特開 2024-83148 ＡＣ最大出力電力取得装置

(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】P2024083148

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】ＡＣ最大出力電力取得装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/67 20060101AFI20240613BHJP

   H02M 7/00 20060101ALI20240613BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240613BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20240613BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240613BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240613BHJP

   H02J 9/00 20060101ALI20240613BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240613BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20240613BHJP

   B60L 53/20 20190101ALI20240613BHJP

   B60L 53/30 20190101ALI20240613BHJP

   B60L 55/00 20190101ALI20240613BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

G05F1/67 Z

G05F1/67 A

G05F1/67 B

H02M7/00 Z

H02M7/48 Z

H02J7/34 G

H02J3/38 150

H02J3/38 160

H02J3/38 170

H02J3/32

H02J9/00

H02J3/38 180

B60L50/60

B60L53/14

B60L53/20

B60L53/30

B60L55/00

B60W20/00 ZHV

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022197502

(22)【出願日】2022-12-09

(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】100167977

【弁理士】

【氏名又は名称】大友 昭男

(72)【発明者】

【氏名】奥田 隼人

(72)【発明者】

【氏名】山内 裕司

(72)【発明者】

【氏名】新谷 昌孝

(72)【発明者】

【氏名】竹林 司

【テーマコード（参考）】

3D202

5G015

5G066

5G503

5H006

5H125

5H420

5H770

【Ｆターム（参考）】

3D202AA10

3D202BB00

3D202BB24

3D202BB26

3D202CC57

3D202DD47

3D202DD48

3D202EE00

3D202EE27

5G015GA01

5G015GB01

5G015HA13

5G015JA22

5G015JA32

5G066HA11

5G066HB06

5G066HB07

5G066HB09

5G066JA02

5G066JB03

5G503AA01

5G503AA05

5G503AA06

5G503AA07

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA11

5G503DA05

5G503FA06

5G503GB06

5H006CC02

5H006DB01

5H006DC02

5H006DC03

5H006DC05

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BB00

5H125BC24

5H125FF14

5H420BB14

5H420CC03

5H420CC04

5H420DD03

5H420FF03

5H420FF04

5H420FF05

5H420FF22

5H770BA11

5H770CA02

5H770CA04

5H770CA05

5H770DA01

5H770DA10

5H770HA02W

5H770HA03W

5H770HA04W

5H770JA17W

5H770JA17Y

(57)【要約】

【課題】各種の電動車や非常用電源等に付属されるＡＣ出力の最大電力を取得し、ＡＣ電力の有効利用を十分に図ることができる、ＡＣ最大出力電力取得装置を提供する。
【解決手段】電気自動車５に付属されるＡＣ出力を、変動出力として最大電力点に近づけるように制御するＡＣ変動出力制御部１２が、ＡＣ出力からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換させるＡＣ／ＤＣコンバータ２２に対して、ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づける。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池およびＤＣ／ＡＣインバータを有する電動車もしくは非常用電源、または少なくともＤＣ／ＡＣインバータを有するガソリン車と、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを有する第１電力変換装置と、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータを有する第２電力変換装置とを備えた電力変換システムに設けられるものであって、
前記第１電力変換装置内に、前記電動車もしくは非常用電源またはガソリン車に付属されるＡＣ出力を変動出力として最大電力点に近づけるように制御するＡＣ変動出力制御部を備え、
前記ＡＣ変動出力制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータに対して、前記ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を前記変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づける、ＡＣ最大出力電力取得装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記ＡＣ変動出力制御部は、
前記ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流が上昇しなくなった点または開始ＡＣ電圧から電圧降下が一定値に達した点を、前記変動出力の動作点として制御して、ＡＣ最大電力点付近に到達させる、ＡＣ最大出力電力取得装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記ＡＣ変動出力制御部は、
前記ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、最大電力ＡＣ電流点および最大電力ＡＣ電圧点を前記変動出力の動作点として一定値となるＡＣ最大電力点を、山登り法で制御して取得する、ＡＣ最大出力電力取得装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項において、
前記電動車もしくは非常用電源またはガソリン車はＡＣコンセントを有しており、このＡＣコンセントにＡＣケーブルが接続される、ＡＣ最大出力電力取得装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電池を内蔵する電動車や非常用電源等に付属されるＡＣ出力の最大電力を取得するＡＣ最大出力電力取得装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）などの電動車の車載蓄電池および住宅用蓄電池（非常用電源）を災害時などにユーザが利用するＶ２Ｈが増加している。また、これらの供給電源として系統電源のほかに太陽電池等の再生可能エネルギ電源が使用されており、電力変換装置により電力変換されて、蓄電池に直流（ＤＣ）電力が供給される。

【0003】

例えば、太陽電池は、設置場所や天候等により発電電力の変動があるので、発電効率を向上させるためにＤＣ電力を最大化できる制御として、例えば、特許文献１に記載されたＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御が知られている。この制御では、ＤＣ電力の変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータに対し、ＤＣ出力についてＭＰＰＴ制御が使用されて、太陽電池の発電効率を向上させることができる。

【0004】

ところで、電動車や非常用電源において交流（ＡＣ）コンセントが付属される場合がある。このＡＣコンセントによりアウトドアでコーヒーメーカーや炊飯器のような消費電力の大きい電化製品を負荷として便利に利用できる。また、ガソリン車においてもエンジン出力を電力変換してＡＣコンセントが付属される場合もある。

【0005】

このとき、停電などの災害時にも前記電化製品を負荷として利用することが可能となる。このような場合、図５（Ａ）に示すように、一般に、ＡＣ出力として、ＡＣ電流が過電流とならない固定電流もしくは固定電力を出力させる制御が行われる。

【0006】

図５（Ａ）のように、最大ＡＣ電流１５Ａ、ＡＣ１００Ｖの車種に従来方式を使用した場合、ＡＣ固定電流値とＡＣ電流値は同一となり、動作電力点も一定となって、正常に動作する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２２－１４６５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、電動車の車載蓄電池の蓄電電力は車種によって異なり、電動車等に付属されているＡＣ出力も、車種によって出力可能なＡＣ電流値が異なっており、非常用電源においても同様に出力機器によって出力可能なＡＣ電流値が異なっている。また、上記ＡＣ出力からどのＡＣ電流で取り出すのが最適なのかも車種によって異なっている。

【0009】

したがって、特定の車種に合わせてＡＣ電流を取り出すようにすると、蓄電電力からＡＣ出力を得ることから、不要にＡＣ電圧が低下したり、場合によっては過電流保護が働いて停止してしまう可能性がある。図５（Ｂ）に示すように、最大ＡＣ電流１５Ａ未満、ＡＣ１００Ｖの車種に従来方式を使用した場合、ＡＣ固定電流値１５Ａを出力しようと制御を行うと、ＡＣ電圧が低下したうえ、ＡＣ電流が過電流値付近で不安定な出力となり、過電流でＡＣ出力が停止することがある。上記問題を回避するためにＡＣ電流をさらに低下させると、取得可能な電力を十分に取り出せない問題もある。

【0010】

また、ＡＣコンセントから電力変換装置に接続するＡＣケーブルが長い場合、ＡＣケーブル長さの抵抗による電圧低下によって、ＡＣ電流が上限を超えているのか、超えていないのか判別できない問題もある。

【0011】

このように、従来技術では、停電時などで電動車や非常用電源等に付属されるＡＣ出力が必要とされるとき、十分なＡＣ出力を取得できない場合があり、ＡＣ出力の十分な有効利用を図ることが困難なことも発生していた。

【0012】

本発明は、上記課題を解決して、各種の電動車や非常用電源等に付属されるＡＣ出力の最大電力を取得し、ＡＣ電力の十分な有効利用を図ることができる、ＡＣ最大出力電力取得装置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】

【0013】

上記目的を達成するために、本発明に係るＡＣ最大出力電力取得装置は、蓄電池およびＤＣ／ＡＣインバータを有する電動車もしくは非常用電源、または少なくともＤＣ／ＡＣインバータを有するガソリン車と、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを有する第１電力変換装置と、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータを有する第２電力変換装置とを備えた電力変換システムに設けられるものであって、
前記第１電力変換装置内に、前記電動車もしくは非常用電源またはガソリン車に付属されるＡＣ出力を変動出力として最大電力点に近づけるように制御するＡＣ変動出力制御部を備え、
前記ＡＣ変動出力制御部は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータに対して、前記ＡＣ出力の電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を前記変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づける。

【0014】

この構成によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータを有する第１電力変換装置内のＡＣ変動出力制御部は、ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づけるので、ＡＣ電流の低下やＡＣ電圧の低下を防止して、各種の電動車や非常用電源等から取り出せるＡＣ出力が最大となるＡＣ電圧電流で動作させることができることから、各種の蓄電電力からＡＣ出力を得るにもかかわらず、ＡＣ出力の十分な有効利用を図ることができる。

【0015】

好ましくは、前記ＡＣ変動出力制御部は、前記ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流が上昇しなくなった点または開始ＡＣ電圧から電圧降下が一定値に達した点を、前記変動出力の動作点として制御して、ＡＣ最大電力点付近に到達させる。この場合、ＡＣ出力のより十分な有効利用を図ることができる。

【0016】

好ましくは、前記ＡＣ変動出力制御部は、前記ＡＣ出力のＡＣ電流をその上限電流に向けて徐々に上昇させて、最大電力ＡＣ電流点および最大電力ＡＣ電圧点を前記変動出力の動作点として一定値となるＡＣ最大電力点を、山登り法で制御して取得する。この場合、ＡＣ出力のより十分な有効利用を図ることができる。

【0017】

また好ましくは、前記電動車もしくは非常用電源またはガソリン車はＡＣコンセントを有しており、このＡＣコンセントにＡＣケーブルが接続される。この場合、ＡＣコンセントからのＡＣケーブル長が長くなってＡＣ電圧が下がっても、ＡＣ最大電力を取得することが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

本発明では、ＡＣ／ＤＣコンバータを有する第１電力変換装置内のＡＣ変動出力制御部は、ＡＣ出力の電流を上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づけるので、各種の電動車や非常用電源等から取り出せるＡＣ出力が最大となるＡＣ電圧電流で動作させることができることから、各種の蓄電電力からＡＣ出力を得るにもかかわらず、ＡＣ出力の十分な有効利用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るＡＣ最大出力電力取得装置を含む電力変換システムを示すブロック図である。

【図2】本装置の動作の一例を示す特性図である。

【図3】本装置の動作の他例を示す特性図である。

【図4】本装置の動作のさらに他例を示す特性図である。

【図5】（Ａ）、（Ｂ）は従来装置の動作を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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ＡＣ最大出力電力取得装置１を含む電力変換システムを示すブロック図である。例えば系統電源４と電気自動車５の間に配置されて両者の電力変換を行う電力変換装置である、第１電力変換装置２および第２電力変換装置（パワーコンディショナ）３が設けられている。

【0021】

電気自動車５は、ＤＣ電力を蓄電する車載蓄電池５１、車載蓄電池５１のＤＣ電力をＡＣ電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ５２およびＡＣコンセント５３を備えており、ＡＣコンセント５３にＡＣケーブル５４が接続されて、第１電力変換装置２に接続される。

【0022】

第１電力変換装置２は、補助入力リレー２１および、車載蓄電池５１からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換する双方向のＡＣ／ＤＣコンバータ２２を備えており、第２電力変換装置（パワーコンディショナ）３に接続される。第１電力変換装置２は第１制御部１０により補助入力リレー２１等が制御される。

【0023】

第２電力変換装置（パワーコンディショナ）３は、系統電源４と連系するための連系リレー３１、系統電圧のＡＣ電力をＤＣ電力に変換する双方向のインバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）３２、バス電圧３３を備えており、第２制御部３０により連系リレー３１等が制御される。連系リレー３１とインバータ３２の間の交流電路に消費電力の大きい電化製品のような負荷６が接続されている。第１電力変換装置２のＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＡＣケーブル５４を介して車載蓄電池５１から供給されるＡＣ電力を、第２電力変換装置３のバス電圧３３に応じたＤＣ電圧のＤＣ電力に変換する。第１制御部１０と第２制御部３０は通信で接続されている。停電時や連系リレー３１のオフ時などに、インバータ３２で変換されたＡＣ出力によって前記負荷６が駆動される。

【0024】

本発明では電力変換装置のうち、第１電力変換装置２内にＡＣ最大出力電力取得装置１が設けられている。ＡＣ最大出力電力取得装置１は、ＡＣ電流を検出する電流検出部１３、ＡＣ電圧を検出する電圧検出部１４、ＡＣ電力を算出する電力算出部１５、および第１制御部１１内にＡＣ変動出力制御部１２を備えている。ＡＣ電流、ＡＣ電圧には実効値が用いられ、ＡＣ電力には有効電力が用いられる。

【0025】

ＡＣ変動出力制御部１２は、ＡＣ電圧電流を変化させるＡＣ／ＤＣコンバータ２２を使用して、これに対しＡＣ出力のＡＣ電流を、各種の車載蓄電池５１の蓄電電力によって定められた上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づける制御を行う。

【0026】

図２は、ＡＣ変動出力制御部１２の動作の一例を示す。この例では、ＡＣ電流値をトリガーとして、ＡＣ最大電力点付近に到達させる制御が行われる。ＡＣ出力のＡＣ電流を当該上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流が上昇しなくなった点ａを、変動出力の電流動作点として、それ以降その動作点電流で一定に制御し、このときのＡＣ電圧値に基づいて、ＡＣ最大電力点付近の電力を取得する。

【0027】

図３は、ＡＣ変動出力制御部１２の動作の他例を示す。この例では、ＡＣ電圧値をトリガーとして、ＡＣ最大電力点付近に到達させる制御が行われる。ＡＣ出力のＡＣ電流を当該上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電圧値を確認して、ＡＣ電流上昇前の開始ＡＣ電圧値から電圧降下によって変化した変化量が一定値に達した点ｂを、変動出力の動作電圧として一定に制御し、このときのＡＣ電流値に基づいて、ＡＣ最大電力点付近の電力を取得する。

【0028】

図４は、ＡＣ変動出力制御部１２の動作のさらに他例を示す。この例では、ＡＣ出力のＡＣ電流を当該上限電流に向けて徐々に上昇させて、最大電力ＡＣ電流点および最大電力ＡＣ電圧点が一定値となるＡＣ最大電力点を山登り法で制御して取得する。すなわち、ＡＣ出力のＡＣ電圧を最大値でＡＣ出力のＡＣ電流を一定値刻みで徐々に上昇させて、変化の前後におけるＡＣ出力のＡＣ電圧を比較し、ＡＣ電圧×ＡＣ電流がＡＣ最大電力となる点ｃを確認し、その点ｃのＡＣ電圧、ＡＣ電流で常に一定となるＡＣ出力を取得する。

【0029】

こうして、本発明では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２を有する第１電力変換装置２内のＡＣ変動出力制御部１２は、ＡＣ出力の電流を各種の車載蓄電池５１の蓄電能力によって定められた上限電流に向けて徐々に上昇させて、ＡＣ電流および／またはＡＣ電圧を変動出力の動作点として一定値となるように制御して、ＡＣ最大電力点に近づけるので、ＡＣ電流の低下やＡＣ電圧の低下を防止して、各種の電気自動車５から取り出せるＡＣ出力が最大となるＡＣ電圧電流で動作させることができることから、各種の車載蓄電池５１の蓄電電力からＡＣ出力を得るにもかかわらず、ＡＣ出力の十分な有効利用を図ることができる。

【0030】

また、電気自動車５のＡＣコンセント５３から第１電力変換装置２に接続するＡＣケーブル５４が長くなる場合、ＡＣケーブル５４の長さに伴ってＡＣ電圧が下がっても、ＡＣ最大出力電力を取得することによりＡＣ出力を有効に利用することが可能となる。

【0031】

なお、上記実施形態では、電力変換を行う第１電力変換装置２と第１制御部１０および第２電力変換装置（パワーコンディショナ）３と第２制御部３０を用いているが、これらを一体とした電力変換装置（パワーコンディショナ）と制御部を用いて、この電力変換装置内にＡＣ最大出力電力取得装置１を設けるようにしてもよい。

【0032】

なお、上記実施形態では、系統電源を供給電源としているが、これに太陽電池（ＰＶ）のような再生可能エネルギ電源を供給電源として加えてもよい。この場合、太陽電池とこのＤＣ電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータとが図１の点Ｄ、点Ｄで接続される。夜間時や災害時などに前記したＡＣ変動出力制御部１２が同様に使用される。またこの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して従来からの、太陽電池の出力電力が最大となるように太陽電池のＤＣ出力についてＭＰＰＴ制御が行われて、太陽電池の発電効率を向上させるようにしてもよい。

【0033】

なお、上記実施形態では電気自動車に付属するＡＣ出力を用いているが、これに代えて、ハイブリッド車などの電動車や少なくともＤＣ／ＡＣインバータを有するガソリン車に付属するＡＣ出力を用いてもよい。また、電気自動車に代えて、非常用電源に付属するＡＣ出力を用いてもよい。この場合、電気自動車に内蔵する車載蓄電池ではなく、非常用電源に内蔵する住宅用蓄電池が使用される。

【0034】

なお、再生可能エネルギ電源として前記太陽電池（ＰＶ）の他に、燃料電池（ＦＣ）、風力発電（ＷＰ）、コージェネレーションによる電源、地熱発電およびバイオマス発電等による電源でもよい。

【0035】

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】

【0036】

１：ＡＣ最大出力電力取得装置
２：第１電力変換装置
３：第２電力変換装置（パワーコンディショナ）
４：系統電源
５：電気自動車
１０：第１制御部
１２：ＡＣ変動出力制御部
２２：ＡＣ／ＤＣコンバータ
３０：第２制御部
３２：インバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）
３３：バス電圧
５１：車載蓄電池
５２：ＤＣ／ＡＣインバータ
５３：ＡＣコンセント
５４：ＡＣケーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】