(57)【要約】【課題】平滑用コンデンサに蓄積された電気エネルギーの有効利用を図ることができるパワーコンディショナを得ること。【解決手段】パワーコンディショナ１の内部電源である電源回路部１０と、第１の直流電圧とＤＣリンク電圧とを相互に変換するＤＣＤＣ変換器５と、ＤＣリンク電圧と系統電圧とを相互に変換するＤＣＡＣ変換器６と、を備え、パワーコンディショナ１の運転停止時には、平滑用コンデンサ７に充電された電荷を電源回路部１０へ移送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑用コンデンサを具備するパワーコンディショナであって、
前記パワーコンディショナの内部電源である電源回路部と、
第１の直流電圧とＤＣリンク電圧とを相互に変換する第１のＤＣＤＣ変換器と、
前記ＤＣリンク電圧と系統電圧とを相互に変換するＤＣＡＣ変換器と、
を備え、
前記パワーコンディショナの運転停止時には、前記平滑用コンデンサに充電された電荷を前記電源回路部へ移送することを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
前記ＤＣリンク電圧を第２の直流電圧に変換する第２のＤＣＤＣ変換器を備え、
前記第２のＤＣＤＣ変換器は、前記平滑用コンデンサに充電された電荷を放電させて前記電源回路部に供給することを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
【請求項３】
平滑用コンデンサを具備するパワーコンディショナであって、
前記パワーコンディショナの内部に設けられる内蔵電池と、
第１の直流電圧とＤＣリンク電圧とを相互に変換する第１のＤＣＤＣ変換器と、
前記ＤＣリンク電圧と系統電圧とを相互に変換するＤＣＡＣ変換器と、
前記系統電圧または前記ＤＣＡＣ変換器が出力する交流電圧によって前記内蔵電池を充電する充電回路部と、
を備え、
前記パワーコンディショナの運転停止時には、前記平滑用コンデンサに充電された電荷を前記内蔵電池へ移送することを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項４】
前記ＤＣリンク電圧を第２の直流電圧に変換する第２のＤＣＤＣ変換器を備え、
前記第２のＤＣＤＣ変換器は、前記平滑用コンデンサに充電された電荷を放電させて前記内蔵電池に供給することを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナ。
【請求項５】
スイッチング素子を備え、前記パワーコンディショナの運転停止時に、前記スイッチング素子がオンに制御されると、前記平滑用コンデンサの電荷が前記第２のＤＣＤＣ変換器に供給されるように前記平滑用コンデンサと前記第２のＤＣＤＣ変換器との間に前記スイッチング素子が接続されていることを特徴とする請求項２または４に記載のパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平滑用コンデンサを具備するパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーマネージメントに係る昨今の動向として、系統からの電力を電気自動車（Electric  Vehicle：以下適宜「ＥＶ」と表記）および宅内負荷に供給したり、ＥＶの電力を宅内負荷に供給したりするパワーコンディショナの普及が進んでいる。
【０００３】
ＥＶ用のパワーコンディショナを構成する機能ブロックには、ＤＣＡＣ変換部があり、このＤＣＡＣ変換部には、少なくとも平滑用コンデンサおよび平滑用コンデンサの電圧を制御する回路が必要になる。
【０００４】
パワーコンディショナに限らず、中断が無く継続的に使用できる装置であれば、パワーロスの無い回路構成とすることが望ましく、また、余計な回路が無い方が効率よく稼動することができる。しかしながら、故障対応等において、例えば基板交換を行うときには、安全性の確保のため、平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電しておく必要があり、ＤＣＡＣ変換部には放電回路を備える構成が一般的であった（例えば、下記特許文献１）。
【０００５】
特許文献１の構成では、スイッチング素子と放電抵抗とが直列接続された放電回路が直流母線（以下、単に「母線」と称する）に接続されており、運転停止時には、放電回路のスイッチング素子をオンに制御し、母線に接続される平滑用コンデンサの電荷を放電抵抗で消費させて、母線電圧を下げる制御を行う。なお、スイッチング素子の制御は、マイコンなどの制御部で行うのが一般的であるが、他の仕様もある。例えば下記特許文献２のパワーコンディショナでは、充電部のカバーが開けられると放電回路が自動的にオンする仕様になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８９０２６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３０００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１または特許文献２のように、放電回路の放電抵抗で電圧を降下させる構成では、放電された電力は熱として消費されるため、その消費分はエネルギーの損失となる。稼動時間が長く中断時間が少ない装置であれば、大きな問題とはならないが、運転および停止を何度も繰り返す装置または用途の場合、運転と停止を繰り返す分の損失が累積され、省エネルギーという観点に鑑みて、何らかの改善が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑用コンデンサに蓄積された電気エネルギーの有効利用を図ることができるパワーコンディショナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パワーコンディショナの内部電源である電源回路部、第１の直流電圧とＤＣリンク電圧とを相互に変換するＤＣＤＣ変換器、および、ＤＣリンク電圧と系統電圧とを相互に変換するＤＣＡＣ変換器を備える。パワーコンディショナの運転停止時には、平滑用コンデンサに充電された電荷が電源回路部へ移送される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平滑用コンデンサに蓄積された電気エネルギーの有効利用を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るパワーコンディショナの構成を示す回路図
【図２】電力変換回路の内部に放電回路を有する構成を比較例として示す回路図
【図３】実施の形態２に係るパワーコンディショナの構成を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態に係るパワーコンディショナを図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るパワーコンディショナの構成を示す回路図である。実施の形態１に係るパワーコンディショナ１は、図１に示すように、電力変換部５０、電源回路部１０、内蔵電池１１および充電回路部１２を有して構成される。電力変換部５０には、蓄電システム２、系統電源３および宅内負荷４が接続されている。図１において、パワーコンディショナ１における端子部１６には、蓄電システム２の一例である電気自動車１３が接続されているが、ハイブリッド車、定置型または可搬型のバッテリを接続してもよい。
【００１４】
電源回路部１０は、パワーコンディショナ１の内部における動作用電源として動作する回路部であり、系統電源３の正常時（「非停電時」もしくは「通常時」とも言う）には系統電源３からの電力供給を受け、系統電源３の異常時（「停電時」とも言う）には電力変換部５０を介して蓄電システム２からの電力供給を受け、図示を省略した制御部、ファン、ＥＥＰＲＯＭなどを駆動する。充電回路部１２は、非停電時には系統電源３からの電力供給を受け、停電時には電力変換部５０を介して蓄電システム２からの電力供給を受け、内蔵電池１１を充電する。
【００１５】
電力変換部５０は、蓄電システム２から供給される直流電力（直流電圧）を交流電力（交流電圧）に変換して系統電源３または宅内負荷４に供給（印加）する機能と、系統電源３から供給される交流電力（交流電圧）を直流電力（直流電圧）に変換して蓄電システム２に供給（印加）する機能とを有する。すなわち、電力変換部５０は、直流源から交流源への電力変換と交流源から直流源への電力変換とによる双方向の電力変換を行うことが可能である。
【００１６】
上述のような双方向の電力変換機能を具現するため、電力変換部５０は、電気自動車１３から印加される直流電圧（第１の直流電圧）とパワーコンディショナ内部におけるＤＣリンク電圧とを相互に変換する第１のＤＣＤＣ変換器であるＤＣＤＣ変換器５と、ＤＣリンク電圧と系統電源３の出力電圧（以下「系統電圧」と称する）とを相互に変換するＤＣＡＣ変換器６と、ＤＣリンク電圧を第２の直流電圧（実施の形態１では電源回路部１０の直流電圧、後述する実施の形態２では充電回路部１２の直流電圧）に変換する第２のＤＣＤＣ変換器であるＤＣＤＣ変換器１４と、ＤＣリンク電圧を平滑するための平滑用コンデンサ７と、一端がＤＣＤＣ変換器１４に接続され、他端が平滑用コンデンサ７に接続されるスイッチング素子９と、を有して構成される。なお、ＤＣＤＣ変換器５はコンバータとも称され、ＤＣＡＣ変換器６はインバータとも称される。
【００１７】
スイッチング素子９は、図示しない制御部（例えばマイコン）による明示的な制御、外部からの供給電源の遮断、もしくは、パワーコンディショナ１のカバーの開放などをトリガにしてオンに制御される。スイッチング素子９がオンに制御されると、ＤＣＤＣ変換器１４と平滑用コンデンサ７とが電気的に接続される。なお、スイッチング素子９としては、図示のような電界効果トランジスタ（Field  Effect  Transistor：ＦＥＴ）と、ＦＥＴの両端に逆並列に接続されるダイオードとを備える構成が一般的であるが、ＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタ（bipolar  transistor）を用いてもよい。また、ＦＥＴのボディダイオードが使用できる場合には、ダイオードを省略してもよい。
【００１８】
つぎに、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１の要部動作について説明するが、その説明の前に、電力変換回路が放電回路を有する場合の動作について図２を参照して説明する。図２は、電力変換部１００の内部に放電回路１０２を有する構成を比較例として示す回路図である。
【００１９】
放電回路１０２は、図２に示すように、直列接続される放電用抵抗１０８およびスイッチング素子１０９を有してなる。ＤＣＤＣ変換器１０５とＤＣＡＣ変換器１０６との間のＤＣリンク部には、平滑用コンデンサ１０７が設けられ、平滑用コンデンサ１０７の両端に放電回路１０２が接続される。
【００２０】
通常運転時、すなわちパワーコンディショナ１の稼働中では、スイッチング素子１０９はオフに制御されており、放電用抵抗１０８には電流が流れない。放電用抵抗１０８には電流が流れないので、電力変換部１００は損失のない構成で動作している。
【００２１】
また、パワーコンディショナ１の運転停止時（以下、便宜的に「装置の運転停止時」と称する）には、スイッチング素子１０９はオンに制御され、放電用抵抗１０８には電流が流れ、放電用抵抗１０８での発熱によって電力を消費させ、平滑用コンデンサ１０７の電圧を降下させる。
【００２２】
このように、放電用抵抗１０８は、平滑用コンデンサ１０７に充電された電荷を運転停止後に放電させ、母線電圧を下げることが目的である。図２の構成は、機能的には何ら問題ないが、平滑用コンデンサ１０７に充電された電荷を放電用抵抗１０８での発熱によって消費させているので、電気エネルギーの有効利用を図ることができていない。
【００２３】
これに対し、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１の場合、図１に示すように、放電用抵抗は設けられていない。このため、装置の運転停止時には、スイッチング素子９をオンに制御して、平滑用コンデンサ７に充電された電荷のエネルギーをＤＣＤＣ変換器１４に移送する。
【００２４】
ＤＣＤＣ変換器１４は、移送された電気エネルギーを電源回路部１０に供給する。電源回路部１０は、移送されて来た電気エネルギーを、例えば図示を省略したファンを駆動する駆動用電源に供給する。本制御によれば、装置の運転停止後であっても、ファンが動作するため、停止後の素子の急な温度上昇を抑制するといった使い方が可能となる。
【００２５】
また、電源回路部１０に移送されてきた電気エネルギーを、例えば図示を省略したマイコン用の駆動電源に供給するようにしてもよい。本制御によれば、装置の運転停止後であっても、例えばＥＥＰＲＯＭを読み書きする際の駆動電源として使用することができるので、例えば読み書き時間確保用のコンデンサが不要になるといった効果を奏するようになる。
【００２６】
以上説明したように、実施の形態１に係るパワーコンディショナによれば、本体内部に電源回路部、電力変換部および平滑用コンデンサを有し、装置の運転停止時には平滑用コンデンサに充電された電荷を内部の電源回路へ移送するようにしているので、従来では熱として消費させていた電気エネルギーの有効利用を図ることが可能となる。
【００２７】
また、実施の形態１に係るパワーコンディショナによれば、放電用抵抗といった発熱部品を設けなくてもよいので、熱的な設計が容易になるという効果が得られる。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係るパワーコンディショナの構成を示す回路図である。図１に示す実施の形態１に係るパワーコンディショナとの相違点は、ＤＣＤＣ変換器１４の接続先である。具体的に説明すると、図１では、ＤＣＤＣ変換器１４に移送された電力は電源回路部１０に移送する構成であったが、図３では、充電回路部１２に移送する構成としている。なお、その他については、実施の形態１に係る構成と同一もしくは同等であり、図１と同一もしくは同等の構成部には、同一の符号を付して、重複する説明は割愛する。
【００２９】
つぎに、実施の形態２に係るパワーコンディショナ１の要部動作について図３を参照して説明する。
【００３０】
まず、装置の運転停止時には、スイッチング素子９をオンに制御して、平滑用コンデンサ７に充電された電荷のエネルギーをＤＣＤＣ変換器１４に移送する。なお、スイッチング素子９のオン制御は、実施の形態１と同様に、図示しない制御部（例えばマイコン）による明示的な制御、外部からの供給電源の遮断、もしくは、パワーコンディショナ１のカバーの開放などをトリガにして行うことができる。
【００３１】
ＤＣＤＣ変換器１４は、移送された電気エネルギーを充電回路部１２に供給する。電源回路部１０は、移送されて来た電気エネルギーを、内蔵電池１１に充電する。内蔵電池１１に移送される電気エネルギーが小さいものであっても、少しずつ内蔵電池１１へ充電していくことにより、やがては大きな電力となる。このため、蓄電システム２から電力供給を受ける自立運転時には、電力の消費量を可能な限り少なくしたいので、本実施の形態に係るパワーコンディショナの方が、実施の形態１に係るパワーコンディショナよりも好ましい実施の形態であると言える。
【００３２】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  パワーコンディショナ、２  蓄電システム、３  系統電源、４  宅内負荷、５，１０５  ＤＣＤＣ変換器（第１のＤＣＤＣ変換器）、６，１０６  ＤＣＡＣ変換器、７，１０７  平滑用コンデンサ、９，１０９  スイッチング素子、１０  電源回路部、１１  内蔵電池、１２  充電回路部、１３  電気自動車、１４  ＤＣＤＣ変換器（第２のＤＣＤＣ変換器）、１６  端子部、５０，１００  電力変換部、１０２  放電回路、１０８  放電用抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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