特開 2023-176700 パワーコンディショナシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176700

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】パワーコンディショナシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20231206BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20231206BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231206BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20231206BHJP

   B60L 55/00 20190101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J3/38 110

H02J3/38 130

H02J7/00 P

H02J7/35 K

B60L55/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089131

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保 和樹

(72)【発明者】

【氏名】大竹 高

(72)【発明者】

【氏名】大田 準二

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G066AA04

5G066HA11

5G066HB06

5G066HB09

5G066JA02

5G066JB03

5G503AA01

5G503AA06

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA10

5G503DA04

5G503DA05

5G503FA06

5G503GB03

5G503GB06

5G503GD02

5G503GD06

5H125AA01

5H125AC24

5H125BE02

5H125EE61

5H125FF14

(57)【要約】

【課題】電力変換回路を収容する筐体とパワーコンディショナの筐体とが互いに独立している構成において、電力系統の状態に基づいて、移動体の電力を用いた自立運転を行うことが可能なパワーコンディショナシステムを提供する。
【解決手段】ＰＣＳ１００は、系統側電圧センサ２６（電圧センサ）の検出値に基づいてＰＣＳユニット２０（パワーコンディショナ）を自立運転させるための通信信号を生成するＭＣＵ２４（制御部）を収容する筐体部２７（第１筐体部）を備える。また、ＰＣＳ１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１（電力変換回路）と補助入力リレー１３（接続リレー）とを収容するとともに、筐体部２７とは独立した筐体部１４（第２筐体部）とを備える。補助入力リレー１３は、筐体部２７に収容されているＭＣＵ２４からの通信信号に基づいて閉状態にされる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統からの電力を所定の電気機器に供給する系統運転が可能なパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナにおける前記電力系統側の所定の電路における電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサの検出値に基づいて前記パワーコンディショナを自立運転させるための信号を生成する制御部と、を収容する第１筐体部と、
移動体からの電力を変換して前記パワーコンディショナに供給する電力変換回路と、前記移動体と前記電力変換回路との電気的な接続状態、または、前記電力変換回路と前記パワーコンディショナとの電気的な接続状態を切り替え可能な接続リレーとを収容するとともに、前記第１筐体部とは独立して設けられている第２筐体部と、を備え、
前記第２筐体部に収容される前記接続リレーは、前記第２筐体部とは独立して設けられる前記第１筐体部に収容されている前記制御部からの前記信号に基づいて閉状態にされる、パワーコンディショナシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パワーコンディショナシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２０－００５３４１号公報（特許文献１）には、蓄電池システム用ブレーカを介して商用電力系統と接続されるパワーコンディショナが開示されている。上記パワーコンディショナは、Ｖ２Ｈスタンドを介して、外部への給電機能を有する電動車と接続可能である。上記特許文献１には明記されていないが、Ｖ２Ｈスタンドの筐体とパワーコンディショナの筐体とは、互いに独立して（別個に）設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－００５３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、Ｖ２Ｈスタンドの電力変換回路と電動車との間の電気的な接続状態の切り替えについて考慮されていない。電力系統の電力が用いられる系統運転（連系運転）時においては、パワーコンディショナを正常に使用するために、電力変換回路と電動車とを電気的に非接続状態にすることが望まれている。一方、電力系統が停電等の異常時に電力変換回路と電動車とを電気的に接続させることにより、電動車の電力を用いた自立運転が可能となる。そこで、電力変換回路を収容する筐体とパワーコンディショナの筐体とが互いに独立している構成において、電力系統の状態に基づいて、電動車（移動体）の電力を用いた自立運転が可能なパワーコンディショナシステムが望まれている。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力変換回路を収容する筐体とパワーコンディショナの筐体とが互いに独立している構成において、電力系統の状態に基づいて、電動車（移動体）の電力を用いた自立運転が可能なパワーコンディショナシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の局面に係るパワーコンディショナシステムは、電力系統からの電力を所定の電気機器に供給する系統運転が可能なパワーコンディショナと、パワーコンディショナと電力系統との間の所定の電路における電圧を検出する電圧センサと、電圧センサの検出値に基づいてパワーコンディショナを自立運転させるための信号を生成する制御部と、を収容する第１筐体部と、移動体からの電力を変換してパワーコンディショナに供給する電力変換回路と、移動体と電力変換回路との電気的な接続状態、または、電力変換回路とパワーコンディショナとの電気的な接続状態を切り替え可能な接続リレーとを収容するとともに、第１筐体部とは独立して設けられている第２筐体部と、を備える。第２筐体部に収容される接続リレーは、第２筐体部とは独立して設けられる第１筐体部に収容されている制御部からの信号に基づいて閉状態にされる。

【0007】

本開示の第１の局面に係るパワーコンディショナシステムでは、上記のように、第２筐体部に収容される接続リレーは、第２筐体部とは独立して設けられる第１筐体部に収容されている制御部からの信号（電力系統の電圧状態に基づく信号）に基づいて閉状態にされる。これにより、電力変換回路を収容する筐体とパワーコンディショナの筐体とが互いに独立している構成において、電力系統の状態（電圧状態）に基づいて、移動体の電力を用いた自立運転を行うことができる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、電力変換回路を収容する筐体とパワーコンディショナの筐体とが互いに独立している構成において、電力系統の状態に基づいて、移動体の電力を用いた自立運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態によるパワーコンディショナシステムの構成を示す図である。

【図2】図２（Ａ）は、連系運転から自立運転へ移行する際のシーケンス図である。図２（Ｂ）は、自立運転から連系運転へ移行する際のシーケンス図である。

【図3】連系運転から自立運転へ移行する際の制御フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

図１は、本実施形態に係るＰＣＳ（Power Conditioning System）１００の構成を示す図である。

【0012】

図１に示すように、ＰＣＳ１００は、ＡＣ／ＤＣユニット１０と、ＰＣＳユニット２０とを備える。なお、ＰＣＳユニット２０は、本開示の「パワーコンディショナ」の一例である。

【0013】

ＡＣ／ＤＣユニット１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、ＭＣＵ（Micro Controller System）１２と、補助入力リレー１３と、筐体部１４と、を含む。筐体部１４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、ＭＣＵ１２、および、補助入力リレー１３を収容する。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１および補助入力リレー１３は、それぞれ、本開示の「電力変換回路」および「接続リレー」の一例である。また、筐体部１４は、本開示の「第２筐体部」の一例である。

【0014】

ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、電動車両２００からの交流電力を直流電力に変換してＰＣＳユニット２０に供給する。なお、電動車両２００は、ＡＣ／ＤＣユニット１０の給電ケーブル１５が挿入されることにより、ＡＣ／ＤＣユニット１０に電力を供給可能である。なお、電動車両２００は、本開示の「移動体」の一例である。また、電動車両とは、自動車だけでなく自動２輪車等を含んでいてもよい。

【0015】

補助入力リレー１３は、電動車両２００とＡＣ／ＤＣコンバータ１１との電気的な接続状態を切り替え可能に構成されている。具体的には、補助入力リレー１３が閉状態の場合、電動車両２００とＡＣ／ＤＣコンバータ１１とが電気的に接続される。補助入力リレー１３が開状態の場合、電動車両２００とＡＣ／ＤＣコンバータ１１とが電気的に非接続状態にされる。なお、補助入力リレー１３が、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１のＰＣＳユニット２０側に設けられているとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１とＰＣＳユニット２０との電気的な接続状態を切り替え可能であってもよい。

【0016】

ＭＣＵ１２は、補助入力リレー１３に信号を送信することにより、補助入力リレー１３の開閉状態を制御する。

【0017】

ＰＣＳユニット２０は、電力系統３００からの交流電力を家４００の電気機器４０１に供給する連系運転が可能に構成されている。なお、ＰＣＳユニット２０は、家４００以外（たとえば商用ビル等）の電気機器に電力を供給してもよい。また、電気機器４０１は、本開示の「所定の電気機器」の一例である。また、連系運転は、本開示の「系統運転」の一例である。

【0018】

ＰＣＳユニット２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、インバータ２２と、連系リレー２３と、ＭＣＵ２４と、入力側電圧センサ２５と、系統側電圧センサ２６と、筐体部２７とを備える。筐体部２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、インバータ２２、連系リレー２３、ＭＣＵ２４、入力側電圧センサ２５、および、系統側電圧センサ２６を収容する。なお、系統側電圧センサ２６およびＭＣＵ２４は、それぞれ、本開示の「電圧センサ」および「制御部」の一例である。また、筐体部２７は、本開示の「第１筐体部」の一例である。

【0019】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１からの直流電圧を昇圧する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、たとえば太陽光発電システム５００からの直流電圧を昇圧する。

【0020】

インバータ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの直流電圧（電力）を交流電圧（電力）に変換する。入力側電圧センサ２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１とインバータ２２とを電気的に接続する電路の電圧を検出する。

【0021】

連系リレー２３は、インバータ２２と電力系統３００との電気的な接続状態を切り替え可能に構成されている。具体的には、連系リレー２３が閉状態の場合、インバータ２２と電力系統３００とが電気的に接続される。この場合、電力系統３００の電力（およびインバータ２２の電力）が電気機器４０１に供給される連系運転が行われる。連系リレー２３が開状態の場合、インバータ２２と電力系統３００とが電気的に非接続状態にされる。この場合、電力系統３００の電力が電気機器４０１に供給されずにＰＣＳユニット２０（インバータ２２）の電力のみが電気機器４０１に供給される自立運転が行われる。

【0022】

系統側電圧センサ２６は、ＰＣＳユニット２０における電力系統３００側（下流側）の所定の電路における電圧を検出する。具体的には、系統側電圧センサ２６は、インバータ２２と連系リレー２３との間の電路２６ａの電圧を検出する。

【0023】

また、筐体部１４と筐体部２７とは、互いに独立して設けられている。言い換えると、筐体部１４と筐体部２７とは、互いに別個に（別部材として）設けられている。

【0024】

ＭＣＵ２４は、連系リレー２３に信号を送信することにより、連系リレー２３の開閉状態を制御する。また、ＭＣＵ２４は、ＡＣ／ＤＣユニット１０のＭＣＵ１２と通信可能に構成されている。ＭＣＵ２４とＭＣＵ１２とは、通信ライン２４ａを通じて有線で通信されている。通信ライン２４ａは、互いに独立した筐体のＭＣＵ同士（１２、２４）を接続している。なお、ＭＣＵ２４とＭＣＵ１２とは、互いに無線通信されていてもよい。

【0025】

また、ＭＣＵ２４は、系統側電圧センサ２６の検出値に基づいてＰＣＳユニット２０を自立運転させるための信号を生成する。具体的には、ＭＣＵ２４は、電力系統３００の停電時に系統側電圧センサ２６の検出値が０（または０に近い値）になったことに基づいて上記信号を生成する。なお、上記信号のうちＭＣＵ１２に送信される信号を、通信信号と称する。

【0026】

ここで、従来のパワーコンディショナシステムでは、ＡＣ／ＤＣユニット１０の筐体部１４とＰＣＳユニット２０の筐体部２７とが互いに独立している構成において、電力系統３００の状態に基づいて、電動車両２００の電力を用いた自立運転を行うことが望まれていた。

【0027】

そこで、本実施形態では、筐体部１４に収容される補助入力リレー１３は、筐体部１４とは独立して設けられる筐体部２７に収容されているＭＣＵ２４からの通信信号に基づいて閉状態にされる。

【0028】

具体的には、ＭＣＵ２４は、通信信号を通信ライン２４ａを通じて筐体部１４内のＭＣＵ１２に送信する。ＭＣＵ１２は、通信信号を受信したことに基づいて、補助入力リレー１３に信号を送信して補助入力リレー１３を閉状態にする。また、ＭＣＵ２４は、上記信号を連系リレー２３に送信して連系リレー２３を開状態にする。

【0029】

図２（Ａ）は、ＰＣＳ１００の運転状態を連系運転から自立運転に変化させる場合のシーケンスを示す。ここで、時刻ｔ１において電力系統３００が停電したとする。この場合、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ１において、系統側電圧センサ２６の検出値の変化に基づいて、連系リレー２３を開状態（オフ）にする。ＭＣＵ２４は、連系リレー２３を開状態にするのと同時に、インバータ２２をオフにする。これにより、連系運転が終了する。

【0030】

次に、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ１の所定時間後（たとえば５秒後）の時刻ｔ２において、連系リレー２３の溶着チェックを開始する。ＭＣＵ２４は、時刻ｔ２から、時刻ｔ２の所定時間後（たとえば５秒後）の時刻ｔ３まで、連系リレー２３の溶着チェックを実施する。溶着チェックでは、入力側電圧センサ２５の検出値が３００Ｖ以上であることが確認される。

【0031】

次に、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ３において、通信ライン２４ａを通じてＡＣ／ＤＣユニット１０のＭＣＵ１２に通信信号を送信する。これにより、時刻ｔ３から所定の通信遅延時間後（たとえば０．３秒）の時刻ｔ４において、補助入力リレー１３が閉状態（オン）にされる。また、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ３において、インバータ２２をオンにする。これにより、自立運転が開始される。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間は、自立運転の準備期間となる。なお、図２（Ａ）に示す例では、電動車両２００からＡＣ／ＤＣコンバータ１１への入力（図２（Ａ）の「補助入力」参照）は、常にオン状態である。

【0032】

図２（Ｂ）は、ＰＣＳ１００の運転状態を自立運転から連系運転に変化させる場合のシーケンスを示す。ここで、時刻ｔ１１において、電力系統３００が停電状態から復帰したとする。この場合、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ１１において、系統側電圧センサ２６の検出値の変化に基づいて、ＭＣＵ１２に送信している通信信号をオフにする。これにより、時刻ｔ１１から所定の通信遅延時間後（たとえば０．３秒）の時刻ｔ１２において、補助入力リレー１３が開状態（オフ）にされる。また、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ１１において、インバータ２２をオフにする。これにより、自立運転が終了する。

【0033】

次に、ＭＣＵ２４は、時刻ｔ１３において、連系リレー２３を閉状態（オン）にするとともに、インバータ２２をオンにする。これにより、連系運転が開始される。すなわち、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの期間は、連系運転の準備期間となる。

【0034】

なお、時刻ｔ１３は、時刻ｔ１２よりも後の時刻である。これにより、補助入力リレー１３と連系リレー２３とが同時に閉状態（オン）になることが防止されている。

【0035】

図３は、連系運転から自立運転に移行する際のＭＣＵ２４の制御を示す制御フロー図である。

【0036】

まず、ステップＳ１において、系統側電圧センサ２６の検出値に基づいて電力系統３００の異常（たとえば停電）が検知される。次に、ステップＳ２において、連系リレー２３が開状態（オフ）にされるとともにインバータ２２がオフされることにより連系運転が停止される。次に、ステップＳ３において、自立運転モードの初期化処理が行われる。

【0037】

ここで、ステップＳ３において、ステップＳ４およびＳ５が行われる。ステップＳ４では、ステップＳ３における初期化処理においてエラーの有無が判定される。エラーがある場合（Ｙｅｓの場合）は、処理はステップＳ４０に進む。エラーがない場合（Ｎｏの場合）は、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、手動でＰＣＳ１００の運転の停止操作が行われたか否かが判定される。停止操作が行われた場合（Ｙｅｓの場合）、処理はステップＳ５０に進む。停止操作が行われなかった場合（Ｎｏの場合）、処理はステップＳ６に進む。なお、ステップＳ４およびＳ５の順番が上記とは逆であっても同時に行われていてもよい。また、ステップＳ４およびステップＳ５の処理をまとめて処理Ａと称する。

【0038】

ステップＳ６では、連系リレー２３の溶着チェックが行われる。また、ステップＳ６におけるステップＳ６０では、上記の処理Ａが行われる。

【0039】

次に、ステップＳ７では、補助入力リレー１３が閉状態（オン）にされる。また、ステップＳ７におけるステップＳ７０では、上記の処理Ａが行われる。

【0040】

次に、ステップＳ８では、ＭＣＵ１２に通信信号が送信されるとともにインバータ２２がオンされることにより、自立運転が開始される。また、ステップＳ８におけるステップＳ８０では、上記の処理Ａが行われる。ステップＳ８０の処理ＡにおけるステップＳ４およびＳ５の各々においてＮｏの場合、処理は終了される。

【0041】

また、ステップＳ４０では、エラー処理が行われる。ステップＳ４０におけるステップＳ４１では、ＰＣＳ１００の運転が自動復帰可能か否かが判定される。自動復帰が可能な場合（Ｙｅｓの場合）、処理はステップＳ３に戻る。自動復帰が可能ではない場合（Ｎｏの場合）、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ４０におけるステップＳ５においてＹｅｓの場合、処理はステップＳ５０に進む。ステップＳ４０におけるステップＳ５においてＮｏの場合、処理はステップＳ４２に進む。なお、ステップＳ４１およびＳ５の順番が上記と逆であっても同時に行われていてもよい。

【0042】

ステップＳ４２では、ＰＣＳ１００の状態が故障モードに変化される。その後、処理が終了される。ステップＳ５０では、ＰＣＳ１００の運転が停止される。その後、処理はステップＳ３に戻る。

【0043】

以上のように、本実施形態においては、筐体部１４に収容される補助入力リレー１３は、筐体部１４とは独立して設けられる筐体部２７に収容されているＭＣＵ２４からの通信信号に基づいて閉状態にされる。これにより、補助入力リレー１３を、補助入力リレー１３とは異なる筐体に収容されるＭＣＵ２４からの通信信号により制御することができる。

【0044】

また、上記実施形態では、ＰＣＳユニット２０のＭＣＵ２４がＡＣ／ＤＣユニット１０のＭＣＵ１２を介して補助入力リレー１３を制御する例を示したが、本開示はこれに限られない。ＭＣＵ２４は、ＭＣＵ１２を介さずに補助入力リレー１３を直接制御してもよい。

【0045】

また、上記実施形態では、パワーコンディショナシステム１００にＡＣ／ＤＣユニット１０が設けられる例を示したが、本開示はこれに限られない。ＡＣ／ＤＣユニットの代わりにＤＣ（直流電力）が入力されるユニットが設けられていてもよい。

【0046】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0047】

１１ ＡＣ／ＤＣコンバータ（電力変換回路），１３ 補助入力リレー（接続リレー），１４ 筐体部（第２筐体部），２０ ＰＣＳユニット（パワーコンディショナ），２４ ＭＣＵ（制御部），２６ 系統側電圧センサ（電圧センサ），２６ａ 電路（所定の電路），２７ 筐体部（第１筐体部），１００ パワーコンディショナシステム，２００ 電動車両（移動体），３００ 電力系統，４０１ 電気機器（所定の電気機器）。

【図1】

【図2】

【図3】