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JP2003088130A - バッテリ内蔵型電力変換装置 - Google Patents

バッテリ内蔵型電力変換装置

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Publication number
JP2003088130A
JP2003088130A JP2001271304A JP2001271304A JP2003088130A JP 2003088130 A JP2003088130 A JP 2003088130A JP 2001271304 A JP2001271304 A JP 2001271304A JP 2001271304 A JP2001271304 A JP 2001271304A JP 2003088130 A JP2003088130 A JP 2003088130A
Authority
JP
Japan
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power
power converter
battery
output
solar cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001271304A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinichiro Sumiyoshi
眞一郎 住吉
Tadashi Sadahira
匡史 貞平
Kazuo Fujishita
和男 藤下
Tomoya Fujinami
知也 藤濤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001271304A priority Critical patent/JP2003088130A/ja
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流で駆動する機器を使用する場合に、高価
なシステムとなり、効率も悪くなるという課題がある。 【解決手段】 交流電圧を生成するフルブリッジ構成の
第２の電力変換器１４のパルスパターンを変更すること
で直流出力を生成可能とし、さらに第２の電力変換器１
４の出力に切換手段を接続し、必要に応じて交流電力と
直流電力を切り換えて出力することができるバッテリ内
蔵型電力変換装置を提供する構成としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池で発電し
た電力を家庭電化機器や車載機器の電源として使用可能
な電力形態に変換するバッテリ内蔵型電力変換装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来使用しているバッテリ内蔵
型電力変換装置の構成を示す接続図である。このバッテ
リ内蔵型電力変換装置の発電手段は太陽電池としてい
る。太陽電池１と、太陽電池の直流出力をバッテリに充
電する第１の電力変換器２と、バッテリ３と、バッテリ
３の直流電圧を交流電圧に変換する第２の電力変換器４
が並列に接続され、第２の電力変換器４はそれぞれにダ
イオードが並列接続された４個のスイッチング素子とリ
アクトルとコンデンサで構成されている。第２の電力変
換器４の出力は交流出力コンセント５を通じて出力され
るものである。
【０００３】以下に動作を説明する。第１の電力変換器
２は日照によって変化する太陽電池１の最大出力を追尾
する制御を行うことで、太陽電池１から得られた電力を
バッテリ３に充電しているものである。第２の電力変換
器４はバッテリ３の直流電圧をパルス幅変調制御（ＰＷ
Ｍ）することに高周波のパルス電圧列に変換し、得られ
たパルス電圧はリアクトルとコンデンサを通過すること
で高周波のリップルが除去されるため、第２の電力変換
器４の出力として正弦波状の電圧波形が生成される。第
２の電力変換器４の出力は、交流出力コンセント５を介
して５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電圧（通常１００
Ｖ）として、家庭で使用する電気機器に電力を供給す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では出力が交流電力しか得られないため、例え
ば車載機器のように１２Ｖや２４Ｖといった直流で駆動
する機器を使用することができない。また、直流機器を
使用するための方法としては別途交流から直流に電力変
換するＡＣアダプタを用いる方法があるが、高価なシス
テムとなってしまい、また変換段が多いことから効率も
悪くなるという課題を有していた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
の構成が有している課題を解決するもので、交流電圧を
生成するフルブリッジ構成の第２の電力変換器のパルス
パターンを変更することで直流出力を生成可能とし、さ
らに第２の電力変換器の出力に切換手段を接続し、必要
に応じて交流電力と直流電力を切り換えて出力すること
ができるバッテリ内蔵型電力変換装置を提供する構成と
したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、太陽
電池と、前記太陽電池に接続された第１の電力変換器
と、前記第１の電力変換器に接続されたバッテリと、前
記バッテリの電力を所定の電圧に変換する第２の電力変
換器と、前記第２の電力変換器の出力を交流電力または
直流電力に設定する第１の切換手段を有したバッテリ内
蔵型電力変換装置としていることにより、交流で動作す
る家庭電化製品に加えて、例えば車載機器のように直流
電圧で動作が可能な機器に対しても適した電力を供給す
ることができるため、使用場所を選ばない利便性の高い
バッテリ内蔵電力変換装置を実現することができるもの
である。
【０００７】請求項２に記載した発明は、第２のスイッ
チと直流出力コンセントとの間に電解コンデンサを接続
して、直流電力を出力するときだけ第２の電力変換器に
電解コンデンサが接続されるバッテリ内蔵型電力変換装
置としているので、特に高速な電力制御を行うことなく
安価な構成で例えば非線形な直流機器が接続された場合
でも直流電圧を安定して供給することのできる交流直流
出力切換式のバッテリ内蔵型電力変換装置を実現するも
のである。
【０００８】請求項３に記載した発明は、太陽電池と、
前記太陽電池に接続された第１の電力変換器と、前記第
１の電力変換器に接続されたバッテリと、前記第１の電
力変換器に接続された直流出力コンセントとを有し、前
記第１の電力変換器が双方向出力可能とすると共に、前
記太陽電池と前記直流出力コンセントの間に、第２の切
換手段を配し、前記第２の切換手段は、前記太陽電池の
電力を前記バッテリに充電するか、または前記直流出力
コンセントに出力するかを設定するバッテリ内蔵型電力
変換装置としており、バッテリの電力から交流電力と直
流電力を同時に生成及び出力することができる利便性の
高いバッテリ内蔵型電力変換装置を実現することができ
るものである。
【０００９】請求項４に記載した発明は、第１の電力変
換器を双方向動作が可能なハーフブリッジ構成として、
太陽電池と第１の電力変換器の間に第３の切換手段を配
置し、第３の切換手段に直流出力コンセントを接続し、
前記直流出力コンセントと並列に第２のバッテリを接続
することで、直流出力を得る場合は第３の切換手段をオ
ンして太陽電池の電力とバッテリ電力から共に出力する
バッテリ内蔵型電力変換装置としているので、交流直流
同時出力が可能なシステム構成において、太陽電池から
の発電電力を得ることが可能で、不足する電力だけをバ
ッテリの電力を補充することによって、太陽電池の活用
度を向上させ、しかも高効率且つ安定した直流電力を得
ることのできるバッテリ内蔵型電力変換装置を実現する
ことができるものである。
【００１０】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の
構成を示すブロック図である。本実施例のバッテリ内蔵
型電力変換装置は、太陽電池１１を入力電源として使用
し、日照条件によって得られる電力が変動する太陽電池
１１の直流電力を第１の電力変換装置１２を介してバッ
テリ１３に安定な直流電圧として充電する。バッテリ１
３に蓄電された電力は第２の電力変換装置１４によって
交流電圧に変換される。第２の電力変換装置１４はＱ
１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の４個のスイッチング素子による
フルブリッジとリアクトルとコンデンサで構成され、フ
ルブリッジの中間端子には高周波フィルタとして機能す
るリアクトルとコンデンサが接続されている。また、第
２の電力変換装置の出力は第１のスイッチで交流出力コ
ンセントに、第２のスイッチで直流コンセントにそれぞ
れ接続されている。
【００１１】以上の様に構成されたバッテリ内蔵型電力
変換装置について図２を参照して動作を説明する。太陽
電池１１から得られる直流電力は第１の電力変換器１２
で安定な直流電力に変換されてバッテリ１３に充電され
る。第２の電力変換器１４はバッテリ１３の直流電圧を
パルス幅変調制御（ＰＷＭ）して平均値が正弦波状とな
る高周波のパルス電圧に変換する。得られたパルス電圧
はリアクトルとコンデンサを通過させることで高周波の
リップルを除去して、正弦波状の電圧波形を交流出力コ
ンセント１５に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電圧（通
常１００Ｖ）を発生させる。ここでフルブリッジの各素
子の動作の一例を説明する。図示の通り、出力電圧とし
て交流電圧を得る場合、出力電圧Ｖｏ≧０の時はＱ１を
高周波でスイッチングして、Ｑ２とＱ３をオフ、Ｑ４を
オンし、Ｖｏ＜０の時はＱ２を高周波スイッチングして
Ｑ１とＱ４をオフ、Ｑ３をオンする動作を行う。ここ
で、直流出力を得る場合、Ｑ１は高周波スイッチング
し、Ｑ４はオン、Ｑ２とＱ３はオフの状態で、Ｑ１は一
定周波数でオン時間を固定して高周波スイッチングする
ことで、直流電圧を得る。なお、ここでＱ１のオン時間
を変化させることで、直流出力電圧は所望の電圧に制御
することもできる。
【００１２】以上のように本実施例によれば、交流で動
作する通常の家庭電化製品に加えて、例えば車載機器の
ように直流電圧で動作が可能な機器に対しても適した電
力を供給することができるため、使用範囲が大幅に拡大
可能となる利便性の高いバッテリ内蔵電力変換装置を実
現することができる。
【００１３】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。図３は本実施例
の構成を示すブロック図である。図３において図１の回
路構成と異なるのは、直流コンセントと第２のスイッチ
との間に電解コンデンサ２０を並列に追加して接続した
点である。上記以外の構成要素は第１の実施例と同等で
あり、説明を省略する。
【００１４】以上のように構成されたバッテリ内蔵型電
力変換装置について動作を説明する。バッテリ１３から
第２の電力変換装置１４を介して直流電力を出力する
際、第２のスイッチ１８をオンする。その際、第２の電
力変換装置１４の出力には容量の大きい電解コンデンサ
２０が接続されているため、仮に負荷として接続された
直流機器が非線形な電力を取り出した場合でも商用周波
数の１周期程度ならば、電圧の変動を抑えることができ
る。この間に制御回路１６はパルス幅を目標電圧を維持
する値に変化させることで、直流電圧を所定値に維持す
る。なお、交流電力を得る場合は第１のスイッチがオン
して、第２のスイッチがオフするため、前記電解コンデ
ンサは切り離されることになり、出力電圧を正弦波状に
制御することができる。
【００１５】以上のように本実施例によれば、電解コン
デンサを直流コンセントに接続させることによって、特
に高速な電力制御を行うことなく安価な構成で例えば非
線形な直流機器が接続された場合でも直流電圧が安定し
て供給することのできる交流直流出力切換式のバッテリ
内蔵型電力変換装置を実現することができる。
【００１６】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図面を参照しながら説明する。図４は本実施例
の構成を示すブロック図である。図４において図８の回
路構成と異なるのは、第１の電力変換器をスイッチング
素子２個で構成したハーフブリッジとして、電力フロー
を双方向可能としたことと、第１の電力変換器１２は第
２の切換手段２１、２２を介してそれぞれ太陽電池１１
及び直流出力コンセント１９に接続されている点であ
る。上記以外の構成要素は従来例と同等であり、説明を
省略する。
【００１７】以上のように構成されたバッテリ内蔵型電
力変換装置について図５を参照して動作を説明する。バ
ッテリ１３の電力は第２の電力変換装置１４を介して交
流電力を発生する。同時に第２の切換手段をオンするこ
とで、太陽電池１１は第１の電力変換器１２と分離さ
れ、バッテリ１３の電力は第１の電力変換器１２内のス
イッチング素子ＱＢが一定周波数でオン時間を固定して
高周波スイッチングすることで、直流出力コンセント１
９に向かって所定の直流電力として供給される。しかも
目標電圧を可変させることにより、例えば１２Ｖまたは
２４Ｖの直流といったように電圧レベルを負荷の形態に
応じて可変制御することができる。
【００１８】以上のように本実施例によれば、第１の電
力変換器を双方向動作可能なハーフブリッジ構成とする
ことで、バッテリ１３の電力から交流電力と直流電力を
同時に生成及び出力することができる利便性の高いバッ
テリ内蔵型電力変換装置を実現することができる。
【００１９】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について図面を参照しながら説明する。図６は本実施例
の構成を示すブロック図である。図６において図４の回
路構成と異なるのは、直流出力コンセント１９に並列に
接続された第２のバッテリ２３と、太陽電池１１を第３
の切換手段２４を介して接続した点である。上記以外の
構成要素は従来例と同等であり、説明を省略する。
【００２０】以上のように構成されたバッテリ内蔵型電
力変換装置について図６及び図７を参照して動作を説明
する。直流電力を出力する際、第３の切換手段２４はオ
ンして、太陽電池１１と第２のバッテリ２３は並列に接
続される。太陽電池１１は図７に示すような一定電圧以
下では定電流特性を有するため、太陽電池出力電力の安
定性を考慮して、第２のバッテリ２３の電圧と太陽電池
電圧との関係を図７に示すように設定する。太陽電池１
１の出力電力は、第２のバッテリ２３に充電される。直
流出力コンセント１９に接続された機器の消費電力量が
太陽電池１１の発電量では不足する場合、不足分を第１
の電力変換装置１２はスイッチング素子ＱＢを高周波動
作させて、バッテリ１３の電力を第２のバッテリ２３に
定電流充電することで、優先的に太陽電池１１の電力を
使用する。
【００２１】以上のように本実施例によれば、直流出力
時に太陽電池と並列に第２のバッテリと直流コンセント
を接続させることによって、太陽電池からの発電電力を
得るとともに、不足する電力についてはバッテリ１３の
電力を補充することによって、太陽電池の活用度を向上
させ、しかも高効率且つ安定した直流電力を得ることの
できる交流直流同時出力のバッテリ内蔵型電力変換装置
を実現することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、使用場
所を選ばない利便性の高いバッテリ内蔵電力変換装置を
実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の各部動作を示す波形図
【図３】本発明の第２の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第３の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の各部動作を示す波形図
【図６】本発明の第４の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第４の実施例であるバッテリ内蔵型電
力変換装置の各部動作を示す特性図
【図８】従来のバッテリ内蔵型電力変換装置の構成を示
す回路図
【符号の説明】
１１ 太陽電池 １２ 第１の電力変換器 １３ バッテリ １４ 第２の電力変換器 １５ 交流出力コンセント １６ 商用電源 １７ 第１の切換手段（第１のスイッチ） １８ 第１の切換手段（第２のスイッチ） １９ 直流出力コンセント ２０ コンデンサ ２１ 第２の切換手段 ２２ 第２の切換手段 ２３ 第２のバッテリ ２４ 第３の切換手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤下 和男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤濤 知也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA06 BA01 CC06 DA04 DA15 GB03 GB06 5H007 BB07 CA01 CB05 CC09 CC12 DA06 DB01 EA08 5H420 BB12 CC02 DD02 DD03 EA11 EA42 EA43 EA47 EA49 EB04 EB09 EB16 EB37 EB39 5H730 AA11 AA15 AA16 AS04 AS05 AS08 AS21 BB13 BB14 BB57 BB81 CC25 DD02 EE60 EE79 FG05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池と、前記太陽電池に接続された
    第１の電力変換器と、前記第１の電力変換器に接続され
    たバッテリと、前記バッテリの電力を所定の電圧に変換
    する第２の電力変換器と、前記第２の電力変換器の出力
    を交流電力または直流電力に設定する第１の切換手段を
    有したバッテリ内蔵型電力変換装置。
  2. 【請求項２】 第１の切換手段が交流電力を出力する第
    １のスイッチと直流電力を出力する第２のスイッチとを
    有し、前記第２のスイッチに直流出力コンセントを接続
    し、前記直流出力コンセントと並列に電解コンデンサを
    接続した請求項１記載のバッテリ内蔵型電力変換装置。
  3. 【請求項３】 太陽電池と、前記太陽電池に接続された
    第１の電力変換器と、前記第１の電力変換器に接続され
    たバッテリと、前記第１の電力変換器に接続された直流
    出力コンセントとを有し、前記第１の電力変換器が双方
    向出力可能とすると共に、前記太陽電池と前記直流出力
    コンセントの間に、第２の切換手段を配し、前記第２の
    切換手段は、前記太陽電池の電力を前記バッテリに充電
    するか、または前記直流出力コンセントに出力するかを
    設定するバッテリ内蔵型電力変換装置。
  4. 【請求項４】 太陽電池と、前記太陽電池に接続された
    第１の電力変換器と、前記第１の電力変換器に接続され
    たバッテリとを有し、第１の電力変換器が双方向出力可
    能とすると共に、前記太陽電池と前記第１の電力変換器
    の間に第３の切換手段を配し、前記第３の切換手段に前
    記直流出力コンセントを接続し、前記直流出力コンセン
    トと並列に第２のバッテリを接続したバッテリ内蔵型電
    力変換装置。
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