(57)【要約】  多様なユーザニーズに対応が可能であり、設計・製造の負担およびコストの上昇を抑えることを目的とする。直流電力を受電する直流受電端と、直流電力を出力する直流出力端と、直流電力を蓄電する蓄電部に接続される蓄電部接続端と、蓄電部接続端と直流受電端とを電気的に接続する第１パスと、蓄電部接続端と直流出力端とを電気的に接続する第２パスと、直流受電端と直流出力端とを電気的に接続する第３パスと、を有し、第１パスが、第１パスを遮断する第１スイッチを有し、第２パスが、第２パスを遮断する第２スイッチを有し、第３パスが、直流受電端から直流出力端への電力供給に対し順方向接続された第３ダイオードを有する直流給電装置を提供する。
2020137348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を受電する直流受電端と、
直流電力を出力する直流出力端と、
直流電力を蓄電する蓄電部に接続される蓄電部接続端と、
前記蓄電部接続端と前記直流受電端とを電気的に接続する第１パスと、
前記蓄電部接続端と前記直流出力端とを電気的に接続する第２パスと、
前記直流受電端と前記直流出力端とを電気的に接続する第３パスと、を有し、
前記第１パスが、前記第１パスを遮断する第１スイッチを有し、
前記第２パスが、前記第２パスを遮断する第２スイッチを有し、
前記第３パスが、前記直流受電端から前記直流出力端への電力供給に対し順方向接続された第３ダイオードを有する第１の構成、または、前記直流受電端と前記直流出力端との間が直接接続された第２の構成、の何れかの構成を有する直流給電装置。
【請求項２】
前記第１パスが、前記第１スイッチに直列接続され、前記直流受電端から前記蓄電部接続端への電力供給に対し順方向に接続された第１ダイオードをさらに有し、
前記第２パスが、前記第２スイッチに直列接続され、前記蓄電部接続端から前記直流出力端への電力供給に対し順方向に接続された第２ダイオードをさらに有する請求項１に記載の直流給電装置。
【請求項３】
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部をさらに有する請求項１または請求項２に記載の直流給電装置。
【請求項４】
前記第１パスが、第３スイッチおよび抵抗素子が直列接続された第１バイパスをさらに有し、
前記第２パスが、第４スイッチおよび抵抗素子が直列接続された第２バイパスをさらに有し、
前記第１スイッチと前記第１バイパスとが並列に接続され、
前記第２スイッチと前記第２バイパスとが並列に接続された請求項１から請求項３の何れか一項に記載の直流給電装置。
【請求項５】
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを制御する制御部をさらに有する請求項４に記載の直流給電装置。
【請求項６】
直流電力を受電する直流受電端と、
直流電力を出力する直流出力端と、
直流電力を蓄電する蓄電部に接続される蓄電部接続端と、
前記蓄電部接続端と前記直流受電端および前記直流出力端とを電気的に接続する第４パスと、
前記直流受電端と前記直流出力端とを電気的に接続する第３パスと、を有し、
前記第４パスが、前記第４パスを遮断する第５スイッチを有し、
前記第３パスが、前記直流受電端と前記直流出力端との間が直接接続されている直流給電装置。
【請求項７】
前記第５スイッチを制御する制御部をさらに有する請求項６に記載の直流給電装置。
【請求項８】
交流電力を直流に整流する整流部をさらに有し、
前記整流部の直流出力が、前記直流出力端に直接接続されている請求項１から請求項７の何れか一項に記載の直流給電装置。
【請求項９】
前記蓄電部接続端に接続される蓄電部をさらに有する請求項１から請求項８の何れか一項に記載の直流給電装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の直流給電装置を用いた直流電力システムであって、
複数の前記直流給電装置と、
前記直流給電装置の前記蓄電部接続端に接続された蓄電部と、
直流電力を出力する、単一または複数の発電装置と、
前記発電装置からの直流電力を前記直流給電装置に入力する入力接続部と、を有し、
前記入力接続部が、単一または複数の前記発電装置のうち任意の発電装置の出力端と、複数の前記直流給電装置のうち任意の直流給電装置の直流受電端とを、任意に接続することが可能なものである直流電力システム。
【請求項１１】
前記入力接続部が、スイッチマトリックスで構成される請求項１０に記載の直流電力システム。
【請求項１２】
前記蓄電部の蓄電圧をモニタし、前記入力接続部における接続状態を制御する蓄電圧制御装置、をさらに有する請求項１０または請求項１１に記載の直流電力システム。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２の何れか一項に記載の直流電力システムであって、
単一または複数の負荷に直流電力を出力する出力接続部をさらに有し、
前記出力接続部が、複数の前記直流給電装置のうち任意の直流給電装置の直流出力端と、単一または複数の前記負荷のうち任意の負荷の入力端とを、任意に接続することが可能なものである直流電力システム。
【請求項１４】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の直流給電装置を用いた直流電力システムであって、
複数の前記直流給電装置と、
前記直流給電装置の前記蓄電部接続端に接続された蓄電部と、
直流電力を出力する、単一または複数の発電装置と、
単一または複数の負荷に直流電力を出力する出力接続部と、を有し、
前記出力接続部が、複数の前記直流給電装置のうち任意の直流給電装置の直流出力端と、単一または複数の前記負荷のうち任意の負荷の入力端とを、任意に接続することが可能なものである直流電力システム。
【請求項１５】
前記出力接続部が、スイッチマトリックスで構成され、
前記スイッチマトリックスにおける各スイッチのオンオフ状態を制御する出力制御装置をさらに有する請求項１４に記載の直流電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電装置および直流電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１は、設置コストの低減、直流負荷に対する安定的な電力供給、および、電力供給能力の向上を目的とする直流電源利用システムを開示している。当該直流電源利用システムは、直流電源と、交流商用電源と、交流商用電源を直流電源に変換する直流変換器と、直流電源及び直流に変換された商用電源の双方から直流の電力供給を受ける直流負荷器とを備え、直流電源と直流負荷器との間及び直流変換器と直流負荷器との間には各々逆流防止のダイオードが取り付けられると共に、直流電源側から優先的に直流負荷器に電力供給を行う電源優先供給装置が取り付けられたことを特徴とする。当該直流電源利用システムによれば、直流電源に太陽電池を含む場合に日射量が減少したとしても、その日射量において発電した電力を最大限利用できる簡易な制御法が提供できるとされている。【０００３】
たとえば、特許文献２は、所望する電源を選択し、選択した電源の種類に対応した無駄のない利用を目的とした電力送出システムを開示する。当該電力送出システムは、複数の直流電源と、直流電力の供給を受ける負荷とを有し、直流電源には電力優先取り出し装置が取り付けられ、コントローラーにより制御し、電力優先取り出し装置が取り付けられた直流電源から負荷への電力優先取り出しの電力量を決定することを特徴とする。当該電力送出システムによれば、商用電源のみならず、各自然エネルギーから発電された電力群を合成する際、少ない自然エネルギーから発電された少量の電力を無駄にすることなく有効に利用でき、また複数の電源を組み合わせて利用でき、ひとつの電源が断たれても自動的に他の電源から電力が供給でき、また複数の電源を利用するときに、利用優先順位が容易に設定できる利点があるとされている。【０００４】
たとえば、特許文献３は、負荷の消費電力が太陽電池からの供給電力を超える場合に、太陽電池の発電電力を最大限取り出すことを目的とした太陽光発電用電力給電システムが開示されている。当該太陽光発電用電力給電システムは、太陽光電源装置と、太陽光電源装置以外の電源装置と、該電源装置からの電力を合成する電力合成装置と、該電力合成装置で合成された電力が入力される負荷とを備え、負荷の消費電力が、太陽光電源装置の発電電力と略等しいかそれよりも大きい条件において、太陽光電源装置から最大効率の電力が取得できる電圧値を検出し、太陽光電源装置以外の電源装置の電圧値を検出した電圧値と略同等の電圧値として設定し、複数の電源装置からの電力を電力合成装置で合成し、合成した電力を負荷へ電力供給する構成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８１０５５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２１２４１号公報
【特許文献３】特開２０１６−０１９４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したような、複数の電力源からの直流電力を合成し負荷に供給するシステムに、太陽電池のような、出力電圧に応じて出力電流が変動する、すなわち出力電圧に応じて取り出せる電力が変動する電力源を含む場合、一般に、出力を最大化する最適な電流−電圧を自動的に求めるMPPT（Maximum Power Point Tracking）方式の制御装置が用いられる。【０００７】
しかし、MPPT制御装置は、それ自体が電力損失の原因になり得る。また、MPPT制御装置は、制御方法として山登り法（Hill Climbing Method）を採用し、DC-DCコンバータを用いることから、必然的にパルス状または鋸歯状の電圧変動が発生し、これら電圧変動が蓄電池を劣化させる要因になり得る問題がある。【０００８】
そこで本発明者らは、上記した課題の解決を目的に、太陽電池のような最適出力電圧が変動する電力源を含むような場合であっても、出力を適切に維持または制御し、全体としての発電効率を高めることができる電力供給システムの発明を為し、これを特許出願した（特願2017-169034号）。【０００９】
上記した電力供給システムによれば、システム全体としての発電効率を高めることが可能になるものの、発電容量が大きくなれば、用いる部品として大電力用の高価な部品を用いざるを得ず、コストを上昇させる懸念があった。また、ユーザ毎に異なる必要電力量にきめ細かに対応するには、電力供給システムで用いる電力合成装置等を多種多様に取り揃える必要があり、設計や製造の負担が大きくなる可能性があった。【００１０】
本発明の目的は、多様なユーザニーズに対応が可能であり、かつ、設計・製造の負担およびコストの上昇を抑えた直流給電装置および直流電力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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、直流電力を受電する直流受電端と、直流電力を出力する直流出力端と、直流電力を蓄電する蓄電部に接続される蓄電部接続端と、前記蓄電部接続端と前記直流受電端とを電気的に接続する第１パスと、前記蓄電部接続端と前記直流出力端とを電気的に接続する第２パスと、前記直流受電端と前記直流出力端とを電気的に接続する第３パスと、を有し、前記第１パスが、前記第１パスを遮断する第１スイッチを有し、前記第２パスが、前記第２パスを遮断する第２スイッチを有し、前記第３パスが、前記直流受電端から前記直流出力端への電力供給に対し順方向接続された第３ダイオードを有する第１の構成、または、前記直流受電端と前記直流出力端との間が直接接続された第２の構成、の何れかの構成を有する直流給電装置を提供する。【００１２】
上記した直流給電装置において、前記第１パスが、前記第１スイッチに直列接続され、前記直流受電端から前記蓄電部接続端への電力供給に対し順方向に接続された第１ダイオードをさらに有し、前記第２パスが、前記第２スイッチに直列接続され、前記蓄電部接続端から前記直流出力端への電力供給に対し順方向に接続された第２ダイオードをさらに有しても良い。上記した前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する制御部をさらに有しても良い。【００１３】
前記第１パスが、第３スイッチおよび抵抗素子が直列接続された第１バイパスをさらに有し、前記第２パスが、第４スイッチおよび抵抗素子が直列接続された第２バイパスをさらに有し、前記第１スイッチと前記第１バイパスとが並列に接続され、前記第２スイッチと前記第２バイパスとが並列に接続されたものであっても良い。この場合、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを制御する制御部をさらに有しても良い。【００１４】
本発明の第２の態様においては、直流電力を受電する直流受電端と、直流電力を出力する直流出力端と、直流電力を蓄電する蓄電部に接続される蓄電部接続端と、前記蓄電部接続端と前記直流受電端および前記直流出力端とを電気的に接続する第４パスと、前記直流受電端と前記直流出力端とを電気的に接続する第３パスと、を有し、前記第４パスが、前記第４パスを遮断する第５スイッチを有し、前記第３パスが、前記直流受電端から前記直流出力端への電力供給に対し順方向接続された第３ダイオードを有する第１の構成、または、前記直流受電端と前記直流出力端との間が直接接続された第２の構成、の何れかの構成を有する直流給電装置を提供する。この場合、前記第５スイッチを制御する制御部をさらに有しても良い。【００１５】
上記した第１および第２の態様の直流給電装置において、交流電力を直流に整流する整流部をさらに有し、前記整流部の直流出力が、前記直流出力端に直接接続されてもよい。また、前記蓄電部接続端に接続される蓄電部をさらに有してもよい。【００１６】
本発明の第３の態様においては、上記した直流給電装置を用いた直流電力システムであって、複数の前記直流給電装置と、前記直流給電装置の前記蓄電部接続端に接続された蓄電部と、直流電力を出力する、単一または複数の発電装置と、前記発電装置からの直流電力を前記直流給電装置に入力する入力接続部と、を有し、前記入力接続部が、単一または複数の前記発電装置のうち任意の発電装置の出力端と、複数の前記直流給電装置のうち任意の直流給電装置の直流受電端とを、任意に接続することが可能なものである直流電力システムを提供する。【００１７】
前記入力接続部が、スイッチマトリックスで構成されても良い。前記蓄電部の蓄電圧をモニタし、前記入力接続部における接続状態を制御する蓄電圧制御装置、をさらに有しても良い。また、上記した直流電力システムにおいて、単一または複数の負荷に直流電力を出力する出力接続部をさらに有し、前記出力接続部が、複数の前記直流給電装置のうち任意の直流給電装置の直流出力端と、単一または複数の前記負荷のうち任意の負荷の入力端とを、任意に接続することが可能なものであってもよい。【００１８】
本発明の第４の態様においては、上記した直流給電装置を用いた直流電力システムであって、複数の前記直流給電装置と、前記直流給電装置の前記蓄電部接続端に接続された蓄電部と、直流電力を出力する、単一または複数の発電装置と、単一または複数の負荷に直流電力を出力する出力接続部と、を有し、前記出力接続部が、複数の前記直流給電装置のうち任意の直流給電装置の直流出力端と、単一または複数の前記負荷のうち任意の負荷の入力端とを、任意に接続することが可能なものである直流電力システムを提供する。この場合、前記出力接続部が、スイッチマトリックスで構成され、前記スイッチマトリックスにおける各スイッチのオンオフ状態を制御する出力制御装置をさらに有しても良い。【００１９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】直流電力システム１００を示す機能ブロック図である。
【図２】直流蓄給電部１１０の一例を示す回路ブロック図である。
【図３】入力接続部１６０（出力接続部１７０）の一例を示す回路図である。
【図４】直流蓄給電部２１０の一例を示す回路ブロック図である。
【図５】直流蓄給電部３１０の一例を示す回路ブロック図である。
【図６】直流蓄給電部３１５の一例を示す回路ブロック図である。
【図７】直流電力システム４００を示す機能ブロック図である。
【図８】直流給電回路１２０の他の例を示す部分回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、直流電力システム１００を示す機能ブロック図である。直流電力システム１００は、複数の直流蓄給電部１１０、入力接続部１６０、単一または複数の発電装置１６５、商用電源１６６、出力接続部１７０および負荷１７５を有し、直流蓄給電部１１０は、直流給電回路１２０、蓄電部１４０および整流部１５０を有する。なお、商用電源１６６および整流部１５０、負荷１７５は、必ずしも直流電力システム１００を構成するものではない。
【００２３】
直流蓄給電部１１０は、入力接続部１６０を介して発電装置１６５から受電した直流電力を蓄電部１４０に蓄電し、あるいは、商用電源１６６から受電した交流電力を整流部１５０で整流した直流電力を蓄電部１４０に蓄電し、発電装置１６５からの直流電力、商用電源１６６からの交流電力を整流した直流電力、または、蓄電部１４０に蓄電した直流電力を、出力接続部１７０を介して負荷１７５に給電する機能を有する。
【００２４】
本実施の形態の直流電力システム１００は、直流蓄給電部１１０を複数備えることで、多様なユーザニーズにきめ細かく対応することが可能になり、また、コストを抑制することができる。すなわち、ユーザが必要とする電力はユーザ毎に多様であり、個々のニーズに完全に対応するには、ユーザ毎にシステムを個別に設計施工する必要がある。そのような対応を行っていては、設計施工の負担が大きく、工数を削減することも難しくなるので、コストが高くなる可能性がある。また、顧客の求める電力量が大容量である場合、大電力用の高価な部品を用いる必要があり、コストが高くなる可能性がある。
【００２５】
しかし、本実施の形態の直流電力システム１００では、直流蓄給電部１１０を複数備えるため、直流蓄給電部１１０として、比較的小電力容量の標準品をいくつか用意（たとえば、５ｋＷ、１０ｋＷ、３０ｋＷ、等）しておけば、これら標準品を組み合わせることで、顧客が求める電力容量にきめ細かく対応できる。また、標準品であることから、顧客ごとに新たに設計施工する必要がなく、コストを低く抑えることができる。直流蓄給電部１１０として予め用意する標準品を比較的小電力容量とすることで、安価な省電力用部品を用いることができ、製品コストを抑制することも可能である。さらに、システム運用中の顧客が電力容量を増減させたい要求が発生したとしても、直流蓄給電部１１０の組み合わせを変更することで、そのような要求にも容易に対応することができるようになる。
【００２６】
図２は、直流蓄給電部１１０の一例を示す回路ブロック図である。直流蓄給電部１１０は、直流給電回路１２０、直流受電端１２２−１，１２２−２、直流出力端１２４−１，１２４−２、整流部接続端１２６−１，１２６−２、蓄電部接続端１２８−１，１２８−２、制御部１３０、蓄電部１４０、整流部１５０および整流部受電端１５２，１５４を有する。なお、整流部１５０および整流部受電端１５２，１５４は、直流蓄給電部１１０の必須の構成要件ではない。
【００２７】
直流給電回路１２０は、直流受電端１２２−１，１２２−２、直流出力端１２４−１，１２４−２、整流部接続端１２６−１，１２６−２および蓄電部接続端１２８−１，１２８−２の間を繋ぐ電気回路であり、第１パス１３４、第２パス１３６および第３パス１３８を有する。
【００２８】
第１パス１３４は、蓄電部接続端１２８−１と直流受電端１２２−１とを電気的に接続し、第２パス１３６は、蓄電部接続端１２８−１と直流出力端１２４−１とを電気的に接続し、第３パス１３８は、直流受電端１２２−１と直流出力端１２４−１とを電気的に接続する。
【００２９】
第１パス１３４は、第１スイッチＳＷ１と第１ダイオードＤ１とを有する。第１スイッチＳＷ１は、第１パス１３４を遮断する。第１ダイオードＤ１は、第１スイッチＳＷ１に直列接続され、直流受電端１２２−１から蓄電部接続端１２８−１への電力供給に対し順方向に接続されている。
【００３０】
第２パス１３６は、第２スイッチＳＷ２と第２ダイオードＤ２とを有する。第２スイッチＳＷ２は、第２パス１３６を遮断する。第２ダイオードＤ２は、第２スイッチＳＷ２に直列接続され、蓄電部接続端１２８−１から直流出力端１２４−１への電力供給に対し順方向に接続されている。
【００３１】
第３パス１３８は、第３ダイオードＤ３を有する。第３ダイオードＤ３は、直流受電端１２２−１から直流出力端１２４−１への電力供給に対し順方向接続されている。
【００３２】
直流受電端１２２−１，１２２−２は、直流電力を受電し、直流出力端１２４−１，１２４−２は、直流電力を出力する。整流部接続端１２６−１，１２６−２は、整流部１５０に接続され、蓄電部接続端１２８−１，１２８−２は、蓄電部１４０に接続される。制御部１３０は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を制御する。
【００３３】
蓄電部１４０は、直流電力を蓄電することができる電気装置であり、たとえば蓄電池、コンデンサを挙げることができる。蓄電部１４０は、単一または複数の蓄電池等で構成されてもよい。複数の蓄電池等を直並列に組み合わせて接続することで、蓄電部１４０の電圧を調整することができる。
【００３４】
整流部１５０は、交流電力を直流に整流する。なお、整流部１５０の直流出力は、直流出力端１２４−１、１２４−２に直接接続されている。整流部受電端１５２，１５４は、商用電源１６６からの交流電力を受電する。
【００３５】
入力接続部１６０は、発電装置１６５からの直流電力を受電する。入力接続部１６０は、単一または複数の発電装置１６５のうち任意の発電装置１６５の出力端と、複数の直流蓄給電部１１０のうち任意の直流蓄給電部１１０の直流受電端１２２−１，１２２−２とを、任意に接続することが可能な電気回路である。入力接続部１６０は、たとえば図３に示すようなスイッチマトリックスで構成されてもよい。
【００３６】
図３は、入力接続部１６０の一例を示す回路図である。図３に示す入力接続部１６０は、複数の入力端１６２と複数の出力端１６４とを有し、各入力端１６２および出力端１６４に接続された各配線には、マトリックス状に配置されたスイッチＳＷ１１〜ＳＷ３３が接続されている。入力端１６２は発電装置１６５の側に配置され、出力端１６４は直流蓄給電部１１０の側に配置される。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ３３の開閉を制御することで、任意の入力端１６２と任意の出力端１６４とを接続することができ、任意の発電装置１６５を任意の直流蓄給電部１１０に接続することが可能になる。
【００３７】
入力接続部１６０を備えることで、各発電装置１６５における発電量と各直流蓄給電部１１０における蓄電部１４０の蓄電量をモニタしつつ、発電装置１６５と直流蓄給電部１１０の接続を最適に制御することができる。
【００３８】
発電装置１６５は、直流電力を出力する電気装置であり、たとえば太陽電池、燃料電池等を挙げることができる。発電装置１６５は、再生可能エネルギーであることが好ましい。なお、図１では複数の発電装置１６５を例示するが、発電装置１６５は、単一の発電装置１６５であっても良い。
【００３９】
商用電源１６６は、電力会社等から送電線を介して供給される交流電力源である。なお、本実施の形態の直流電力システム１００は、可能な限り、太陽電池等に代表される自然エネルギーにより負荷１７５への電力供給を賄おうとするものであるから、商用電源１６６からの電力は、発電装置１６５からの電力が不足する場合に限り利用する予備的電力である。よって、発電装置１６５からの電力により十分に負荷１７５への電力供給が為される場合には、商用電源１６６およびこれに付随する整流部１５０は不要であり、必須の構成要素ではない。
【００４０】
出力接続部１７０は、単一または複数の負荷１７５に直流電力を供給する。出力接続部１７０は、複数の直流蓄給電部１１０のうち任意の直流蓄給電部１１０の直流出力端１２４−１，１２４−２と、単一または複数の負荷１７５のうち任意の負荷１７５の入力端とを、任意に接続することが可能な電気回路である。出力接続部１７０は、たとえば図３に示すようなスイッチマトリックスで構成されてもよい。なお、図１では単一の負荷１７５を例示しているが、負荷１７５は複数であっても良い。
【００４１】
上記図３の説明と同様、出力接続部１７０は、複数の入力端１７２と複数の出力端１７４とを有し、各入力端１７２および出力端１７４に接続された各配線には、マトリックス状に配置されたスイッチＳＷ１１〜ＳＷ３３が接続されている。入力端１７２は直流蓄給電部１１０の側に配置され、出力端１７４は負荷１７５の側に配置される。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ３３の開閉を制御することで、任意の入力端１７２と任意の出力端１７４とを接続することができ、任意の直流蓄給電部１１０を任意の負荷１７５に接続することが可能になる。
【００４２】
出力接続部１７０を備えることで、各直流蓄給電部１１０に供給される発電装置１６５からの電力量および蓄電部１４０に蓄積されている電力量と、負荷１７５の必要電力量とのバランスを勘案し、直流蓄給電部１１０と負荷１７５との接続を最適に制御することができる。
【００４３】
負荷１７５は、直流電力を消費する電気電子機器である。たとえば直流入力を有するインバータ方式のエアーコンディショナ、直流駆動可能なＬＥＤ等の照明器具、直流入力を有するコンピュータ等電子機器が例示できる。
【００４４】
次に、直流給電回路１２０における第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の動作について説明する。第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、蓄電部１４０の電圧（V_BATT）を参照し、制御部１３０により制御する。蓄電部１４０の特性に合わせ、下記４つの電圧を定義する。
「充電禁止電圧（V_CRGOFF）」：この電圧を超えた場合は、満充電になっているものとみなし、充電を禁止する。
「充電許可電圧（V_CRGON）」：この電圧以下になった場合は、充電可能とする。
「放電許可電圧（V_DISON）」：この電圧以上になった場合は、放電可能とする。
「放電禁止電圧（V_DISOFF）」：この電圧を下回った場合は、バッテリー残量が空になったものとみなし、放電を禁止する。
【００４５】
具体的な制御方法は以下の通りである。
１．V_CRGOFFとV_BATTとを比較し、「V_CRGOFF＜V_BATT」である場合に第１スイッチＳＷ１をオフにする。
２．V_CRGONとV_BATTとを比較し、「V_CRGON＞V_BATT」である場合に第１スイッチＳＷ１をオンにする。
３．V_DISONとV_BATTとを比較し、「V_DISON＜V_BATT」である場合に第２スイッチＳＷ２をオンにする。
４．V_DISOFFとV_BATTとを比較し、「V_DISOFF＞V_BATT」である場合に第２スイッチＳＷ２をオフにする。
【００４６】
以上説明した直流電力システム１００によれば、ユーザの要望に合わせて直流蓄給電部１１０を増減できるので、コストを抑えつつユーザの要望にきめ細かく対応することができる。また、直流蓄給電部１１０を比較的小規模な電力容量に対応するものとすることで、コスト低減を図ることが可能になる。
【００４７】
上記した直流電力システム１００では、直流給電回路１２０の第１パス１３４、第２パス１３６および第３パス１３８のそれぞれに、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２および第３ダイオードＤ３を備えるため、蓄電部１４０の蓄電量（出力電圧）を気にすることなく、２以上の直流蓄給電部１１０のカスケード接続（一の直流蓄給電部１１０の直流受電端１２２−１，１２２−２、直流出力端１２４−１，１２４−２のそれぞれを、他の直流蓄給電部１１０の直流受電端１２２−１，１２２−２、直流出力端１２４−１，１２４−２のそれぞれにつなげる接続）を行うことができる。すなわち、蓄電部１４０の電圧が異なる二つの直流蓄給電部１１０を放電許可状態でカスケード接続した場合、両者の直流出力端１２４−１，１２４−２を介して、一方の蓄電部１４０から他方の蓄電部１４０に電流が流れようとする。しかし、電流が流れ込む側の第２ダイオードＤ２および第３ダイオードＤ３の作用（逆バイアス）により、流入電流は阻止され、結果、蓄電部１４０および発電装置１６５に逆電流は流れ込まない。
【００４８】
また、一般に、単一の直流蓄給電部１１０には、単一または複数の発電装置１６５が接続でき、単一の発電装置１６５を複数の直流蓄給電部１１０に接続することはできないが、本実施の形態の直流電力システム１００では、直流給電回路１２０に第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２および第３ダイオードＤ３を備えるため、単一の発電装置１６５を複数の直流蓄給電部１１０に接続することが可能になる。すなわち、単一の発電装置１６５を、カスケード接続された複数の直流蓄給電部１１０に接続した場合、充電許可状態では、第１ダイオードＤ１が順バイアスとなり、電圧の低い蓄電部１４０から優先的に充電が実行される。この結果、複数の直流蓄給電部１１０における充電の偏りを小さくすることも可能になる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態１の直流電力システム１００では、直流給電回路１２０の第１パス１３４、第２パス１３６および第３パス１３８のそれぞれに、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２および第３ダイオードＤ３を備えた例を示したが、直流蓄給電部１１０を接続する際の充電電圧が同一である場合には、図４に示すように、第３パス１３８の第３ダイオードＤ３を省略することができる。すなわち、第３パス１３８を、直流受電端１２２と直流出力端１２６との間が直接接続された構成とすることができる。
【００５０】
この場合の制御部１３０における第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の制御は、実施の形態１の場合と同様、以下のように行うことができる。
１．V_CRGOFFとV_BATTとを比較し、「V_CRGOFF＜V_BATT」である場合に第１スイッチＳＷ１をオフにする。
２．V_CRGONとV_BATTとを比較し、「V_CRGON＞V_BATT」である場合に第１スイッチＳＷ１をオンにする。
３．V_DISONとV_BATTとを比較し、「V_DISON＜V_BATT」である場合に第２スイッチＳＷ２をオンにする。
４．V_DISOFFとV_BATTとを比較し、「V_DISOFF＞V_BATT」である場合に第２スイッチＳＷ２をオフにする。
【００５１】
（実施の形態３）
実施の形態１で説明した第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２は、逆流防止用の素子であり、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２をスイッチに置き換えることができる。また、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の制御により逆流防止機能が実現できる場合には、図５に示すように、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２を省略することができる。
【００５２】
この場合の制御部１３０における第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の制御は、以下のように行うことができる。
５．充電禁止条件に合致する場合：第１スイッチＳＷ１をオフにする。
６−１．充電許可条件に合致しＳＷ１がオフである場合：ＳＷ１の蓄電部側電圧が直流出力端側電圧より低いとき、第１スイッチＳＷ１をオンにする。
６−２．充電許可条件に合致しＳＷ１がオンである場合：ＳＷ１に流れる電流が直流出力端側に流れているとき、第１スイッチＳＷ１をオフにする。
７．放電禁止条件に合致する場合：第２スイッチＳＷ２をオフにする。
８−１．放電許可条件に合致しＳＷ２がオフである場合：ＳＷ２の蓄電部側電圧が直流出力端側電圧より高いとき、第２スイッチＳＷ２をオンにする。
８−２．放電許可条件に合致しＳＷ２がオンである場合：ＳＷ２に流れる電流が蓄電部側に流れているとき、第２スイッチＳＷ２をオフにする。
【００５３】
（実施の形態４）
実施の形態２で説明した第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２も、実施の形態３と同様、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の制御により逆流防止機能が実現できる場合には省略することができる。この場合、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２は、並列に接続された構成となるため、図６に示すように、単一の第５スイッチＳＷ５に置き換えることができる。すなわち、蓄電部接続端１２８−１と直流受電端１２２−１および直流出力端１２４−１とを電気的に接続する第４パス１３９と、上記第３パス１３８と、を有し、第４パス１３９が、これを遮断する第５スイッチＳＷ５を有し、第３パス１３８が、直流受電端１２２−１と直流出力端１２４−１との間が直接接続されたものとすることができる。
【００５４】
なお、第５スイッチＳＷ５は、制御部１３０によって制御することができ、たとえば、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の動作において、両スイッチがオフになる条件の場合にＳＷ５がオフになり、何れか一方のスイッチがオンになる条件の場合にＳＷ５がオンになるよう制御すればよい。
【００５５】
（実施の形態５）
実施の形態１の構成に加え、図７に示すように、蓄電圧制御装置４０２および出力制御装置４０４の構成を追加することができる。すなわち、蓄電圧制御装置４０２は、複数の直流蓄給電部１１０のそれぞれに含まれる蓄電部１４０における蓄電圧をモニタし、入力接続部１６０における接続状態を制御するものである。当該構成を備えることで、蓄電圧の低い蓄電部１４０から優先的に充電を実行できる。また、この際、発電電力の大きい発電装置１６５を選択して、当該充電に充てることができる。
【００５６】
また、出力制御装置４０４は、出力接続部１７０におけるスイッチマトリックスの各スイッチをオンオフ制御するものである。当該構成により、負荷１７５が複数あった場合に、優先すべき負荷１７５を選択して、電力を供給することができる。また、蓄電圧の高い蓄電部１４０を選択して、優先的に負荷１７５への電力供給を実行し、各直流蓄給電部１１０間の蓄電圧の平準化を図ることができる。
【００５７】
（実施の形態６）
実施の形態１〜４における第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２並びに実施の形態５における第５スイッチＳＷ５としてスイッチリレー等を用いた場合、リレー接点の融着や切断時アーク放電の防止を目的に、図８に示すようなプリチャージ回路を付加することができる。すなわち、第１パス１３４が、第３スイッチＳＷ３および抵抗素子Ｒが直列接続された第１バイパス５０２をさらに有し、第２パス１３６が、第４スイッチＳＷ４および抵抗素子Ｒが直列接続された第２バイパス５０４をさらに有し、第１スイッチＳＷ１と第１バイパス５０２とが並列に接続され、第２スイッチＳＷ２と第２バイパス５０４とが並列に接続されたものとすることができる。この場合、制御部１３０は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４、または、第５スイッチＳＷ５、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４を制御することができる。
【００５８】
本実施の形態における第１スイッチＳＷ１〜第５スイッチＳＷ５の各スイッチの制御は、たとえば以下のように行うことができる。すなわち、ＳＷ１をＯＮにする場合、第３スイッチＳＷ３をＯＮにし、その後ＳＷ１をＯＮにする。ＳＷ１をＯＦＦにする場合は、ＳＷ１をＯＦＦにした後、ＳＷ３をＯＦＦにする。ＳＷ２およびＳＷ４についても同様である。ＳＷ５についても同様である。当該構成により、リレー接点の融着、切断時のアーク放電を防止することができる。
【００５９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６０】
たとえば、上記した直流電力システム１００では、入力接続部１６０および出力接続部１７０の両方を備える例を説明したが、何れか一方を備えるもの、または、何れも備えないものであっても良い。この場合、入力接続部１６０または出力接続部１７０を備えない直流受電端１２２−１，１２２−２または直流出力端１２４−１，１２４−２は、他の直流蓄給電部１１０の同部位とカスケード接続されても良く、任意に接続されても良い。
【００６１】
また、上記した実施の形態において、発電装置１６５の出力にＤＣ−ＤＣコンバータあるいはＭＰＰＴ制御装置を備えても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１００…直流電力システム、１１０…直流蓄給電部、１２０…直流給電回路、１２２−１，１２２−２…直流受電端、１２４−１，１２４−２…直流出力端、１２６−１，１２６−２…整流部接続端、１２８−１，１２８−２…蓄電部接続端、１３０…制御部、１３４…第１パス、１３６…第２パス、１３８…第３パス、１３９…第４パス、１４０…蓄電部、１５０…整流部、１５２，１５４…整流部受電端、１６０…入力接続部、１６２…入力端、１６４…出力端、１６５…発電装置、１６６…商用電源、１７０…出力接続部、１７２…入力端、１７４…出力端、１７５…負荷、２１０…直流蓄給電部、３１０…直流蓄給電部、３１５…直流蓄給電部、４００…直流電力システム、４０２…蓄電圧制御装置、４０４…出力制御装置、５０２…第１バイパス、５０４…第２バイパス、Ｄ１…第１ダイオード、Ｄ２…第２ダイオード、Ｄ３…第３ダイオード、Ｒ…抵抗素子、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、ＳＷ４…第４スイッチ、ＳＷ５…第５スイッチ、ＳＷ１１〜ＳＷ３３…スイッチ。
【図１】
2020137348.tif 000003
【図２】
2020137348.tif 000004
【図３】
2020137348.tif 000005
【図４】
2020137348.tif 000006
【図５】
2020137348.tif 000007
【図６】
2020137348.tif 000008
【図７】
2020137348.tif 000009
【図８】
2020137348.tif 000010
【国際調査報告】
2020137348.tif 000011
2020137348.tif 000012
2020137348.tif 000013
2020137348.tif 000014
2020137348.tif 000015