电力转换装置、控制电力转换装置的方法以及电力转换系统的制作方法_2

文档序号:9650787阅读:来源:国知局
氧的化学反应发电。根据作为电解质使用的材料,燃料电池被分类为例如固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell)、固体高分子燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell)等。本实施方式的燃料电池不具体限定燃料电池的种类。
[0055]本实施方式中所用的蓄电池可以使用例如锂离子电池。另外,可以使用其它种类的蓄电池,诸如镍氢蓄电池等。另外,可以单独使用蓄电池,或可以将蓄电池安装在电动汽车(EV)或混合动力车(PHV)上充电。
[0056]电压转换器3a至3e进行DC/DC转换使得各电源设备的DC输出电压转换为预定DC电压值。更具体地,电压转换器3a至3c均具有DC/DC转换电路,基于来自控制器104的控制信号将来自各电源设备的DC输入电压升压至任意的目标电压值后,将升压后的电压输出至电源设备输入线4a至4e。
[0057]此外,电压转换器3a至3e可以进行双向DC/DC转换。例如,图1的电压转换器3e将来自电源设备le (蓄电池)的DC输出电力升压或降压,并将电力输出至电源设备输入线4e。另外,电压转换器3e可以将来自电源设备输入线4e的DC输入电力降压或升压并将电力提供至电源设备le(蓄电池)。
[0058]此外,根据串联模块的数量差异或安装角度差异,可以为与电源设备连接端子2a至2c连接的太阳能电池提供不同的DC输入电压。在这种情况下,通过根据DC输入电压改变调节量进行本实施方式的电压转换,由此升压至相同的目标电压值。
[0059]此外,与电源设备连接端子2a至2e连接的电源设备除了包括太阳能电池、燃料电池和蓄电池外,也可以包括诸如风力发电机、小型水力发电机等将AC电力整流输出的设备。
[0060]下面,说明切换部102的配置和操作。切换部102具有多个选择开关5,其用于将电压转换后的、来自各电源设备的DC输入电力(电源设备输入线4a至4e)选择性地输出至各DC电力输出线6A至6C的任一个。此外,各开关分别由例如继电器开关、晶体管开关等构成,并适于基于来自控制器104的控制信号切换0N/0FF状态。控制器104进行切换控制使得电源设备输入线4a至4e均仅与各DC电力输出线6A至6C中的一根连接。
[0061]下面,对负载连接部103的配置和操作进行说明。负载连接部103包括分别转换来自各DC电力输出线6A至6C的电力的转换器7A(DC/DC转换器)和换流器7B、7C。另外,负载连接部103包括将换流器和转换器的输出与负载连接的负载连接端子8A至8C。
[0062]转换器7A和换流器7B、7C分别将来自各DC电力输出线6A至6C的电力转换为与分别连接至DC电力输出线6A至6C的负载对应的电力。在本实施方式中,转换器7A以及换流器7B、7C将来自DC电力输出线6A至6C的DC电力分别转换为DC200V、AC100V和单相3线的AC200V。被转换为DC200V、AC100V和AC200V的电力分别提供至与负载连接端子8A至8C连接的负载10A至10C。如上所述,转换器7A和换流器7B、7C基于来自控制器104的控制信号将电力转换为与连接的负载对应的最优电力。
[0063]负载连接端子8A至8C可以包括用于在与各负载之间进行电力的输入/输出的电力端子,也可以包括用于允许控制器104控制各负载的控制信号端子。在本实施方式中,负载连接端子8B和8C分别与以AC100V和单相3线的AC200V操作的负载10B和10C连接。负载连接端子8A与以DC电力驱动的负载连接。另外,应该与AC100V连接的负载10B的示例可以包括诸如冰箱、应急灯、热水系统以及家用网络服务器等的尽量避免停电的家用电器。另外,负载10C是AC100V驱动的家用普通负载,通过引出包括AC200V的单相3线中的中性相的两根线提供该AC100V。负载10C的示例可以包括吹风机、家用游戏机或音响系统等。
[0064]为了向负载10C提供电力,对开关11C、11C’进行切换使得可以向负载10C选择性地提供来自商用电网9的电力和来自本发明的电力转换装置的电力。此外,该切换是基于由控制器104监视的商用电网9和换流器7C的电压进行。
[0065]在本实施方式中,与紧急电源连接的负载10B和其它家用普通负载10C与不同的输出线连接,但是,本发明不限于该结构。例如,负载10B、10C都连接至AC200V侧,并可以根据换流器7C和商用电网9的电压快速切换开关11C和11C’,使得电力被提供至负载而不中断。
[0066]在本实施方式中,在图1中用实线表示用于由控制器104控制各部件的控制信号12的路径。这里,该控制信号可以通过有线通信或无线通信传输。
[0067]此外,控制器104也可以通过硬件配置,也可以作为通过CPU执行的程序实施,从而实现其功能。
[0068]此外,在本实施方式中记载了电压转换器3a至3e、转换器7A以及换流器7B、7C通过控制器104进行输出电压的控制的内容,但是,本发明不限于此,也可以设置为提供预定输出电压。
[0069]此外,在本实施方式中,作为AC电力输出,单相三线AC200V和单相AC100V适于分别从负载连接端子8C、8B输出。但是,由于三相3线200V经常用于业务用冷库或空调、工厂中的电动机驱动等,因此也可以将换流器7C替换为换流器7C’用于将电力转换为三相200V。另外,也可以将换流器7A替换为换流器7C’,并可以对换流器7C’提供电力。
[0070]此外,在本实施方式中,记载假设在日本国内可以使用的电器设备作为连接的负载。但是,考虑在日本国外可以使用的电器设备的使用,实施方式可以进行适当变更。例如,也可以将转换器7A替换为可以输出AC220至240V的换流器7A’,并可以对换流器7A’提供电力,使得也可以连接在亚洲、大洋洲和欧洲地区可以使用的家用电器。
[0071](第一电力转换模式)
[0072]下面,说明本实施方式的第一电力转换模式。图2示出将图1的本发明的实施方式的电力转换装置100切换至第一电力转换模式的状态。本文中,第一电力转换模式通过切换电力转换装置100内的各开关及结构要素的控制,使用来自电源设备la至lc(太阳能电池)的输出电力驱动与AC200V电源连接的负载10C。另外,第一电力转换模式使用来自电源设备Id(燃料电池)的输出电力驱动与AC100V电源连接的负载10B。
[0073]在该第一电力转换模式中,电压转换器3a至3c将来自各电源设备la至lc (太阳能电池)的约240V的DC输入电压升压至设定的目标电压值370V后,将该电压输出至电源设备输入线4a至4c。电压转换器3d将来自电源设备Id (燃料电池)的160V的DC输入电压升压至300V,并将该电压输出至电源设备输入线4d。此外,没有电力从电源设备le (蓄电池)输出。
[0074]控制器104控制切换部102,使得来自电源设备la至lc (太阳能电池)的电源设备输入线4a至4c与指定目标电压值为DC370V的DC电力输出线6C连接。来自电源设备Id(燃料电池)的电源设备输入线4d与指定目标电压值为DC300V的DC电力输出线6B连接。此外,配置来自电源设备le(蓄电池)的电源设备输入线4e与DC电力输出线都不连接。沿着图2中的粗实线表示的路径,从电压转换器3a至3c输出的电源设备la至lc (太阳能电池)的DC电力通过开关5的切换传输至换流器7C。同样,沿着粗虚线表示的路径,从电压转换器3d输出的电源设备Id(燃料电池)的DC电力传输至换流器7B。
[0075]此外,DC电力输出线6B、6C的电压值分别通过上述电压转换器3a至3d调整为DC300V和370V,但是,可以通过控制器104设定任意的电压值以匹配与DC电力输出线连接的负载等。
[0076]然后,换流器7C将来自DC电力输出线6C的DC370V的电力转换为单相三线AC200V。将转换为AC200V的电力提供至与负载连接端子8C连接的负载10C。同样,换流器7B将来自DC电力输出线6B的DC300V的电力转换为AC100V。将转换为AC100V的电力提供至与负载连接端子8B连接的负载10B。此外,由于未向DC电力输出线6A提供电力,因此,转换器7A不操作。如上所述,换流器7B和7C基于自控制器104的控制信号,分别将电力转换为与连接的负载对应的最优电力。
[0077]图3在流程图中示出用于转换为第一电力转换模式的步骤。首先,控制器104进行初始化开关5,使得各电源设备输入线和DC电力输出线之间的连接全部断开。同时,控制器104也初始化开关11A至11C,使得来自转换器7A和换流器7B、7C的电力输出不输出至负载10A至10C(步骤S101)。此时,也可以将开关11C’设置为0N状态,从商用电网9向负载10C提供电力。
[0078]接下来,控制器10
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