特開 2023-66088 電力変換システム

(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】P2023066088

(43)【公開日】2023-05-15

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 9/445 20180101AFI20230508BHJP

【ＦＩ】

G06F9/445 130

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021176597

(22)【出願日】2021-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000217491

【氏名又は名称】ダイヤゼブラ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100167977

【弁理士】

【氏名又は名称】大友 昭男

(72)【発明者】

【氏名】牧野 康弘

(72)【発明者】

【氏名】相馬 英明

(72)【発明者】

【氏名】大田 準二

【テーマコード（参考）】

5B376

【Ｆターム（参考）】

5B376AC12

5B376GA13

(57)【要約】

【課題】当初システムのハードウェア構成を変更する場合でも、容易かつ低コストで変更後のシステムを動作させることが可能な電力変換システムを提供する。
【解決手段】ファイルサーバ３は、電力変換装置２の変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェア５を記憶するファームウェア記憶部６を備え、電力変換装置２は、ファイルサーバ３から送信された各ファームウェアを記憶する送信ファームウェア記憶部９と、少なくとも１つのハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントＥＣを含むハードウェア部１３と、ハード変更対応ファームウェア５を用いて拡張コンポーネントＥＣを制御するハード変更対応制御部８とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能エネルギ電源使用の電力変換装置と、前記電力変換装置にファームウェアを提供するファイルサーバとが通信可能に接続された、電力変換システムであって、
前記ファイルサーバは、前記電力変換装置の共通使用のハードウェアに提供するハード共通ファームウェアおよび変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェアを記憶するファームウェア記憶部を備え、
前記電力変換装置は、前記ファイルサーバから送信された各ファームウェアを記憶する送信ファームウェア記憶部と、前記共通使用するハードウェアである共通コンポーネントおよび少なくとも１つのハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントとを含むハードウェア部と、システム全体を制御する全体制御部と、前記ハード変更対応ファームウェアを用いて前記拡張コンポーネントを制御するハード変更対応制御部と、を備えており、
前記ハードウェア部の再生可能エネルギ電源のハードウェア構成の変更使用が可能な、電力変換システム。

【請求項2】

請求項１において、
前記送信ファームウェア記憶部は、さらに各コンポーネントに対応して、これを制御するための設定値である制御パラメータを記憶している、電力変換システム。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記共通コンポーネントが再生可能エネルギ電源の電力を変換するパワーコンディショナである、電力変換システム。

【請求項4】

請求項１または２において、
前記拡張コンポーネントが太陽電池、燃料電池、風力発電を含む再生可能エネルギ電源、および当該電源の電力を蓄電する蓄電ユニットの少なくとも１つを含む、電力変換システム。

【請求項5】

請求項１または２において、前記拡張コンポーネントが電気自動車用の車載バッテリである、電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池等の再生可能エネルギ電源のハードウェア構成に応じたファームウェアが提供される、電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気機器のハードウェア構成に応じてファームウェアが提供されるシステムが増加している。このファームウェア提供システムは、サーバにライブラリを構成し、更新されたファームウェアをライブラリに順次格納させて、高機能化等のイベントの必要に応じて、更新ファームウェアを電気機器にインストールさせ、当該機能のバージョンアップを実現させる。

【0003】

上記のシステムでは、電気機器のハードウェア構成そのものは変更されていないので、上記のようなバージョンアップといったファームウェアの再構築が可能となる（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－０５５４８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、スマートグリッドの蓄電機能、創電機能の充実がより求められるなか、再生可能エネルギ電源システムを構成する当初ハードウェアからの拡張、組替等が要求される場合がある。

【0006】

例えば、蓄電ユニットのないハードウェア構成のパワーコンディショナ（ＰＣＳ）に蓄電ユニットを追加構成したり、太陽電池（ＰＶ）と蓄電ユニットのＰＣＳを一体化したハイブリッドＰＣＳに蓄電ユニットをさらに増設する場合である。また、当初の太陽電池（ＰＶ）電源を使用したシステムを燃料電池（ＦＣ）電源を使用したシステムに置き換える等の場合もある。さらに、電気自動車の車載バッテリをユーザが利用するＶ２Ｈに対応するために、蓄電ユニットとして当該車載バッテリに置き換える場合もある。

【0007】

しかし、従来技術では、当初のハードウェア構成を使用して、単に最新のファームウェアをネットワーク経由で送信してバージョンアップを実現するに過ぎず、ハードウェアの構成変更に応じたシステムを動作させるためには、新たなファームウェアでシステムを構築する必要があり、その対応に手間と時間がかかり、高コスト化する問題があった。

【0008】

本発明は、当初システムのハードウェア構成を変更する場合でも、容易かつ低コストで変更後のシステムを動作させることが可能な電力変換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】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換システムは、再生可能エネルギ電源使用の電力変換装置と、前記電力変換装置にファームウェアを提供するファイルサーバとが通信可能に接続されたものであって、
前記ファイルサーバは、前記電力変換装置の共通使用のハードウェアに提供するハード共通ファームウェアおよび変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェアを記憶するファームウェア記憶部を備え、
前記電力変換装置は、前記ファイルサーバから送信された各ファームウェアを記憶する送信ファームウェア記憶部と、前記共通使用するハードウェアである共通コンポーネントおよび少なくとも１つのハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントとを含むハードウェア部と、システム全体を制御する全体制御部と、前記ハード変更対応ファームウェアを用いて前記拡張コンポーネントを制御するハード変更対応制御部と、を備えており、前記ハードウェア部の再生可能エネルギ電源のハードウェア構成の変更使用が可能となる。

【0010】

この構成によれば、電力変換装置の変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェアを用いて、ハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントを制御するので、当初システムのハードウェア構成を変更する場合でも、変更後のハードウェア構成に適合したファームウェアによりシステムを動作させることができるから、容易かつ低コストで再生可能エネルギ電源のハードウェア構成の変更使用が可能となる。

【0011】

好ましくは、前記送信ファームウェア記憶部は、さらに各コンポーネントに対応して、これを制御するための設定値である制御パラメータを記憶している。したがって、この制御パラメータを用いてシステムの安定制御および適正制御等が可能となる。

【0012】

好ましくは、前記共通コンポーネントが再生可能エネルギ電源の電力を変換するパワーコンディショナである。この場合、共通使用のパワーコンディショナにより再生可能エネルギ電源の電力を変換することができる。

【0013】

また好ましくは、前記拡張コンポーネントが太陽電池、燃料電池、風力発電を含む再生可能エネルギ電源、および当該電源の電力を蓄電する蓄電ユニットの少なくとも１つを含む。この場合、再生可能エネルギ電源のハードウェア構成の変更使用が可能となる。

【0014】

さらに好ましくは、前記拡張コンポーネントが電気自動車用の車載バッテリである。この場合、電気自動車の車載バッテリをユーザが利用するＶ２Ｈに対応することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明では、電力変換装置の変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェアを用いて、ハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントを制御するので、当初のハードウェア構成を変更する場合でも、変更後のハードウェア構成に適合したファームウェアによりシステムを動作させることができるから、容易かつ低コストで再生可能エネルギ電源のハードウェア構成の変更使用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る電力変換システムを示すブロック図である。

【図2】本システムにおけるファイルサーバの詳細を示すブロック図である。

【図3】本システムにおける電力変換装置の詳細を示すブロック図である。

【図4】本システムの動作を示すフローチャートである。

【図5】本システムの他例を示すブロック図である。

【図6】本システムのまた他例を示すブロック図である。

【図7】本システムのさらに他例を示すブロック図である。

【図8】図７の具体例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電力変換システム１を示すブロック図である。この電力変換システム１は、再生可能エネルギ電源ＲＥ使用の電力変換装置２と、電力変換装置２にファームウェアを提供するファイルサーバ３とが通信可能に接続されている。

【0018】

ファイルサーバ３は、電力変換装置２の共通使用のハードウェアに提供するハード共通ファームウェア４および電力変換装置２の変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェア５を記憶するファームウェア記憶部６と、電力変換装置２との間で送受信するための通信部１１とを備えている。

【0019】

電力変換装置２は、ファイルサーバ３との間で送受信するための通信部１２と、ファイルサーバ３から送信された各ファームウェアを記憶する送信ファームウェア記憶部９と、前記共通使用するハードウェアである共通コンポーネントＣＣおよび少なくとも１つのハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントＥＣを含むハードウェア部１３と、システム全体を制御する全体制御部７と、ハード変更対応ファームウェア５を用いて拡張コンポーネントＥＣを制御するハード変更対応制御部８と、を備えている。全体制御部７は、各コンポーネントＣＣ、ＥＣ間等の通信により得られた制御情報に基づいて、システム全体を制御する。

【0020】

この電力変換システム１は、パワーコンディショナやコンバータ・インバータといった共通コンポーネントＣＣを用いながら、一部のハードウェア構成の違いに対応した拡張コンポーネントＥＣを、これに対応したファームウェアを用いて制御することによって、再生可能エネルギ電源ＲＥにおけるハードウェア構成の変更使用を可能としている。

【0021】

図２に示すように、ファイルサーバ３は、Ｐｒｇ１には蓄電池単機能型の蓄電ｓｙｓ用、Ｐｒｇ２には太陽電池（ＰＶ）とパワーコンディショナ（ＰＣＳ）のＰＣＳ単独ｓｙｓ用、Ｐｒｇ３には太陽電池（ＰＶ）に蓄電ユニットを追加した蓄電ＰＣＳｓｙｓ用、Ｐｒｇ４には風力発電（ＷＰ）ｓｙｓ用、Ｐｒｇ５には燃料電池（ＦＣ）ｓｙｓ用が、Ｐｒｇ６には車載バッテリ（ＢＡＴ）ｓｙｓ用が、それぞれ格納されている。他の再生可能エネルギ電源用のファームウェアは、必要に応じてその他の領域に格納されている。

【0022】

図３に示すように、電力変換装置２には、制御本体部（ＡＣＣ）１０に、前記送信ファームウェア記憶部９と、前記した全体制御部７およびハード変更対応制御部８を有するＣＰＵ１４とが設けられており、他のその他に入出力部Ｉ／Ｏ、設定値等をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄが設けられている。

【0023】

送信ファームウェア記憶部９は、ファイルサーバ３から送信された各ファームウェアを記憶するとともに、各コンポーネントＣＣ、ＥＣに対応して、これを制御するための設定値である制御パラメータＣＰを記憶している。この制御パラメータＣＰは、変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェア５に伴って予め設定されて送信される場合や、拡張コンポーネントＥＣに設置されるハードウェアの状態に応じて設定入力される場合がある。

【0024】

この例では、Ｐｒｇ３における太陽電池（ＰＶ）に蓄電ユニット１６を追加した蓄電ＰＣＳｓｙｓ用ファームウェアを使用し、拡張コンポーネントＥＣには再生可能エネルギ電源ＲＥとして太陽電池（ＰＶ）１５を使用し、これに蓄電ユニット（ＢＡＴ）１６を追加構成している。送信ファームウェア記憶部９には、予め想定されるファームウェアの記憶領域が予約されており、ファイルサーバ３から送信されたＰｒｇ３：蓄電ＰＣＳｓｙｓ用ファームウェア２１が当該予約領域に記憶されている。この場合、蓄電ユニット１６から出力される直流電力がセンサにより検出され、この直流電力の設定値が充電または放電の際の制御パラメータＣＰとなる。その他に、蓄電ユニット１６の残存容量、最大容量、充電状態などの設定値も制御パラメータＣＰとなる。

【0025】

これらの制御パラメータＣＰを用いて、システムにおいて追加した蓄電ユニット１６の安定制御および適正制御等が可能となる。

【0026】

図４は、本システムの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６およびＳ７は、電力変換装置２側の動作であり、ステップＳ３～Ｓ５はファイルサーバ３側の動作である。

【0027】

まず、電力変換装置２側からファイルサーバ３側へ、例えばハード変更対応ファームウェアのような所望の選択されたファームウェアの送信要求がある（ステップＳ１）。このとき、選択されたファームウェアのコード（ｃｏｄｅ）が指定される（ステップＳ２）。

【0028】

ファイルサーバ３側では、要求された選択ファームウェアのｃｏｄｅが認識される（ステップＳ３）。そして、送信するファームウェアの読み出し（フェッチ）を行い（ステップＳ４）、指定ｃｏｄｅに対応するファームウェアが送信される（ステップＳ５）。

【0029】

電力変換装置２側では、指定ｃｏｄｅに対応する指定ファームウェアが受信される（ステップＳ６）。そして、指定ファームウェアが電力変換装置２内で構築されて（ステップＳ７）、動作を終了する。

【0030】

他の例として、太陽電池（ＰＶ）と蓄電ユニットのＰＣＳを一体化（ハイブリッド化）したハイブリッドＰＣＳにおける蓄電ユニットをさらに増設させる場合もある。この場合、当初のファームウェアでは、新設の蓄電ユニットの情報を持っておらず、複数の蓄電ユニットを各々適正に制御させることができず、例えば充電状態（ＳＯＣ）情報、劣化状態（ＳＯＨ）情報に基づく制御が不能となる場合が生じる。この例では、新設の蓄電ユニットについてＳＯＣ情報、ＳＯＨ情報に応じた制御パラメータＣＰが設定されるので、当該蓄電ユニットにおける個々の状態に応じた適切な充放電制御が可能となる。

【0031】

また他の例として、太陽電池（ＰＶ）電源システムだったものを、燃料電池（ＦＣ）や風力発電（ＷＰ）に置き換えたい場合がある。このような燃料電池（ＦＣ）、風力発電（ＷＰ）等、再生可能エネルギ電源のハードウェア構成が異なる場合には、電力制御に必要なセンサ等の構成も変わってくるので、ハード変更対応制御部８によりこれに応じた適合するファームウェアを用いて制御される。

【0032】

図５は、太陽電池（ＰＶ）電源１５を燃料電池（ＦＣ）電源１７に置き換える場合を示す。送信ファームウェア記憶部９には、ハード変更対応ファームウェア５から送信されたＰｒｇ５：ＦＣ電池ｓｙｓ用ファームウェア２２が記憶されている。例えば、ＦＣ電源１７では、水素及び酸素を反応させる性質上、起動時の出力電力が不安定となる。従って、ＦＣ電源では、一般に、この出力電力の設定値を制御パラメータＣＰとして監視する必要がある。一方、ＰＶ電源１５では、電源起動時における出力電力状態の監視動作が必要とは限らず、制御パラメータＣＰとならない。

【0033】

さらに、ＦＣ電源１７では、例えば漏洩検知用水素センサや水素タンク温度センサ等の設定値が安定制御および適正制御等のための制御パラメータＣＰとなる。

【0034】

図６は、太陽電池（ＰＶ）電源を風力発電（ＷＰ）電源１８に置き換える場合を示す。送信ファームウェア記憶部９には、ハード変更対応ファームウェア５から送信されたＰｒｇ４：風力ｓｙｓ用ファームウェア２３が記憶されている。風力発電（ＷＰ）１８では、例えばローターブレードセンサ、出力トルクセンサ等の設定値が安定制御および適正制御等のための制御パラメータＣＰとなる。

【0035】

さらに他の例として、電気自動車の車載バッテリをユーザが利用するＶ２Ｈを考慮して、上記した太陽電池（ＰＶ）や燃料電池（ＦＣ）、風力発電（ＷＰ）電源システムであったものを、電気自動車の車載バッテリに置き換えたい場合がある。このような車載バッテリを利用する場合には、必要な電力制御のハード構成も変わってくるので、ハード変更対応制御部８によりこれに応じた適合するファームウェアを用いて制御される。

【0036】

図７は、拡張コンポーネントＥＣの上記電源システムを、上記したＶ２Ｈの電気自動車の車載バッテリ１９に置き換える場合を示す。送信ファームウェア記憶部９には、ハード変更対応ファームウェア５から送信されたＰｒｇ６：車載ｓｙｓ用ファームウェア２５が記憶されている。車載バッテリ１９は、例えば蓄電量等の設定値が防災対策等のための制御パラメータＣＰとなる。

【0037】

また、蓄電量の設定値としては、電気自動車の利用を予測し、出発前に車載バッテリ１９の蓄電量を増加させることができる。この場合、ホームエレクトロニクスのコントローラ（ＨＥＭＳコントローラ）３０（図８）が電気自動車の利用を解析し、利用時間を予測したり、ユーザが予約した時間に合わせる。

【0038】

図８は、上記Ｖ２Ｈにおいてユーザのホームエレクトロニクスに組み込まれた具体例を示す。ＨＥＭＳコントローラ３０が電力変換装置の制御本体部（ＡＣＣ）１０と通信できる状態であり、かつ、家電機器（エアコン３１、冷蔵庫３２、他家電３３など）を制御する。各家電機器は電力変換装置２の車載バッテリ１９から電力供給を受けており、ＨＥＭＳコントローラ３０とＡＣＣ１０が協調して家電機器の電力制御を行う。

【0039】

上記Ｖ２Ｈの電力管理としては、ＨＥＭＳコントローラ３０と各家電機器等間で例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等による通信が行われて、ＨＥＭＳコントローラ３０による動作・電力制御、共通コンポーネントＣＣのパワーコンディショナ（ＰＣＳ）との電力協調制御、および異なるメーカ家電機器間では通信規格ＥＣＨＯＮＥＴ（登録商標） ｌｉｔｅによる通信等が行われる。

【0040】

こうして、本発明では、ハード変更対応制御部８により、電力変換装置２の変更使用が想定されるハードウェアに提供するハード変更対応ファームウェア５を用いて、ハードウェアの変更使用が想定される拡張コンポーネントＥＣを制御するので、当初のハードウェア構成を変更する場合でも、変更後のハードウェア構成に適合したファームウェアによりシステムを動作させることができるから、容易かつ低コストで再生可能エネルギ電源ＲＥにおけるハードウェア構成の変更使用が可能となる。

【0041】

なお、上記各実施形態では、再生可能エネルギ電源ＲＥとして太陽電池（ＰＶ）、燃料電池（ＦＣ）、風力発電（ＷＰ）を例示しているが、何らこれらに限定されることなく、その他にコージェネレーションによる電源や地熱発電、バイオマス発電および潮流発電等の他の再生可能エネルギ電源ＲＥにも適用できる。

【0042】

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

１：電力変換システム
２：電力変換装置
３：ファイルサーバ
４：ハード共通ファームウェア
５：ハード変更対応ファームウェア
６：ファームウェア記憶部
７：全体制御部
８：ハード変更対応制御部
９：送信ファームウェア記憶部
１０：ハードウェア部
１５：太陽電池（ＰＶ）電源
１６：蓄電ユニット（ＢＡＴ）
１７：燃料電池（ＦＣ）電源
１８：風力発電（ＷＰ）電源
１９：車載バッテリ
ＣＣ：共通コンポーネント
ＥＣ：拡張コンポーネント
ＲＥ：再生可能エネルギ電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】