された各電力変換ユニットの情報を記憶する記憶部と、
　前記接続機器又は前記各電力変換ユニットと通信する通信部と、
　前記通信部によって前記接続機器から取得した情報と前記記憶部に記憶された情報とを参照をして、前記接続機器から取得した機器仕様に合わせた電力変換を実施するために、前記各電力変換ユニットから取得した情報に基づいて、前記各電力変換ユニットの組み合わせを選択して、前記各電力変換ユニットの電力変換制御を実施する制御部を備える統括制御部と、
　前記各電力変換ユニットは、前記統括制御部と通信する通信部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
　前記統括制御部は、
　前記接続機器の情報を入力する情報入力部を有し、
　前記情報入力装置により入力した前記接続機器の情報を前記記憶部に格納し、前記接続機器の情報である前記接続機器の仕様に合わせた前記電力変換を実施する電力変換ユニットを選択することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
　前記各電力変換ユニットは電圧/電流検出回路を有し、
　前記統括制御部は、前記情報入力部により入力した前記接続機器の仕様の情報と、前記各電力変換ユニットの電圧/電流検出回路が動作時に検出した電圧、電流値が前記接続機器の定格外の場合に、異常状態と判定し、当該各電力変換ユニットの動作を停止し、当該電力変換ユニットの動作の停止を提示することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
　各電力変換ユニットが異常を検知した場合には当該異常を前記統括制御部に通知し、
　前記統括制御部は、前記各電力変換ユニットから異常が通知された場合に、当該各電力変換ユニットの動作を停止し、当該電力変換ユニットの異常を提示することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
　前記統括制御部は電源スイッチを有し、前記電源スイッチがオフとされた場合には前記電力線に接続された各電力変換ユニットを停止させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電力変換装置。
　前記各電力変換ユニット及び前記統括制御部は、前記各電力変換ユニットの筐体と前記統括制御部の筐体との間を、当該各筐体の外面同士で結合する着脱機構と、当該着脱機構による装着状態をロックするロック機構とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の電力変換装置。