直流電力機器駆動システム及び電力変換器
【課題】直流電力機器駆動システムにおいて、電力変換器において発生する電力損失を低減する。
【解決手段】電力変換器は、直流機器から送信された必要最低電力値のデータをあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで得られる必要最低電圧と分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ電力変換器は短絡状態となり、必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ電力変換器は昇圧動作となるように構成する。
【解決手段】電力変換器は、直流機器から送信された必要最低電力値のデータをあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで得られる必要最低電圧と分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ電力変換器は短絡状態となり、必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ電力変換器は昇圧動作となるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を配電するシステム、特に太陽電池や蓄電池などの分散電源や直流負荷を持つ家庭等で用いる直流配電システムにおいて、直流電力を用いて動作する機器と、その間に配される電力変換器の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般家庭、オフィス等における電力系統は商用電力による交流配電が主体となっている。これに対し、分散電源として太陽電池や燃料電池等の直流発電装置あるいは鉛蓄電池等の蓄電装置を設置した場合があるが、この場合は発電等により得られた直流電圧を必要に応じて昇圧あるいは降圧し、直流／交流電力変換装置により交流に変換して商用電力の交流給電系統に連系していた。
【０００３】
一方、近年、燃料電池および太陽光発電装置等により得られた直流電力や、蓄電池の直流電力を駆動源として動作する電気機器が、省エネ性の向上を図る手段として議論されてきており、今後は、住宅やビル等においてこのような直流対応型の電気機器に対して直流電力を安定的に供給するための直流配電システムが普及するものと考えられている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されたものなどは、分散電源で発電された直流電力を電力変換器によって所望の電圧の直流電力に変換され、住宅などの各部屋に設置された直流コンセント等の直流アウトレットに対して直流供給線路を介して配電する直流配電システムに、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として備える照明器具や、パーソナルコンピュータなど直流電力の供給を受けて動作する直流機器が接続されることを想定し、直流機器には直流電力が供給されることとなるため内部に交流／直流変換回路が不要になることで得られるコストメリットや省エネ性の向上効果が得られることを前提に述べられている。
【０００５】
図１３は、特許文献１に開示されたシステムである。
【０００６】
直流発電装置として例えば燃料電池２１と、直流端が燃料電池２１の出力に接続され、交流端が商用電源１と交流負荷用の交流コンセント群１０とに接続されている双方向直流／交流電力変換装置８と、入力が燃料電池２１の出力と双方向直流／交流電力変換装置８の直流端とに接続されている直流電力変換装置９と、直流電力変換装置９に接続されている直流負荷用の直流コンセント群１１によって構成されている。
【０００７】
この直流コンセントヘの配電は、燃料電池２１が発電中においては直流電力変換装置９のみを介して行われ、燃料電池が停止中あるいは起動中においては商用電源１から双方向直流／交流電力変換装置８および直流電力変換装置９を介して行われるものとしている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されたものなどは、商用電源と太陽電池が出力する直流電力を併用する機器について記載されたものであり、機器が必要とする電力が太陽電池から出力される直流電力だけでは不足するといった場合においては、商用電源からの交流電力によってその不足分を賄えるといった構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２０４６８２号公報
【特許文献２】特開平７−２８１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１に示されたようなシステム構成では、分散電源と機器の間において電力変換器が配されており、機器に入力される所望の電圧値に昇圧動作あるいは降圧動作がなされていることによる、この部分における電力損失が避けられない状態となっている。
【００１１】
また、上述した特許文献２に示されたようなシステム構成では、機器の中に交流／直流変換回路が配されたままであり、直流電力を利用した機器におけるコストメリットが十分に引き出されておらず、むしろ、交流電力と直流電力を併用することで必要となる部品追加によってコストアップする懸念がある。
【００１２】
本発明は、前述の問題点を解決するものであって、直流電力で駆動する機器と直流配電システムにおける電力変換器との連携制御によって、電力損失を最大限に抑制できる直流電力機器駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電力機器駆動システムは、少なくとも分散電源と、直流電力を受給し駆動する直流機器と、前記分散電源と前記直流機器の間に挿入され、前記分散電源が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と電力変換回路と前記電力変換回路を短絡状態にすることができる短絡手段とを備えた電力変換器とで構成される直流電力機器駆動システムにおいて、前記直流機器はリモコンやスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を導出し、前記電力変換器にデータ送信を行い、前記電力変換器はデータ受信した必要最低電力値をあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで得られる必要最低電圧と前記分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ前記電力変換器は前記短絡手段によって短絡状態となり、必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ前記電力変換器は前記電力変換回路によって昇圧動作が行われることを特徴とする。
【００１４】
これにより、分散電源において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力されていたならば、電力変換器内の電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る直流電力機器駆動システムによれば、電力変換器における電力損失を最大限に抑制することが可能である上に、電力線上の電圧が常時高電圧で維持されている状態ではないため安全性の観点において有利であり、電力変換回路が休止している期間があるため回路内の構成される部品の長寿命化につながるといった効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における直流電力機器駆動システムの構成を示す図
【図２】実施の形態１における電力変換器の内部を示す図
【図３】実施の形態１における直流機器の内部を示す図
【図４】実施の形態１における燃料電池を配線接続した状態を示す図
【図５】実施の形態１における直流機器と電力変換器の制御フローの一部を示す図
【図６】実施の形態１における蓄電池を接続した場合の電力変換器の内部を示す図
【図７】実施の形態１における太陽電池を接続した場合の電力変換器の内部を示す図
【図８】実施の形態１における太陽電池の特性を示す図
【図９】実施の形態２における直流電力機器駆動システムの構成の一部を示す図
【図１０】実施の形態３における直流電力機器駆動システムの構成の一部を示す図
【図１１】実施の形態４における電力変換器の内部を示す図
【図１２】実施の形態４における短絡手段の動作タイミングの説明図
【図１３】従来技術による宅内配電における機器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、少なくとも分散電源と、直流電力を受給し駆動する直流機器と、分散電源と直流機器の間に挿入され、分散電源が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と電力変換回路と電力変換回路を短絡状態にすることができる短絡手段とを備えた電力変換器とで構成される直流電力機器駆動システムにおいて、直流機器はリモコンやスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を導出し、電力変換器にデータ送信を行い、電力変換器はデータ受信した必要最低電力値をあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで得られる必要最低電圧と分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ電力変換器は短絡手段によって短絡状態となり、必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ電力変換器は電力変換回路によって昇圧動作が行われることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、分散電源において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力されていたならば、電力変換器内の電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明の分散電源のひとつとして燃料電池が配され、燃料電池に接続される電力変換器の電力変換回路は単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、燃料電池から出力される直流電力を直流機器まで搬送する際の電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００２１】
第３の発明は、特に第１の発明の分散電源のひとつとして蓄電池が配され、蓄電池に接続される電力変換器の電力変換回路は双方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、他の分散電源から蓄電池への充電を可能とし、蓄電池から出力される直流電力を直流機器まで搬送する際は電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００２３】
第４の発明は、特に第１の発明の分散電源のひとつとして太陽電池が配され、太陽電池に接続される電力変換器の電力変換回路は最大電力点追従機能を併せもつ単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とするものである。
【００２４】
これにより、電力変換回路によって昇圧動作が行われる場合においては、太陽電池の出力電力を最大限に取り出すことが可能となり、太陽電池において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力された場合においては、電力変換器内の電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００２５】
第５の発明は、特に第１の発明の直流機器から電力変換器に対して行われるデータ通信が直流機器と電力変換器との間で接続される電力線を利用した電力線搬送通信によって行われることを特徴とするものである。
【００２６】
これにより、データ通信用の専用配線を設けなくても動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができる。
【００２７】
第６の発明は、特に第１の発明の直流機器と電力変換器に無線通信手段が具備され、直流機器から電力変換器に対して行われるデータ通信が無線通信手段によって行われることを特徴とするものである。
【００２８】
これにより、データ通信用の専用配線を設けなくても動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができる。
【００２９】
第７の発明は、特に第１の発明の短絡手段が機械的接点を具備したリレーと半導体スイッチ素子で構成され、分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上の場合は、リレーを動作させ電力変換回路を短絡状態にする前に半導体スイッチ素子によって直流機器への通電が行われることを特徴とするものである。
【００３０】
これにより、短絡手段における動作時間の短縮を図るとともにリレーのチャタリングによる動作不安定期間をなくした信頼性の高いシステムを実現することができる。
【００３１】
本発明は、第１の発明から第７の発明の要部を実施の形態とすることにより本発明の目的を達成できるため、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための形態の説明とする。
【００３２】
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各実施の形態の説明において、同一構成並びに同一作用効果を奏するところには、同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における直流電力機器駆動システムの構成を示す説明図である。
【００３４】
商用電源１が出力する交流電力は宅内配線７を介して搬送され、交流／直流電力変換器５と交流機器６に供給され、交流／直流電力変換器５で変換された直流電力が直流機器４に供給されるように接続されている。
【００３５】
また、直流機器４には宅内配線７を介して電力変換器３が出力する直流電力も供給されるように接続されており、電力変換器３には分散電源２の出力電力が入力されているよう配線されているため、直流機器４を駆動する電力源として、商用電源１と分散電源２の出力する電力によって直流機器４が駆動できるシステムとなっている。
【００３６】
電力変換器３については内部の概略構成も示したが、電力変換回路３２と短絡手段３３が並列状態で接続されていて、分散電源２が接続される入力側には分散電源２が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段３１が設けられている。
【００３７】
図２は、電力変換器３の内部を詳しく示したものである。
【００３８】
電力変換器３には図１でも説明したように、分散電源出力電圧検出手段３１と電力変換回路３２と短絡手段３３の他に電力変換器制御部３４が設けられており、電力変換器制御部３４では、データ通信用配線７３によって送られてくるデータと分散電源出力電圧検出手段３１で検出される分散電源出力電圧のアナログ値の入力や、電力変換回路３２と短絡
手段３３の制御を行っている。
【００３９】
分散電源出力電圧検出手段３１は、抵抗器３５によって分圧されたアナログ値を電力変換器制御部３４に伝達する構成とし、直流電力搬送を行う正側配線７１と負側配線７２の間に配した。
【００４０】
電力変換回路３２には、直流電力搬送を行う正側配線７１上にチョークコイル３７とダイオード３９を配し、両者の接続点と負側配線７２の間にスイッチング素子３８が接続されるようにするとともに、ダイオード３９のカソード側と負側配線７２の間にもコンデンサ３６を接続した。
【００４１】
上述した構成によって電力変換回路３２は、電力変換器制御部３４によるスイッチング素子３８のＰＷＭ制御によって達成される単方向型の昇圧ＤＣＤＣコンバータ機能をもつことになり、分散電源２からの出力電圧よりも高い電圧を直流機器４へ給電することが可能となった。
【００４２】
電力変換回路３２における正側配線７１の入出力両端に短絡手段３３として機械的接点によって導通がなされるリレーを接続し、電力変換器制御部３４の制御信号によって電力変換回路３２を短絡状態とすることが可能なようにもした。
【００４３】
図３は、直流機器４の内部を詳しく示したものである。
【００４４】
直流機器４には、正側配線７１と負側配線７２によって搬送された直流電力を直流機器制御部が動作可能な電圧に調整する電源回路４１や直流機器４の制御をつかさどる直流機器制御部４２が備えられており、直流機器制御部４２はモータや弁などのアクチュエータを動作させる機器駆動部４３や操作スイッチやタッチパネルなどのインターフェース部４４で構成されている。
【００４５】
また、直流機器制御部４２はデータ通信用配線７３を利用して電力変換器３とのデータ通信も可能としている。
【００４６】
図４は、図１において分散電源２の具体例として燃料電池２１とした場合の燃料電池２１、電力変換器３と直流機器４を配線接続した様子を示したものである。
【００４７】
燃料電池２１と電力変換器３は直流電力搬送のための正側配線７１と負側配線７２の二本の宅内配線で接続され、電力変換器３と直流機器４は正側配線７１と負側配線７２とデータ通信用配線７３の三本の宅内配線で接続されている。
【００４８】
図５は、図４に示した構成において、電力変換器３と直流機器４の制御フローについて示したものである。
【００４９】
まず、直流機器制御部４２は、使用者が操作スイッチやタッチパネルなどのインターフェース部４４で行った設定を認識する（Ｓｔｅｐ１）。次に、機器駆動部４３によってモータや弁などのアクチュエータをどのように動作させるかの運転モードを決定する（Ｓｔｅｐ２）。さらに、決定された運転モードにおいての必要最低電力値を演算し（Ｓｔｅｐ３）、電力変換器３へデータ送信する（Ｓｔｅｐ４）。
【００５０】
電力変換器制御部３４では、必要最低電力値が受信されると（Ｓｔｅｐ５）、必要最低電力値をあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで必要最低電圧を得（Ｓｔｅｐ６）、さらに、分散電源出力電圧検出手段３１で得られるアナログ値
を分散電源出力電圧として検出する（Ｓｔｅｐ７）。
【００５１】
次に、電力変換器制御部３４は、分散電源出力電圧と必要最低電圧を比較し（Ｓｔｅｐ８）、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ短絡手段３３を短絡状態にし（Ｓｔｅｐ９）、電力変換回路３２におけるスイッチング素子３８のＰＷＭ制御を休止する（Ｓｔｅｐ１０）。
【００５２】
分散電源出力電圧と必要最低電圧の比較で、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きくなければ、電力変換器制御部３４は短絡手段３３を開放状態にし（Ｓｔｅｐ１１）、電力変換回路３２におけるスイッチング素子３８のＰＷＭ制御で昇圧動作を行う（Ｓｔｅｐ１２）。
【００５３】
図６は、分散電源として蓄電池２２を用いた場合の電力変換器３の内部を詳しく示したものである。
【００５４】
図２で示した電力変換器３と同様に、分散電源出力電圧検出手段３１と電力変換回路３２と短絡手段３３と電力変換器制御部３４が設けられており、電力変換器制御部３４では、データ通信用配線７３によって送られてくるデータと分散電源出力電圧検出手段３１で検出される分散電源出力電圧のアナログ値の入力や、電力変換回路３２と短絡手段３３の制御を行っている。
【００５５】
電力変換回路３２には、直流電力搬送を行う正側配線７１上にチョークコイル３７と第一のダイオード３９が並列接続された第一のスイッチング素子３８を配し、両者の接続点と負側配線７２の間に第二のダイオード３９が並列接続された第二のスイッチング素子３８が接続されるようにするとともに、第一のスイッチング素子３８のコレクタ側と負側配線７２の間にもコンデンサ３６を接続した。
【００５６】
上述した構成によって電力変換回路３２は、電力変換器制御部３４による第一、第二のスイッチング素子３８両者のＰＷＭ制御によって達成される双方向型の昇降圧ＤＣＤＣコンバータ機能をもつことになり、蓄電池２２からの出力電圧よりも高い電圧を直流機器４へ給電することが可能となるとともに、他の分散電源２や商用電源１が出力する電力を降圧して蓄電池２２へ搬送することが可能となった。
【００５７】
図７は、分散電源として太陽電池２３を用いた場合の電力変換器３の内部を詳しく示したものである。
【００５８】
主な構成は図２に示した電力変換器３と同様であるが、電力変換器制御部３４には太陽電池２３のエネルギーを電力として最大限に取り出すことを目的とした制御を行う最大電力点追従制御部３４１が具備されている。
【００５９】
太陽電池２３は図８に示すように、日射量や温度によって電圧−電流出力特性が異なり、図中のポイントＷｍａｘで示すように条件によって最大電力が取り出せる最適動作点が変化する。
【００６０】
電力変換器制御部３４に付加された最大電力点追従制御部３４１は、時々刻々変化する最適動作点を追従する格好で電力変換回路３２を動作させ、より高効率な運転状態とする目的を達成している。
【００６１】
これまでに上述してきた構成と制御によって、本実施の形態１においては、分散電源において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力されていたならば、電力変換器
内の短絡手段によって電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することが可能となった。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照して説明する。
【００６３】
図９は、本発明の実施の形態２における直流電力機器駆動システムの電力変換器３と直流機器４を配線接続した様子を示したものである。
【００６４】
電力変換器３と直流機器４に変復調装置７４を設け、直流電力搬送のための正側配線７１と負側配線７２においてデータ信号を重畳させた電力線搬送通信を行うことによって、電力変換器３と直流機器４は正側配線７１と負側配線７２の二本の宅内配線で接続される構成とした。
【００６５】
本発明の実施の形態２においてのデータ通信に関しては、まず、直流機器制御部４２からデータ通信用配線７３を介して送信された必要最低電力値のデータ信号は、直流機器４の変復調装置７４によって変調され、さらに正側配線７１と負側配線７２間の直流電圧に重畳されて電力変換器３へ送られる。
【００６６】
さらに、電力変換器３の変復調装置７４で正側配線７１と負側配線７２間の直流電圧に重畳されたデータ信号を復調させ、データ通信用配線７３を介して電力変換器制御部３４へと送られるものとした。
【００６７】
これによって、宅内配線においてデータ通信用の専用配線を設けなくてもシステムの連携動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができた。
【００６８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について図面を参照して説明する。
【００６９】
図１０は、本発明の実施の形態３における直流電力機器駆動システムの電力変換器３と直流機器４を配線接続した様子を示したものである。
【００７０】
電力変換器３と直流機器４に無線通信アダプタ７５を設け、両機器間において無線通信を行うことによって、電力変換器３と直流機器４は正側配線７１と負側配線７２の二本の宅内配線で接続される構成とした。
【００７１】
本発明の実施の形態３においてのデータ通信に関しては、直流機器制御部４２からデータ通信用配線７３を介して送信された必要最低電力値のデータ信号が、直流機器４の無線通信アダプタ７５によって無線電波７６として放出され、電力変換器３の無線通信アダプタ７５で無線電波７６を拾い、データ通信用配線７３を介して電力変換器制御部３４へと送られるものとした。
【００７２】
これによって、本発明の実施の形態２と同様、宅内配線においてデータ通信用の専用配線を設けなくてもシステムの連携動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができた。
【００７３】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について図面を参照して説明する。
【００７４】
図１１は、本発明の実施の形態４における直流電力機器駆動システムの電力変換器３の
内部を詳しく示したものである。
【００７５】
電力変換器３には上述してきたように、分散電源出力電圧検出手段３１と電力変換回路３２と短絡手段３３と電力変換器制御部３４が設けられており、短絡手段３３は機械的接点を具備したリレー３３１と半導体スイッチ素子３３２が並列接続されており、分散電源出力電圧検出手段３１で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上の場合は、リレー３３１を動作させ電力変換回路３２を短絡状態にする前に半導体スイッチ素子３３２によって直流機器への通電が行われるようにした。
【００７６】
電力変換器制御部３４からの制御信号によってリレー３３１と半導体スイッチ素子３３２が動作されるが、その動作タイムチャートを図１２に示す。
【００７７】
電力変換器制御部３４において分散電源出力電圧検出手段３１で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上であると認識され、分散電源出力電圧と必要最低電圧を比較した結果、短絡手段３３を短絡状態にすると判断した場合、まず、ターンオンディレイタイムがリレー３３１よりも短く高速動作する半導体スイッチ素子３３２がＯＮされ直流機器４への通電が開始された後、リレー３３１をＯＮさせる。
【００７８】
その後、リレー３３１の機械的接点部分が確実に接触に至ったと思われる時間経過後に半導体スイッチ素子３３２をＯＦＦさせ、リレー３３１のみでの短絡状態とするシーケンスとした。
【００７９】
これにより、半導体スイッチ素子の高速動作によって短絡手段における動作時間の短縮を図るとともにリレーのチャタリングによる動作不安定期間をなくした信頼性の高いシステムを実現することが可能となった。
【００８０】
以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、住宅内の配電システムに限らず、商業ビルや工場、また、電力系統が整備されていないような電力の地産地消を行う地域における直流配電システムなどにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 商用電源
２ 分散電源
３ 電力変換器
４ 直流機器
５ 交流／直流電力変換器
６ 交流機器
７ 宅内配線
８ 双方向直流／交流電力変換装置
９ 直流電力変換装置
１０ 交流コンセント群
１１ 直流コンセント群
２１ 燃料電池
２２ 蓄電池
２３ 太陽電池
３１ 分散電源出力電圧検出手段
３２ 電力変換回路
３３ 短絡手段
３４ 電力変換器制御部
３５ 抵抗器
３６ コンデンサ
３７ チョークコイル
３８ スイッチング素子
３９ ダイオード
４１ 電源回路
４２ 直流機器制御部
４３ 機器駆動部
４４ インターフェース部
７１ 正側配線
７２ 負側配線
７３ データ通信用配線
７４ 変復調装置
７５ 無線通信アダプタ
７６ 無線電波
３３１ リレー
３３２ 半導体スイッチ素子
３４１ 最大電力点追従制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を配電するシステム、特に太陽電池や蓄電池などの分散電源や直流負荷を持つ家庭等で用いる直流配電システムにおいて、直流電力を用いて動作する機器と、その間に配される電力変換器の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般家庭、オフィス等における電力系統は商用電力による交流配電が主体となっている。これに対し、分散電源として太陽電池や燃料電池等の直流発電装置あるいは鉛蓄電池等の蓄電装置を設置した場合があるが、この場合は発電等により得られた直流電圧を必要に応じて昇圧あるいは降圧し、直流／交流電力変換装置により交流に変換して商用電力の交流給電系統に連系していた。
【０００３】
一方、近年、燃料電池および太陽光発電装置等により得られた直流電力や、蓄電池の直流電力を駆動源として動作する電気機器が、省エネ性の向上を図る手段として議論されてきており、今後は、住宅やビル等においてこのような直流対応型の電気機器に対して直流電力を安定的に供給するための直流配電システムが普及するものと考えられている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されたものなどは、分散電源で発電された直流電力を電力変換器によって所望の電圧の直流電力に変換され、住宅などの各部屋に設置された直流コンセント等の直流アウトレットに対して直流供給線路を介して配電する直流配電システムに、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として備える照明器具や、パーソナルコンピュータなど直流電力の供給を受けて動作する直流機器が接続されることを想定し、直流機器には直流電力が供給されることとなるため内部に交流／直流変換回路が不要になることで得られるコストメリットや省エネ性の向上効果が得られることを前提に述べられている。
【０００５】
図１３は、特許文献１に開示されたシステムである。
【０００６】
直流発電装置として例えば燃料電池２１と、直流端が燃料電池２１の出力に接続され、交流端が商用電源１と交流負荷用の交流コンセント群１０とに接続されている双方向直流／交流電力変換装置８と、入力が燃料電池２１の出力と双方向直流／交流電力変換装置８の直流端とに接続されている直流電力変換装置９と、直流電力変換装置９に接続されている直流負荷用の直流コンセント群１１によって構成されている。
【０００７】
この直流コンセントヘの配電は、燃料電池２１が発電中においては直流電力変換装置９のみを介して行われ、燃料電池が停止中あるいは起動中においては商用電源１から双方向直流／交流電力変換装置８および直流電力変換装置９を介して行われるものとしている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されたものなどは、商用電源と太陽電池が出力する直流電力を併用する機器について記載されたものであり、機器が必要とする電力が太陽電池から出力される直流電力だけでは不足するといった場合においては、商用電源からの交流電力によってその不足分を賄えるといった構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２０４６８２号公報
【特許文献２】特開平７−２８１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１に示されたようなシステム構成では、分散電源と機器の間において電力変換器が配されており、機器に入力される所望の電圧値に昇圧動作あるいは降圧動作がなされていることによる、この部分における電力損失が避けられない状態となっている。
【００１１】
また、上述した特許文献２に示されたようなシステム構成では、機器の中に交流／直流変換回路が配されたままであり、直流電力を利用した機器におけるコストメリットが十分に引き出されておらず、むしろ、交流電力と直流電力を併用することで必要となる部品追加によってコストアップする懸念がある。
【００１２】
本発明は、前述の問題点を解決するものであって、直流電力で駆動する機器と直流配電システムにおける電力変換器との連携制御によって、電力損失を最大限に抑制できる直流電力機器駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電力機器駆動システムは、少なくとも分散電源と、直流電力を受給し駆動する直流機器と、前記分散電源と前記直流機器の間に挿入され、前記分散電源が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と電力変換回路と前記電力変換回路を短絡状態にすることができる短絡手段とを備えた電力変換器とで構成される直流電力機器駆動システムにおいて、前記直流機器はリモコンやスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を導出し、前記電力変換器にデータ送信を行い、前記電力変換器はデータ受信した必要最低電力値をあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで得られる必要最低電圧と前記分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ前記電力変換器は前記短絡手段によって短絡状態となり、必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ前記電力変換器は前記電力変換回路によって昇圧動作が行われることを特徴とする。
【００１４】
これにより、分散電源において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力されていたならば、電力変換器内の電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る直流電力機器駆動システムによれば、電力変換器における電力損失を最大限に抑制することが可能である上に、電力線上の電圧が常時高電圧で維持されている状態ではないため安全性の観点において有利であり、電力変換回路が休止している期間があるため回路内の構成される部品の長寿命化につながるといった効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における直流電力機器駆動システムの構成を示す図
【図２】実施の形態１における電力変換器の内部を示す図
【図３】実施の形態１における直流機器の内部を示す図
【図４】実施の形態１における燃料電池を配線接続した状態を示す図
【図５】実施の形態１における直流機器と電力変換器の制御フローの一部を示す図
【図６】実施の形態１における蓄電池を接続した場合の電力変換器の内部を示す図
【図７】実施の形態１における太陽電池を接続した場合の電力変換器の内部を示す図
【図８】実施の形態１における太陽電池の特性を示す図
【図９】実施の形態２における直流電力機器駆動システムの構成の一部を示す図
【図１０】実施の形態３における直流電力機器駆動システムの構成の一部を示す図
【図１１】実施の形態４における電力変換器の内部を示す図
【図１２】実施の形態４における短絡手段の動作タイミングの説明図
【図１３】従来技術による宅内配電における機器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、少なくとも分散電源と、直流電力を受給し駆動する直流機器と、分散電源と直流機器の間に挿入され、分散電源が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と電力変換回路と電力変換回路を短絡状態にすることができる短絡手段とを備えた電力変換器とで構成される直流電力機器駆動システムにおいて、直流機器はリモコンやスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を導出し、電力変換器にデータ送信を行い、電力変換器はデータ受信した必要最低電力値をあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで得られる必要最低電圧と分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ電力変換器は短絡手段によって短絡状態となり、必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ電力変換器は電力変換回路によって昇圧動作が行われることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、分散電源において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力されていたならば、電力変換器内の電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明の分散電源のひとつとして燃料電池が配され、燃料電池に接続される電力変換器の電力変換回路は単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、燃料電池から出力される直流電力を直流機器まで搬送する際の電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００２１】
第３の発明は、特に第１の発明の分散電源のひとつとして蓄電池が配され、蓄電池に接続される電力変換器の電力変換回路は双方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、他の分散電源から蓄電池への充電を可能とし、蓄電池から出力される直流電力を直流機器まで搬送する際は電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００２３】
第４の発明は、特に第１の発明の分散電源のひとつとして太陽電池が配され、太陽電池に接続される電力変換器の電力変換回路は最大電力点追従機能を併せもつ単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とするものである。
【００２４】
これにより、電力変換回路によって昇圧動作が行われる場合においては、太陽電池の出力電力を最大限に取り出すことが可能となり、太陽電池において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力された場合においては、電力変換器内の電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することができる。
【００２５】
第５の発明は、特に第１の発明の直流機器から電力変換器に対して行われるデータ通信が直流機器と電力変換器との間で接続される電力線を利用した電力線搬送通信によって行われることを特徴とするものである。
【００２６】
これにより、データ通信用の専用配線を設けなくても動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができる。
【００２７】
第６の発明は、特に第１の発明の直流機器と電力変換器に無線通信手段が具備され、直流機器から電力変換器に対して行われるデータ通信が無線通信手段によって行われることを特徴とするものである。
【００２８】
これにより、データ通信用の専用配線を設けなくても動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができる。
【００２９】
第７の発明は、特に第１の発明の短絡手段が機械的接点を具備したリレーと半導体スイッチ素子で構成され、分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上の場合は、リレーを動作させ電力変換回路を短絡状態にする前に半導体スイッチ素子によって直流機器への通電が行われることを特徴とするものである。
【００３０】
これにより、短絡手段における動作時間の短縮を図るとともにリレーのチャタリングによる動作不安定期間をなくした信頼性の高いシステムを実現することができる。
【００３１】
本発明は、第１の発明から第７の発明の要部を実施の形態とすることにより本発明の目的を達成できるため、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための形態の説明とする。
【００３２】
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各実施の形態の説明において、同一構成並びに同一作用効果を奏するところには、同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における直流電力機器駆動システムの構成を示す説明図である。
【００３４】
商用電源１が出力する交流電力は宅内配線７を介して搬送され、交流／直流電力変換器５と交流機器６に供給され、交流／直流電力変換器５で変換された直流電力が直流機器４に供給されるように接続されている。
【００３５】
また、直流機器４には宅内配線７を介して電力変換器３が出力する直流電力も供給されるように接続されており、電力変換器３には分散電源２の出力電力が入力されているよう配線されているため、直流機器４を駆動する電力源として、商用電源１と分散電源２の出力する電力によって直流機器４が駆動できるシステムとなっている。
【００３６】
電力変換器３については内部の概略構成も示したが、電力変換回路３２と短絡手段３３が並列状態で接続されていて、分散電源２が接続される入力側には分散電源２が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段３１が設けられている。
【００３７】
図２は、電力変換器３の内部を詳しく示したものである。
【００３８】
電力変換器３には図１でも説明したように、分散電源出力電圧検出手段３１と電力変換回路３２と短絡手段３３の他に電力変換器制御部３４が設けられており、電力変換器制御部３４では、データ通信用配線７３によって送られてくるデータと分散電源出力電圧検出手段３１で検出される分散電源出力電圧のアナログ値の入力や、電力変換回路３２と短絡
手段３３の制御を行っている。
【００３９】
分散電源出力電圧検出手段３１は、抵抗器３５によって分圧されたアナログ値を電力変換器制御部３４に伝達する構成とし、直流電力搬送を行う正側配線７１と負側配線７２の間に配した。
【００４０】
電力変換回路３２には、直流電力搬送を行う正側配線７１上にチョークコイル３７とダイオード３９を配し、両者の接続点と負側配線７２の間にスイッチング素子３８が接続されるようにするとともに、ダイオード３９のカソード側と負側配線７２の間にもコンデンサ３６を接続した。
【００４１】
上述した構成によって電力変換回路３２は、電力変換器制御部３４によるスイッチング素子３８のＰＷＭ制御によって達成される単方向型の昇圧ＤＣＤＣコンバータ機能をもつことになり、分散電源２からの出力電圧よりも高い電圧を直流機器４へ給電することが可能となった。
【００４２】
電力変換回路３２における正側配線７１の入出力両端に短絡手段３３として機械的接点によって導通がなされるリレーを接続し、電力変換器制御部３４の制御信号によって電力変換回路３２を短絡状態とすることが可能なようにもした。
【００４３】
図３は、直流機器４の内部を詳しく示したものである。
【００４４】
直流機器４には、正側配線７１と負側配線７２によって搬送された直流電力を直流機器制御部が動作可能な電圧に調整する電源回路４１や直流機器４の制御をつかさどる直流機器制御部４２が備えられており、直流機器制御部４２はモータや弁などのアクチュエータを動作させる機器駆動部４３や操作スイッチやタッチパネルなどのインターフェース部４４で構成されている。
【００４５】
また、直流機器制御部４２はデータ通信用配線７３を利用して電力変換器３とのデータ通信も可能としている。
【００４６】
図４は、図１において分散電源２の具体例として燃料電池２１とした場合の燃料電池２１、電力変換器３と直流機器４を配線接続した様子を示したものである。
【００４７】
燃料電池２１と電力変換器３は直流電力搬送のための正側配線７１と負側配線７２の二本の宅内配線で接続され、電力変換器３と直流機器４は正側配線７１と負側配線７２とデータ通信用配線７３の三本の宅内配線で接続されている。
【００４８】
図５は、図４に示した構成において、電力変換器３と直流機器４の制御フローについて示したものである。
【００４９】
まず、直流機器制御部４２は、使用者が操作スイッチやタッチパネルなどのインターフェース部４４で行った設定を認識する（Ｓｔｅｐ１）。次に、機器駆動部４３によってモータや弁などのアクチュエータをどのように動作させるかの運転モードを決定する（Ｓｔｅｐ２）。さらに、決定された運転モードにおいての必要最低電力値を演算し（Ｓｔｅｐ３）、電力変換器３へデータ送信する（Ｓｔｅｐ４）。
【００５０】
電力変換器制御部３４では、必要最低電力値が受信されると（Ｓｔｅｐ５）、必要最低電力値をあらかじめ定められた配電における電流制限値によって除算することで必要最低電圧を得（Ｓｔｅｐ６）、さらに、分散電源出力電圧検出手段３１で得られるアナログ値
を分散電源出力電圧として検出する（Ｓｔｅｐ７）。
【００５１】
次に、電力変換器制御部３４は、分散電源出力電圧と必要最低電圧を比較し（Ｓｔｅｐ８）、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ短絡手段３３を短絡状態にし（Ｓｔｅｐ９）、電力変換回路３２におけるスイッチング素子３８のＰＷＭ制御を休止する（Ｓｔｅｐ１０）。
【００５２】
分散電源出力電圧と必要最低電圧の比較で、分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きくなければ、電力変換器制御部３４は短絡手段３３を開放状態にし（Ｓｔｅｐ１１）、電力変換回路３２におけるスイッチング素子３８のＰＷＭ制御で昇圧動作を行う（Ｓｔｅｐ１２）。
【００５３】
図６は、分散電源として蓄電池２２を用いた場合の電力変換器３の内部を詳しく示したものである。
【００５４】
図２で示した電力変換器３と同様に、分散電源出力電圧検出手段３１と電力変換回路３２と短絡手段３３と電力変換器制御部３４が設けられており、電力変換器制御部３４では、データ通信用配線７３によって送られてくるデータと分散電源出力電圧検出手段３１で検出される分散電源出力電圧のアナログ値の入力や、電力変換回路３２と短絡手段３３の制御を行っている。
【００５５】
電力変換回路３２には、直流電力搬送を行う正側配線７１上にチョークコイル３７と第一のダイオード３９が並列接続された第一のスイッチング素子３８を配し、両者の接続点と負側配線７２の間に第二のダイオード３９が並列接続された第二のスイッチング素子３８が接続されるようにするとともに、第一のスイッチング素子３８のコレクタ側と負側配線７２の間にもコンデンサ３６を接続した。
【００５６】
上述した構成によって電力変換回路３２は、電力変換器制御部３４による第一、第二のスイッチング素子３８両者のＰＷＭ制御によって達成される双方向型の昇降圧ＤＣＤＣコンバータ機能をもつことになり、蓄電池２２からの出力電圧よりも高い電圧を直流機器４へ給電することが可能となるとともに、他の分散電源２や商用電源１が出力する電力を降圧して蓄電池２２へ搬送することが可能となった。
【００５７】
図７は、分散電源として太陽電池２３を用いた場合の電力変換器３の内部を詳しく示したものである。
【００５８】
主な構成は図２に示した電力変換器３と同様であるが、電力変換器制御部３４には太陽電池２３のエネルギーを電力として最大限に取り出すことを目的とした制御を行う最大電力点追従制御部３４１が具備されている。
【００５９】
太陽電池２３は図８に示すように、日射量や温度によって電圧−電流出力特性が異なり、図中のポイントＷｍａｘで示すように条件によって最大電力が取り出せる最適動作点が変化する。
【００６０】
電力変換器制御部３４に付加された最大電力点追従制御部３４１は、時々刻々変化する最適動作点を追従する格好で電力変換回路３２を動作させ、より高効率な運転状態とする目的を達成している。
【００６１】
これまでに上述してきた構成と制御によって、本実施の形態１においては、分散電源において直流機器が必要とする電圧が確保された状態で出力されていたならば、電力変換器
内の短絡手段によって電力変換回路を通すことなく電力搬送が行われることから電力損失を最大限に抑制した省エネルギー性の高いシステムを実現することが可能となった。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照して説明する。
【００６３】
図９は、本発明の実施の形態２における直流電力機器駆動システムの電力変換器３と直流機器４を配線接続した様子を示したものである。
【００６４】
電力変換器３と直流機器４に変復調装置７４を設け、直流電力搬送のための正側配線７１と負側配線７２においてデータ信号を重畳させた電力線搬送通信を行うことによって、電力変換器３と直流機器４は正側配線７１と負側配線７２の二本の宅内配線で接続される構成とした。
【００６５】
本発明の実施の形態２においてのデータ通信に関しては、まず、直流機器制御部４２からデータ通信用配線７３を介して送信された必要最低電力値のデータ信号は、直流機器４の変復調装置７４によって変調され、さらに正側配線７１と負側配線７２間の直流電圧に重畳されて電力変換器３へ送られる。
【００６６】
さらに、電力変換器３の変復調装置７４で正側配線７１と負側配線７２間の直流電圧に重畳されたデータ信号を復調させ、データ通信用配線７３を介して電力変換器制御部３４へと送られるものとした。
【００６７】
これによって、宅内配線においてデータ通信用の専用配線を設けなくてもシステムの連携動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができた。
【００６８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について図面を参照して説明する。
【００６９】
図１０は、本発明の実施の形態３における直流電力機器駆動システムの電力変換器３と直流機器４を配線接続した様子を示したものである。
【００７０】
電力変換器３と直流機器４に無線通信アダプタ７５を設け、両機器間において無線通信を行うことによって、電力変換器３と直流機器４は正側配線７１と負側配線７２の二本の宅内配線で接続される構成とした。
【００７１】
本発明の実施の形態３においてのデータ通信に関しては、直流機器制御部４２からデータ通信用配線７３を介して送信された必要最低電力値のデータ信号が、直流機器４の無線通信アダプタ７５によって無線電波７６として放出され、電力変換器３の無線通信アダプタ７５で無線電波７６を拾い、データ通信用配線７３を介して電力変換器制御部３４へと送られるものとした。
【００７２】
これによって、本発明の実施の形態２と同様、宅内配線においてデータ通信用の専用配線を設けなくてもシステムの連携動作が可能で、設置作業性に優れたシステムを実現することができた。
【００７３】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について図面を参照して説明する。
【００７４】
図１１は、本発明の実施の形態４における直流電力機器駆動システムの電力変換器３の
内部を詳しく示したものである。
【００７５】
電力変換器３には上述してきたように、分散電源出力電圧検出手段３１と電力変換回路３２と短絡手段３３と電力変換器制御部３４が設けられており、短絡手段３３は機械的接点を具備したリレー３３１と半導体スイッチ素子３３２が並列接続されており、分散電源出力電圧検出手段３１で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上の場合は、リレー３３１を動作させ電力変換回路３２を短絡状態にする前に半導体スイッチ素子３３２によって直流機器への通電が行われるようにした。
【００７６】
電力変換器制御部３４からの制御信号によってリレー３３１と半導体スイッチ素子３３２が動作されるが、その動作タイムチャートを図１２に示す。
【００７７】
電力変換器制御部３４において分散電源出力電圧検出手段３１で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上であると認識され、分散電源出力電圧と必要最低電圧を比較した結果、短絡手段３３を短絡状態にすると判断した場合、まず、ターンオンディレイタイムがリレー３３１よりも短く高速動作する半導体スイッチ素子３３２がＯＮされ直流機器４への通電が開始された後、リレー３３１をＯＮさせる。
【００７８】
その後、リレー３３１の機械的接点部分が確実に接触に至ったと思われる時間経過後に半導体スイッチ素子３３２をＯＦＦさせ、リレー３３１のみでの短絡状態とするシーケンスとした。
【００７９】
これにより、半導体スイッチ素子の高速動作によって短絡手段における動作時間の短縮を図るとともにリレーのチャタリングによる動作不安定期間をなくした信頼性の高いシステムを実現することが可能となった。
【００８０】
以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、住宅内の配電システムに限らず、商業ビルや工場、また、電力系統が整備されていないような電力の地産地消を行う地域における直流配電システムなどにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 商用電源
２ 分散電源
３ 電力変換器
４ 直流機器
５ 交流／直流電力変換器
６ 交流機器
７ 宅内配線
８ 双方向直流／交流電力変換装置
９ 直流電力変換装置
１０ 交流コンセント群
１１ 直流コンセント群
２１ 燃料電池
２２ 蓄電池
２３ 太陽電池
３１ 分散電源出力電圧検出手段
３２ 電力変換回路
３３ 短絡手段
３４ 電力変換器制御部
３５ 抵抗器
３６ コンデンサ
３７ チョークコイル
３８ スイッチング素子
３９ ダイオード
４１ 電源回路
４２ 直流機器制御部
４３ 機器駆動部
４４ インターフェース部
７１ 正側配線
７２ 負側配線
７３ データ通信用配線
７４ 変復調装置
７５ 無線通信アダプタ
７６ 無線電波
３３１ リレー
３３２ 半導体スイッチ素子
３４１ 最大電力点追従制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも分散電源と、
直流電力を受給し駆動する直流機器と、
前記分散電源と前記直流機器の間に挿入され、前記分散電源が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と電力変換回路と前記電力変換回路を短絡状態にすることができる短絡手段とを備えた電力変換器と、
で構成される直流電力機器駆動システムにおいて、
前記直流機器はリモコンやスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を導出し、前記電力変換器にデータ送信を行い、
前記電力変換器はデータ受信した必要最低電力値に基づいて得られる必要最低電圧と前記分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、
分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ前記電力変換器は前記短絡手段によって短絡状態となり、
必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ前記電力変換器は前記電力変換回路によって昇圧動作が行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記分散電源のひとつとして燃料電池が配され、
前記燃料電池に接続される前記電力変換器の前記電力変換回路は単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記分散電源のひとつとして蓄電池が配され、
前記蓄電池に接続される前記電力変換器の前記電力変換回路は双方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項４】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記分散電源のひとつとして太陽電池が配され、
前記太陽電池に接続される前記電力変換器の前記電力変換回路は最大電力点追従機能を併せもつ単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項５】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記直流機器から前記電力変換器に対して行われるデータ通信が前記直流機器と前記電力変換器との間で接続される電力線を利用した電力線搬送通信によって行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項６】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記直流機器と前記電力変換器には無線通信手段が具備され、
前記直流機器から前記電力変換器に対して行われるデータ通信が前記無線通信手段によって行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項７】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記短絡手段は機械的接点を具備したリレーと半導体スイッチ素子で構成され、
前記分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上の場合は、前記リレーを動作させ前記電力変換回路を短絡状態にする前に前記半導体スイッチ素子によって前記直流機器への通電が行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項８】
分散電源と直流機器と電気的に接続し、前記分散電源から出力される電圧を直流機器へ伝送する電力変換器であって、
前記分散電源が出力する分散電源出力電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と、
前記直流機器へのリモコン操作やスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を表す情報を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した必要最低電力値を示す情報に基づいて得られる必要最低電圧が前記分散電源出力電圧よりも大きい場合に昇圧動作を行う電力変換手段と、
前記分散電源出力電圧が前記必要最低電圧よりも大きい場合に前記分散電源と前記直流機器の間を短絡する短絡手段とを備える電力変換器。
【請求項１】
少なくとも分散電源と、
直流電力を受給し駆動する直流機器と、
前記分散電源と前記直流機器の間に挿入され、前記分散電源が出力する電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と電力変換回路と前記電力変換回路を短絡状態にすることができる短絡手段とを備えた電力変換器と、
で構成される直流電力機器駆動システムにおいて、
前記直流機器はリモコンやスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を導出し、前記電力変換器にデータ送信を行い、
前記電力変換器はデータ受信した必要最低電力値に基づいて得られる必要最低電圧と前記分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧とを比較し、
分散電源出力電圧が必要最低電圧より大きければ前記電力変換器は前記短絡手段によって短絡状態となり、
必要最低電圧が分散電源出力電圧より大きければ前記電力変換器は前記電力変換回路によって昇圧動作が行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記分散電源のひとつとして燃料電池が配され、
前記燃料電池に接続される前記電力変換器の前記電力変換回路は単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記分散電源のひとつとして蓄電池が配され、
前記蓄電池に接続される前記電力変換器の前記電力変換回路は双方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項４】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記分散電源のひとつとして太陽電池が配され、
前記太陽電池に接続される前記電力変換器の前記電力変換回路は最大電力点追従機能を併せもつ単方向型のＤＣＤＣコンバータで構成されることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項５】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記直流機器から前記電力変換器に対して行われるデータ通信が前記直流機器と前記電力変換器との間で接続される電力線を利用した電力線搬送通信によって行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項６】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記直流機器と前記電力変換器には無線通信手段が具備され、
前記直流機器から前記電力変換器に対して行われるデータ通信が前記無線通信手段によって行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項７】
請求項１に記載の直流電力機器駆動システムであって、
前記短絡手段は機械的接点を具備したリレーと半導体スイッチ素子で構成され、
前記分散電源出力電圧検出手段で検出された分散電源出力電圧があらかじめ定めた閾値以上の場合は、前記リレーを動作させ前記電力変換回路を短絡状態にする前に前記半導体スイッチ素子によって前記直流機器への通電が行われることを特徴とした直流電力機器駆動システム。
【請求項８】
分散電源と直流機器と電気的に接続し、前記分散電源から出力される電圧を直流機器へ伝送する電力変換器であって、
前記分散電源が出力する分散電源出力電圧を検出する分散電源出力電圧検出手段と、
前記直流機器へのリモコン操作やスイッチ操作の運転設定に対して動作するための必要最低電力値を表す情報を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した必要最低電力値を示す情報に基づいて得られる必要最低電圧が前記分散電源出力電圧よりも大きい場合に昇圧動作を行う電力変換手段と、
前記分散電源出力電圧が前記必要最低電圧よりも大きい場合に前記分散電源と前記直流機器の間を短絡する短絡手段とを備える電力変換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０５４３９（Ｐ２０１２−２０５４３９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９２１８（Ｐ２０１１−６９２１８）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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