(57)【要約】【課題】電力消費にかかる費用を低減することが可能な直流機器並びに直流配電システムを提供する。【解決手段】直流機器１は、二次電池２と、直流電力を消費して所定の動作を行う負荷回路３と、直流供給線路Ｗｄｃを通して供給される直流電力による二次電池２の充電を制御する制御装置４とを具備している。制御装置４は、充電に要する直流電力の費用が相対的に低くなる期間、具体的には、交流電力系統ＡＣにおける電力料金が割引される深夜の時間帯や、太陽電池１６１から余剰電力が供給となる昼間の時間帯に二次電池２を充電する。故に、電力消費にかかる費用を低減することが可能となる。【選択図】図１
2009153302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、直流電力を消費して所定の動作を行う負荷回路と、配電路を通して供給される直流電力による二次電池の充電を制御する制御装置とを具備し、
制御装置は、充電に要する直流電力の費用が相対的に低くなる期間に二次電池を充電することを特徴とする直流機器。
【請求項２】
制御装置は、二次電池を充電していないときに二次電池から負荷回路に直流電力を供給させることを特徴とする請求項１記載の直流機器。
【請求項３】
制御装置は、二次電池の電池容量が所定のしきい値以下まで低下したときに配電路を通して供給される直流電力を負荷回路に供給することを特徴とする請求項１又は２記載の直流機器。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された１乃至複数の直流機器と、交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換する交流／直流変換装置と、直流電力を貯蔵若しくは発電する１乃至複数の分散電源と、交流／直流変換装置および分散電源から供給される直流電力を直流機器に配電する配電路とを備えたことを特徴とする直流配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力で動作する直流機器と、直流機器に対して直流電力を配電する直流配電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統（商用電力系統）から供給される交流電力を交流／直流変換した直流電力を屋内に配電する直流配電システムが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、直流電力で動作する電気機器（直流機器）のなかには、二次電池を内蔵し、内蔵した二次電池から供給される直流電力で動作するものもある。
【特許文献１】実開平４−１２８０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のように二次電池を内蔵した直流機器においては、二次電池の残容量が低下したときに直流配電システムから供給される直流電力で二次電池を充電する必要がある。一方、直流配電システムにおいて直流機器に直流電力を供給するための費用は常に同じではなく、例えば、太陽電池で発電した直流電力を供給する分散電源がシステムに含まれている場合、晴天の日中には太陽電池から多くの直流電力を供給することが可能であり、太陽電池で発電される直流電力を配電することで商用電力系統から供給される交流電力を変換した直流電力を配電するよりも少ない費用で供給することができる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、電力消費にかかる費用を低減することが可能な直流機器並びに直流配電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、二次電池と、直流電力を消費して所定の動作を行う負荷回路と、配電路を通して供給される直流電力による二次電池の充電を制御する制御装置とを具備し、制御装置は、充電に要する直流電力の費用が相対的に低くなる期間に二次電池を充電することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明によれば、制御装置は、二次電池を充電していないときに二次電池から負荷回路に直流電力を供給させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、制御装置は、二次電池の電池容量が所定のしきい値以下まで低下したときに配電路を通して供給される直流電力を負荷回路に供給することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、上記目的を達成するために、請求項１〜３の何れか１項に記載された１乃至複数の直流機器と、交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換する交流／直流変換装置と、直流電力を貯蔵若しくは発電する１乃至複数の分散電源と、交流／直流変換装置および分散電源から供給される直流電力を直流機器に配電する配電路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、直流機器の制御装置が、充電に要する直流電力の費用が相対的に低くなる期間に二次電池を充電するので、電力消費にかかる費用を低減することが可能な直流機器並びに直流配電システムが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に説明する直流配電システムの実施形態は、本発明を適用する建物として戸建て住宅を想定しているが、本発明の技術思想を集合住宅に適用することを妨げるものではない。住宅Ｈには、図３に示すように直流電力を出力する直流電力供給部１０１と、直流電力により駆動される直流機器１，１０２とが設けられ、直流電力供給部１０１の出力端部に接続した直流供給線路Ｗｄｃを通して直流機器１，１０２に直流電力が供給される。直流電力供給部１０１と直流機器１，１０２との間には、直流供給線路Ｗｄｃに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流供給線路Ｗｄｃ上で直流電力供給部１０１から直流機器１，１０２への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ１１４が設けられる。但し、直流機器のうちで本発明を適用した直流機器には「１」の符号を付し、本発明を適用していない直流機器には「１０２」の符号を付している。
【００１２】
直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Ｗｄｃに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。
【００１３】
直流供給線路Ｗｄｃは、直流電力供給部１０１を介して宅内サーバ１１６に接続される。宅内サーバ１１６は、宅内の通信網（以下、「宅内網」という）を構築する主装置であり、宅内網において直流機器１，１０２が構築するサブシステムなどと通信を行う。
【００１４】
図示例では、サブシステムとして、洗濯機やテレビ受像機、炊飯器などのいわゆる生活家電系の直流機器１からなる家電機器システムＫ１１０、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、ＩＰ電話機のような情報系の直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１、照明器具のような照明系の直流機器１０２からなる照明システムＫ１０２，Ｋ１０５、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器１０２からなる玄関システムＫ１０３、火災感知器のような警報系の直流機器１０２からなる住警器システムＫ１０４などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。
【００１５】
上述した直流ブレーカ１１４は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、家電機器システムＫ１１０、情報機器システムＫ１０１、照明システムＫ１０２および玄関システムＫ１０３、住警器システムＫ１０４、照明システムＫ１０５に関連付けて４つの直流ブレーカ１１４を設けている。１つの直流ブレーカ１１４に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Ｗｄｃの系統を分割する接続ボックス１２１が設けられる。図示例においては、家電機器システムＫ１１０と情報機器システムＫ１０１との間、並びに照明システムＫ１０２と玄関システムＫ１０３との間に各々接続ボックス１２１が設けられている。
【００１６】
情報機器システムＫ１０１としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で住宅Ｈに先行配置（住宅Ｈの建築時に施工）される直流コンセント１３１に接続される直流機器１０２からなる情報機器システムＫ１０１が設けられる。
【００１７】
照明システムＫ１０２、Ｋ１０５としては、住宅Ｈに先行配置される照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０２と、天井に先行配置される引掛シーリング１３２に接続する照明器具（直流機器１０２）からなる照明システムＫ１０５とが設けられる。引掛シーリング１３２には、住宅Ｈの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。
【００１８】
照明システムＫ１０２を構成する直流機器１０２である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Ｗｄｃに接続されたスイッチ１４１から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ１４１は直流機器１０２とともに通信の機能を有している。また、スイッチ１４１の操作によらず、宅内網の別の直流機器１０２あるいは宅内サーバ１１６から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。
【００１９】
上述した直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２には、任意の直流機器１０２を接続することができ、接続された直流機器１０２に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント１３１、引掛シーリング１３２を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。
【００２０】
これらの直流アウトレットは、直流機器１０２に直接設けた接触子（図示せず）または接続線を介して設けた接触子（図示せず）が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有している。すなわち、直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された直流機器１０２が通信機能を有する場合には、直流供給線路Ｗｄｃを通して通信信号を伝送することが可能になる。直流機器１０２だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。
【００２１】
宅内サーバ１１６は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網ＮＴに接続される接続口を有している。宅内サーバ１１６が広域網ＮＴに接続されている場合には、広域網ＮＴに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ２００によるサービスを享受することができる。
【００２２】
センタサーバ２００が提供するサービスには、広域網ＮＴを通して宅内網に接続された機器（主として直流機器１０２であるが通信機能を有した他の機器も含む）の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットＴＶ、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末（図示せず）を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。
【００２３】
宅内サーバ１１６は、広域網ＮＴに接続されたセンタサーバ２００との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報（ここでは、ＩＰアドレスを用いるものとする）の取得の機能を備える。
【００２４】
宅内サーバ１１６は、センタサーバ２００との通信機能を用いることにより、広域網ＮＴに接続された通信端末からセンタサーバ２００を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ２００は、宅内の機器と広域網ＮＴ上の通信端末とを仲介する。
【００２５】
通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ２００に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。
【００２６】
また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ２００に通知し、センタサーバ２００から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。
【００２７】
宅内サーバ１１６における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ１１６では、ＵＰｎＰ（Universal Plug and Play）を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ１１６はブラウザ機能を有する表示器１１７を備え、検出した機器の一覧を表示器１１７に表示する。この表示器１１７はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器１１７の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ１１６の利用者（施工業者あるいは家人）は、表示器１１７の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器１１７は宅内サーバ１１６とは分離して設けてもよい。
【００２８】
宅内サーバ１１６では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ１１６にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。
【００２９】
機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ１１６を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、たとえば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。
【００３０】
ところで、直流電力供給部１０１は、基本的には、交流電力系統ＡＣから供給される交流電力の電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、交流電力系統ＡＣから供給される交流電力は、分電盤１１０に内器として取り付けられた主幹ブレーカ１１１を通して、スイッチング電源を含む交流／直流変換装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）１１２に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２から出力される直流電力は、協調制御部１１３を通して各直流ブレーカ１１４に接続される。
【００３１】
直流電力供給部１０１には、交流電力系統ＡＣから電力が供給されない期間（たとえば、交流電力系統ＡＣの停電期間）に備えて二次電池１６２が設けられている。また、直流電力を生成（発電）する太陽電池１６１や燃料電池１６３を併用することも可能になっている。交流電力系統ＡＣから直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を備える主電源に対して、太陽電池１６１や二次電池１６２や燃料電池１６３は分散電源になる。なお、図示例において、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３は出力電圧を制御する回路部を含み、二次電池１６２は放電だけではなく充電を制御する回路部も含んでいる。
【００３２】
分散電源のうち太陽電池１６１や燃料電池１６３は必ずしも設けなくてもよいが、二次電池１６２は設けるのが望ましい。二次電池１６２は主電源や他の分散電源により適時充電され、二次電池１６２の放電は、交流電力系統ＡＣから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池１６２の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部１１３により行われる。すなわち、協調制御部１１３は、直流電力供給部１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器１０２への電力の配分を制御する機能を有する。なお、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３の出力を交流電力に変換し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の入力電力として用いる構成を採用してもよい。
【００３３】
直流機器１，１０２の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部１１３にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、１系統のサブシステム（もしくは１台の直流ブレーカ１１４に接続された直流機器１，１０２）に対して１種類の電圧が供給されるが、１系統のサブシステムに対して３線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。あるいはまた、直流供給線路Ｗｄｃを２線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。
【００３４】
上述の構成例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を１個だけ図示しているが、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を並設することが可能であり、複数個のＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の台数を増減させるのが望ましい。
【００３５】
上述したＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、協調制御部１１３、直流ブレーカ１１４、太陽電池１６１、二次電池１６２、燃料電池１６３には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や直流機器１０２を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器１０２に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。
【００３６】
上述の例では主幹ブレーカ１１１から出力された交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２により直流電力に変換するために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２を分電盤１１０内に配置しているが、主幹ブレーカ１１１の出力側において分電盤１１０内に設けた分岐ブレーカ（図示せず）で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にＡＣ／ＤＣコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。
【００３７】
この場合、住宅Ｈの各階や各部屋を単位として直流電力供給部１０１を設けることができるから、直流電力供給部１０１を系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する直流機器１，１０２との間の直流供給線路Ｗｄｃの距離が小さくなるから、直流供給線路Ｗｄｃでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ１１１および分岐ブレーカを分電盤１１０に収納し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２と協調制御部１１３と直流ブレーカ１１４と宅内サーバ１１６とを分電盤１１０とは別の盤に収納してもよい。
【００３８】
次に、本発明に係る直流機器１について説明する。本実施形態の直流機器１は、図１に示すようにニッケル水素電池やリチウムイオン電池からなる二次電池２と、直流電力を消費して所定の動作を行う負荷回路３と、配電路（直流供給線路）Ｗｄｃを通して供給される直流電力による二次電池２の充電を制御する制御装置４とを具備している。尚、負荷回路３は、洗濯機においては洗濯槽駆動用のモータや当該モータの駆動回路等からなり、テレビ受像機においてはチューナ回路や表示デバイス（液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなど）の駆動回路等からなり、炊飯器においては誘導加熱（ＩＨ）用の高周波電源等からなる。
【００３９】
制御装置４は、図２に示すように直流供給線路Ｗｄｃを通して供給される直流電力で二次電池２を充電する充電回路４０と、マイクロコンピュータを主構成要素とした電気回路からなる制御部４１と、現在時刻を計時する時計部４２と、充電回路４０と逆流防止用のダイオードＤを二次電池２の正極に択一的に切換接続する切換スイッチＳＷ１と、直流供給線路Ｗｄｃから負荷回路３への給電路を開閉するスイッチＳＷ２とを有し、制御部４１によって切換スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２が個別にスイッチングされる。
【００４０】
制御部４１は、通常は切換スイッチＳＷ１をダイオードＤ側に切り換えるとともにスイッチＳＷ２を開くことで二次電池２から負荷回路３に直流電力を供給させ、時計部４２で計時する現在時刻が予め決められた時刻（充電時刻）になったら、切換スイッチＳＷ１を充電回路４０側に切り換える。例えば、交流電力系統ＡＣを提供する電力会社では電力需要が昼間に比べて減少する深夜の時間帯における電力料金を割り引くサービスを行っているので、かかる深夜時間帯に交流電力系統ＡＣから供給される電力で二次電池２を充電すれば、他の時間帯に充電する場合と比較して二次電池２の充電に要する費用を減らすことができる。あるいは、晴天の日中には太陽電池１６１の供給電力量（発電量）が機器で消費される電力量を上回る場合が多いから、太陽電池１６１の余剰電力で二次電池２を充電することで、かかる日中の時間帯に交流電力系統ＡＣから供給される電力で二次電池２を充電すれば、他の時間帯に充電する場合と比較して二次電池２の充電に要する費用を減らすことができる。但し、制御部４１では二次電池２の電池容量（残容量）を監視しており、残容量が所定のしきい値以下まで低下したときにはスイッチＳＷ２を閉じて直流供給線路Ｗｄｃを通して負荷回路３に直流電力を給電させ、同時に切換スイッチＳＷ１を充電回路４０側に切り換えて二次電池２を充電する。
【００４１】
このように本実施形態によれば、直流機器１の制御装置４が、充電に要する直流電力の費用が相対的に低くなる期間、具体的には、交流電力系統ＡＣにおける電力料金が割引される深夜の時間帯や、太陽電池１６１から余剰電力が供給となる昼間の時間帯に二次電池２を充電するので、電力消費にかかる費用を低減することが可能となる。
【００４２】
ここで、本発明に係る直流機器１の制御装置４の別の構成を図４に示す。図４に示す構成については、時計部４２の代わりに直流供給線路Ｗｄｃを介して協調制御部１１３と通信するための通信部４３が制御装置４に設けられている。すなわち、協調制御部１１３は直流電力供給部１０１を構成する主電源および分散電源から直流機器１，１０２への電力の配分を制御しているので、例えば、主電源と比べて電力料金のかからない分散電源からより多くの電力が供給されるように配分を制御している場合、分散電源の配分が大きくなっていることを知らせるデータを直流供給線路Ｗｄｃを通して制御装置４に送信する。そして、当該データを受け取った制御部４１が、切換スイッチＳＷ１を充電回路４０側に切り換えて二次電池２を充電させれば、電力消費にかかる費用を低減することが可能となる。尚、本実施形態では直流機器１として洗濯機、テレビ受像機、炊飯器を例示したが、これらに限定する趣旨ではなく、冷蔵庫やエアコンディショナなどであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る直流機器の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る直流配電システムのシステム構成図である。
【図４】同上における制御装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  直流機器
２  二次電池
３  負荷回路
４  制御装置
【図１】
2009153302.tif 000003
【図２】
2009153302.tif 000004
【図３】
2009153302.tif 000005
【図４】
2009153302.tif 000006