図面 (/)

技術 インバータと直流電源と別の直流ソース又は直流シンクを備えたシステム及び制御方法

出願人 アンビボックスゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 カイフィーバーマンフレートプジィビラザシャレーアマン
出願日 2015年4月14日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2015-082470
公開日 2015年11月16日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-204747
状態 特許登録済
技術分野 交流の給配電 インバータ装置 電池等の充放電回路
主要キーワード 利用ポンプ 交流回路網 電力リミット 直流電圧コンバータ 短絡領域 限界範囲内 電磁界発生器 回転型発電機
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年11月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

直流端子を備えたインバータ直流ソース、別の直流ソース又は直流シンクを含むシステムの制御において、システムの経済性を高める。

解決手段

直流ソース6、別の直流ソース7又は直流シンク(バッテリ)8が、インバータ1の直流端子2に並列回路として接続される。調整素子により、直流ソース6、7に加わる電圧、直流ソース6、7から送出される電流又は電力もしくは直流シンク8に加わる電圧、直流シンクにより取り込まれる電流又は電力が、調整される。直流端子2における電圧測定装置、直流端子における電流測定装置又は直流端子を介してインバータ1へもしくはインバータ1から供給される電力の算出ユニットを有する。調整素子は、直流端子に加わる電圧、直流端子を介して流れる電流又は直流端子2を介してインバータ1へもしくはインバータ1から供給される電力が、所定値になるように設定する。

概要

背景

DE 10 2012 109 420 A9から、DC/DCコンバータ及びDC/ACコンバータを含むインバータと、これらのDC/DCコンバータ及びDC/ACコンバータが接続された直流電圧中間回路とを備えたインバータが公知である。このインバータは、直流端子つまりDC/DCコンバータの入力側の端子を有している。このシステムは、光起電力デバイス(この文献では太陽光発電装置と称されている)の形態の直流ソースを有している。さらにこのシステムは、バッテリの形態の1つのデバイスを有しており、このデバイスは別の直流ソース(バッテリから電力を取り出す場合)としても使用できるし、直流シンク(バッテリを充電する場合)としても使用できる。光起電力デバイス及びバッテリは、インバータの直流端子(DC/DCコンバータの入力端子)に並列回路として接続されている。さらにDE 10 2012 109 420 A9から公知のシステムの場合、バッテリが直流電圧中間回路にも接続されている。このようにすることで、DC/DCコンバータを経由せず光起電力デバイスにより生成されたエネルギーにより直接、バッテリを充電できるようにしている。DE 10 2012 109 420 A9が取り込んでいるのは、どのような動作状態のときに光起電デバイスにより直接、バッテリを充電すべきであるのか、どのような動作状態のときに直流電圧中間回路を介してバッテリを充電すべきであるのか、という問題である。

概要

直流端子を備えたインバータ、直流ソース、別の直流ソース又は直流シンクを含むシステムの制御において、システムの経済性を高める。直流ソース6、別の直流ソース7又は直流シンク(バッテリ)8が、インバータ1の直流端子2に並列回路として接続される。調整素子により、直流ソース6、7に加わる電圧、直流ソース6、7から送出される電流又は電力もしくは直流シンク8に加わる電圧、直流シンクにより取り込まれる電流又は電力が、調整される。直流端子2における電圧測定装置、直流端子における電流測定装置又は直流端子を介してインバータ1へもしくはインバータ1から供給される電力の算出ユニットを有する。調整素子は、直流端子に加わる電圧、直流端子を介して流れる電流又は直流端子2を介してインバータ1へもしくはインバータ1から供給される電力が、所定値になるように設定する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

直流端子(2)を備えたインバータ(1)と、直流ソース(6,7)と、別の直流ソース及び/又は直流シンクを含むシステムのための制御方法であって、前記直流ソース(6,7)と前記別の直流ソースもしくは前記直流シンクは、前記インバータ(1)の直流端子に並列回路として接続されており、前記システムは、前記直流ソース(6,7)に加わる電圧及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電流及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電力を調整可能な調整素子を有しており、及び/又は、前記直流シンクに加わる電圧及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電流及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電力を調整可能な調整素子を有しており、前記システムは、・前記直流端子に加わる電圧を測定可能電圧測定装置、及び/又は、・前記直流端子を介して流れる電流を測定可能な電流測定装置、及び/又は、・前記直流端子を介して前記インバータ(1)へ供給される電力もしくは前記直流端子を介してインバータ(1)から供給される電力を算出する電力算出ユニットを有しており、前記直流ソース(6,7)に加わる電圧及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電流及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電力を調整可能な前記調整素子を、及び/又は、前記直流シンクに加わる電圧及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電流及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電力を調整可能な前記調整素子を、以下のように設定する、即ち、・前記直流端子(2)に加わる電圧が、及び/又は、・前記直流端子(2)を介して流れる電流が、及び/又は、・前記直流端子(2)を介して前記インバータ(1)へ供給される電力もしくは前記直流端子(2)を介して前記インバータ(1)から供給される電力が、予め定められた値に相当するように設定することを特徴とする制御方法。

請求項2

前記直流ソース(6,7)に加わる電圧及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電流及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電力を調整可能な前記調整素子は、及び/又は、前記直流シンクに加わる電圧及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電流及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電力を調整可能な前記調整素子は、以下のように設定される、即ち、・前記直流端子(2)に加わる電圧が、及び/又は、・前記直流端子(2)を介して流れる電流が、及び/又は、・前記直流端子(2)を介して前記インバータ(1)へ供給される電力もしくは前記直流端子(2)を介して前記インバータ(1)から供給される電力が、予め定められた期間にわたり予め定められた値に相当するように設定される、請求項1記載の制御方法。

請求項3

前記インバータ(1)は交流端子を有しており、前記システムは、・前記交流端子に加わる電圧を測定可能な第2の電圧測定装置、及び/又は、・前記交流端子を介して流れる電流を測定可能な第2の電流測定装置、及び/又は、・前記交流端子を介して前記インバータ(1)へ供給される電力もしくは前記交流端子を介して前記インバータ(1)から供給される電力を算出する第2の電力算出ユニットを有しており、前記予め定められた値を、前記第2の電圧測定装置、前記第2の電流測定装置、及び/又は前記第2の電力算出ユニットにより算出された値に応じて設定する、請求項1又は2記載の制御方法。

請求項4

前記予め定められた値を、前記インバータ(1)が予め定められた動作点において動作するように選定する、請求項1又は2記載の制御方法。

請求項5

直流端子(2)を備えたインバータ(1)と、直流ソース(6,7)と、別の直流ソース及び/又は直流シンクを含むシステムであって、前記直流ソース(6,7)と前記別の直流ソースもしくは前記直流シンクは、前記インバータ(1)の直流端子(2)に並列回路として接続されており、前記システムは、前記直流ソース(6,7)に加わる電圧及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電流及び/又は前記直流ソース(6,7)から送出される電力を調整可能な調整素子を有しており、及び/又は、前記直流シンクに加わる電圧及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電流及び/又は前記直流シンクにより取り込まれる電力を調整可能な調整素子を有しており、前記システムは、・前記直流端子(2)に加わる電圧を測定可能な電圧測定装置、及び/又は、・前記直流端子(2)を介して流れる電流を測定可能な電流測定装置、及び/又は、・前記直流端子(2)を介して前記インバータ(1)へ供給される電力もしくは前記直流端子(2)を介してインバータ(1)から供給される電力を算出する電力算出ユニットを有することを特徴とするシステム。

請求項6

前記直流ソース(6,7)は、光起電力モジュール、又は複数の光起電モジュールから成るモジュール列、又は整流器を備えた風力タービン、又は発電機と整流器が接続された蒸気タービンである、請求項5記載のシステム。

請求項7

前記システムはバッテリ(8)を有しており、該バッテリ(8)は、第1の動作モードにおいて直流ソース(6,7)として使用可能であり、第2の動作モードにおいて直流シンクとして使用可能である、請求項5又は6記載のシステム。

請求項8

直流バスが設けられており、該直流バスは前記直流端子(2)に接続されており、該直流バスに、前記直流ソース(6,7)及び前記別の直流ソースもしくは前記直流シンクが接続されている、請求項5から7のいずれか1項記載のシステム。

請求項9

前記インバータ(1)は、前記直流端子(2)の後段に接続されたDC/DCコンバータ(4)と、直流電圧中間回路(5)を有しており、該直流電圧中間回路(5)に、前記DC/DCコンバータ(4)及びDC/ACコンバータ(3)が接続されており、前記システムの前記別の直流ソースもしくは前記直流シンクは、前記直流端子(2)及び前記直流電圧中間回路(5)に接続可能である、請求項5から8のいずれか1項記載のシステム。

技術分野

0001

本発明は、直流端子を備えたインバータと、直流ソースと、別の直流ソース又は直流シンクを含むシステム制御方法に関する。この場合、直流ソースと別の直流ソースもしくは直流シンクは、インバータの直流端子に並列回路として接続されている。さらに本発明はこの種のシステムにも関する。

背景技術

0002

DE 10 2012 109 420 A9から、DC/DCコンバータ及びDC/ACコンバータを含むインバータと、これらのDC/DCコンバータ及びDC/ACコンバータが接続された直流電圧中間回路とを備えたインバータが公知である。このインバータは、直流端子つまりDC/DCコンバータの入力側の端子を有している。このシステムは、光起電力デバイス(この文献では太陽光発電装置と称されている)の形態の直流ソースを有している。さらにこのシステムは、バッテリの形態の1つのデバイスを有しており、このデバイスは別の直流ソース(バッテリから電力を取り出す場合)としても使用できるし、直流シンク(バッテリを充電する場合)としても使用できる。光起電力デバイス及びバッテリは、インバータの直流端子(DC/DCコンバータの入力端子)に並列回路として接続されている。さらにDE 10 2012 109 420 A9から公知のシステムの場合、バッテリが直流電圧中間回路にも接続されている。このようにすることで、DC/DCコンバータを経由せず光起電力デバイスにより生成されたエネルギーにより直接、バッテリを充電できるようにしている。DE 10 2012 109 420 A9が取り込んでいるのは、どのような動作状態のときに光起電デバイスにより直接、バッテリを充電すべきであるのか、どのような動作状態のときに直流電圧中間回路を介してバッテリを充電すべきであるのか、という問題である。

先行技術

0003

DE 10 2012 109 420 A9

発明が解決しようとする課題

0004

このような背景において本発明の課題は、この種のシステムの経済性を高めることである。

課題を解決するための手段

0005

この課題は、請求項1記載の制御方法及び請求項5記載のシステムにより解決される。従属請求項ならびに以下の説明には、有利な実施形態が示されている。

0006

本発明の基礎を成す基本的着想は、インバータの直流端子つまりインバータの入力側を、制御にとって重要な基準点として選択する、というものである。
本発明による制御方法を用いることで、
・直流端子に加わる電圧、及び/又は、
・直流端子を介して流れる電流、及び/又は、
・直流端子を介してインバータへ供給される電力もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力
が、予め定められた値になるように、制御することができる。

0007

インバータは、最大電力点(Maximum Power Point MPP)追従機構装備していることが多い。1つの実施形態によれば、MPP追従機構は、インバータの一部として設けられた直流電圧コンバータによって実現され、これはブーストコンバータバックコンバータ又はインバータとして結線される。インバータがMPPトラッキング中に内部で実行する介入調整はインバータの負担となり、その結果、自己加熱老朽化が引き起こされる。本発明による制御方法によれば、電圧状態電流状態、及び/又は電力状態を、インバータの入力側で等価なものとして扱うことができるので、インバータは、自身がMPPトラッキング中に選定した動作点で動作することができる。同様に、インバータの入力側の状態を制御して、インバータが例えばいっそう効率的に動作する別の動作点などを選択することも可能である。この理由から本発明によるシステムには、(第1の)直流ソースのほかに別の直流ソース及び/又は直流シンクも設けられている。第1の直流ソースが、予め定められた値に相当しない電圧もしくは電流もしくは電力を供給しているならば、本発明による制御方法により別の直流ソースを用いて、直流端子の入力側において予め定められた値に相当する状態になるよう調整することができる。これと同等のことは直流シンクについてもあてはまり、例えば、第1の直流ソースから供給される電圧もしくは供給される電流もしくは供給される電力が、予め定められた値を超えたときに、直流シンクを投入することができる。

0008

例えばインバータが、特にある決められた入力電圧による動作に合わせて設計されている場合であっても、本発明による制御方法によって調整すべき予め定められた値を、直流端子に加わる電圧とすることができる。予め定められた値を、直流端子を介して流れる直流電流とすることもでき、これは例えば、インバータが特定の決められた電流による動作に合わせて設計されている場合である。多くのインバータは電力に関連して設計されていることから、多くの場合、予め定められた値が、直流端子を介してインバータへ供給される電力、もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力となる。

0009

1つの有利な実施形態によれば、本発明による制御方法を、以下に挙げる値のうち少なくとも2つの値が予め定められた値に調整されるように作動する。即ち、直流端子に加わる電圧、及び/又は、直流端子を介して流れる電流、及び/又は、直流端子を介してインバータへ供給される電力もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力。したがって例えば、電力を最優先に関連づけて設計したインバータを、直流端子に加わる特定の電圧レベルにおいて極めて良好に動作させる、という実施形態が考えられる。このようなケースでは本発明による制御方法を、直流端子に加わる電圧を予め定められた値に合わせて調整するために用いることもできるし、直流端子を介してインバータへ供給される電力もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力を、予め定められた値合わせて調整するために用いることもできる。

0010

予め定められた値を0とすることもできる。例えば、出力側でインバータに接続された送電網にインバータから電力を供給しない、ということが望まれる場合がある。このことは、本発明による制御方法によれば、直流端子を介してインバータへ供給される電力が値ゼロになるように調整することで、達成することができる。

0011

予め定められた値の設定については、様々な手法を考えることができる。例えば、直流端子を介してインバータへ供給される電力、もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力を、動きが速くソーラーモジュールの動作が変わりやすい日にも、最大伝送電力という枠組みで補償調整できるような値に設定することができる。最大伝送電力を、インバータの構造形式によってまえもって決められている、インバータが送出可能な最大交流電力とすることができる。同様に、最大伝送電力を、単に構造に基づくインバータの交流電力よりも小さくすることもでき、これは例えばインバータが出力側で送電網に接続されており、送電網運営会社が決められた交流電力の持続的な送出を要求している場合である。また、送電網運営会社が場合によっては特定の期間にわたり特定の電力低減を指示しており、最大伝送電力が負の値を有する場合もあり得る。したがって、インバータの出力側に接続された送電網の送電網負荷を最小限に抑え、それにより直流端子を介してインバータへ供給される電力を所定の最大値に制限することが考えられ、その最大値を超えた場合には、余分なエネルギーが(例えば直流シンクである)バッテリに蓄えられる。さらに本発明による制御方法によれば、直流端子を介してインバータから供給された電力を、個々の時点において必要とされる予め定められた値に合わせて調整することができる。この目的は、特定の量のエネルギーを送電網から取り出すことにあり、例えばこれはバッテリ蓄積器として構成された直流シンクの充電状態を一定に保持するためである。

0012

(第1の)直流ソースが、インバータによって変換不可能である過剰な電力を供給するような動作状態の場合に、本発明による制御方法によればそのような過剰電力を後で利用するために、例えば夕方又は夜間に利用するために用いることができ、例えば電気により駆動される自動車を低い優先度で充電するときなどに用いることができ、この場合であれば自動車が直流シンクとなる。インバータが直流端子に供給された電力の一部分を変換できないことを、パルス化方式によって検出することができ、この方法によれば、インバータクロックサイクルオフフェーズ中モジュール列特性曲線を読み出すことができる。例えば、インバータを17kHzのクロックで作動させ、本発明による方法のために用いられるコントロールユニットを40kHzのクロックで作動させることができる。このときに発生するインバータのオフフェーズ中に、測定を実施することができる。また、例えば入射センサなど外部の測定素子によって、理論的に供給可能なインバータのDC電力を求めることもできる。

0013

1つの有利な実施形態によれば、予め定められた値が予め定められた時間にわたり維持される。例えば数分間、数時間、1日、1夜、数日及び数夜、1ヶ月、又は数ヶ月にわたり、予め定められた値になるよう調整することができる。例えば、本発明によるシステムによって、インバータの出力側に設けられた送電網に決められた電力を予め定められた期間(数分、数時間、数日、数ヶ月)にわたり供給することが望まれる場合、第1の直流ソースが場合によっては連続的に等しい電力を送出しないにしても、本発明による制御方法及び本発明によるシステムを用いて、このことを以下のようにして実現することができる。即ち、直流端子を介してインバータから供給される電力が、送電網への所定の電力供給に必要とされる予め定められた値に、予め定められた期間にわたり相当するように、電力を直流シンクへ取り込み、又は電力を別の直流ソースから取り出すことによって行われる。さらに、予め定められた値がそれぞれ異なる時間においてそれぞれ異なる値に設定されるようにした実施形態も可能であり、例えばこの場合、午前、昼、午後、晩といった一日の経過において異なる値が設定される。

0014

1つの有利な実施形態によれば、インバータは交流端子を有しており、システムは、
・交流端子に加わる電圧を測定可能な第2の電圧測定装置、及び/又は、
・交流端子を介して流れる電流を測定可能な第2の電流測定装置、及び/又は、
・交流端子を介してインバータへ供給される電力もしくは交流端子を介してインバータから供給される電力を算出する第2の電力算出ユニット
を有している。この場合、予め定められた値が、第2の電圧測定装置、第2の電流測定装置、及び/又は第2の電力算出ユニットにより算出された値に応じて設定される。

0015

殊に有利にはこの実施形態を、送電網へ供給される電力量を調整するために使用することができる。

0016

本発明において用いられるインバータを、送電網インバータとすることができ、このインバータの出力側には、送電網運営会社によってコントロールされる送電網が接続されている。ただしインバータを、その他の電力変換器とすることもできるし、又は独立電源用インバータとすることもでき、このインバータの出力側には、インバータもしくはインバータ運用側によってコントロールされる交流回路網が接続されている。

0017

本発明によるシステムは、直流端子を備えたインバータと、直流ソースと、別の直流ソース及び/又は直流シンクを含んでいる。この場合、直流ソースと別の直流ソースもしくは直流シンクは、インバータの直流端子に並列回路として接続されている。

0018

インバータは、少なくとも1つのDC/ACコンバータを有している。さらにこのインバータは、DC/ACコンバータのほかにDC/DCコンバータも装備することができる。このDC/DCコンバータを、直流端子の後段に接続することができる。本発明のこの実施形態に関する1つの有利な実施例によれば、直流電圧中間回路を設けることができ、この回路にDC/DCコンバータ及びDC/ACコンバータが接続されている。1つの格別有利な実施形態によれば、例えばDE 10 2012 109 420 A9の図1に示されているように、このシステムの別の直流ソースもしくは直流シンクが直流端子と直流電圧中間回路とに接続されている。直流ソースが直流電圧中間回路に接続されていれば、インバータにおけるDC/ACコンバータの電力スペクトル全体を活用することができるようになる。実際に知られているインバータとして、例えばコントロールユニットの動作形態に関して、又は場合によっては設けられているDC/DCコンバータの設計に関して、比較的低い電力レベルに合わせて設計されているが、ただしコスト節約の理由から、大量生産で製造されたいっそう高性能のDC/ACコンバータが組み込まれたものもある。つまりこのようなインバータの場合、そこに組み込まれるDC/ACコンバータは、インバータ全体で想定されるものよりも性能が高くなっている。この場合に生産者が活用しているのは、単一のDC/ACコンバータタイプの大量生産によるコスト削減であり、そのため比較的低い電力レベル用に販売しているインバータにも、高性能のDC/ACコンバータが組み込まれている。有利な実施形態に従い、別の直流ソースを直流電圧中間回路にダイレクトにつなげるようにし、それによってDC/DCコンバータ及び必要に応じてインバータに設けられるさらに別の素子を経由せずに、別の直流ソースからさらに電力を直流電圧中間回路に供給することによって、インバータに組み込まれたDC/ACコンバータの電力スペクトルをフルに活用できるようになり、このことは、インバータの別のコンポーネントがDC/ACコンバータの電力スペクトルをこのようにフルに活用できない場合であったとしても、実現可能となる。したがって、余分な電力を直流電圧中間回路へ供給することにより、掲げられているインバータの公称交流電力よりも大きい総電力を供給することが可能となる。

0019

1つの有利な実施形態によれば、インバータ(ハウジング)に別個の端子が設けられ、この端子を介して、外部コンポーネント例えば別の直流ソースもしくは直流シンクを、有利な実施形態において設けられるインバータの直流電圧中間回路に接続できる場合に、この端子を利用して、出力側に接続された送電網から又は有利な構造ではさらに接続された別の直流ソースからDC/ACコンバータが取り込んだ直流電圧出力を、別の負荷に供給することもできる。例えば、DC/ACコンバータを経由せずにこの端子を介してダイレクトに直流電圧中間回路から、DC/DCコンバータによる昇圧又は降圧後、非常時のエネルギーを取り出すこともでき、このようなエネルギーは非常照明の作動や、例えばヒータ利用ポンプをDCモデル仕様変更する場合などのポンプ回路の作動のために用いられる。また、DC/DCコンバータを経由せずに、出力側でインバータに接続される、DC/ACコンバータにより変換された交流の送電網からダイレクトに、非常時エネルギーを取り出すこともできる。

0020

インバータは、MPPトラッキングを実現するためにインバータの調整素子の動作を制御可能なコントローラを装備することができる。1つの有利な実施形態によればこのコントローラは、インバータの動作点に関する情報を取り出すことのできる信号出力端子を有している。

0021

1つの有利な実施形態によれば、インバータのすべての部品が1つのハウジング内に配置されている。1つの有利な実施形態において、インバータが直流電圧中間回路を有しており、この直流電圧中間回路に別の直流ソースもしくは直流シンクを接続する場合、ハウジングは直流端子のほかに、別の直流ソースもしくは直流シンクを直流電圧中間回路に接続する目的で、直流ソースもしくは直流シンクを接続可能な端子を設けることもできる。

0022

本発明によるシステムは少なくとも1つの直流ソースを有しており、本明細書ではこの直流ソースのことを、部分的には第1の直流ソースとも称する。有利な実施形態によればこの直流ソースは、光起電力モジュールないしは太陽光発電モジュール、又は回転型発電機に組み込まれた直流ソース、例えば整流器を備えた風力タービン、或いは熱を利用した発電機に組み込まれた直流ソース、例えば発電機と整流器が接続された蒸気タービンである。直流ソースを例えば燃料電池としてもよい。本明細書において別の直流ソースと称する直流ソースのほかに、本発明によるシステム及び本発明による制御システムにおいて制御されるシステムは、多数の直流ソースを有することができ、例えば並列接続された複数の光起電力モジュール列を有することができる。この種の直流ソースを混在させてもよい。したがって例えば、光起電力モジュール、整流器を備えた風力タービン、又は発電機及び整流器が接続された蒸気タービンが、並列回路として互いに結線されたシステムも考えられる。

0023

第1の直流ソースのほか本発明によるシステムには、もしくは本発明による制御方法により制御されるシステムには、1つの別の直流ソース及び/又は1つの直流シンクが設けられている。この場合に可能な実施形態によれば、1つの別の直流ソース及び1つの直流シンクが1つのコンポーネント例えばバッテリとして提供され、このバッテリは、そこから電力を取り出すのか、それを充電するのかに応じて、第1の動作状態では直流ソースとして使用され、第2の動作状態では直流シンクとして使用される。バッテリとして、この目的のためだけに考えられたバッテリを準備することもできるが、バッテリが、システムから切り離せる物体の一部例えばバッテリ駆動型自動車の一部であるようにすることも考えられる。直流シンクとして例えば可逆式燃料電池も想定可能であり、これは第1の動作モードでは直流ソースとして使用され、第2の動作モードでは直流シンクとして使用される。さらに直流シンクとして、過剰な電気エネルギー熱エネルギーに変換するコンポーネントとすることも考えられる。

0024

本発明によるシステムは、直流端子に加わる電圧を測定可能な電圧測定装置、及び/又は、直流端子を介して流れる電流を測定可能な電流測定装置、及び/又は、直流端子を介してインバータへ供給される電力もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力を算出する電力算出ユニット、を使用するように構成されている。この種の測定装置もしくは測定ユニットによって、本発明による制御方法は、予め定められた値が直流端子に加わっているか否かをチェックすることができる。

0025

直流端子に加わる電圧を測定可能な電圧測定装置として、例えば抵抗回路網もしくは分圧回路を考えることができ、ただし他の適切などのような装置であってもよい。

0026

直流端子を介して流れる電流を測定可能な電流測定装置として、例えば測定分路又は電流変換器又はホールセンサを利用した測定を考えることができ、ただし他の適切などのような装置であってもよい。

0027

直流端子を介してインバータへ供給される電力を算出する電力算出ユニットもしくは直流端子を介してインバータから供給される電力を算出する電力算出ユニットとして、例えば電力量計が考えられるが、求められた電流と電圧の値により計算することも考えられ、ただし他のどのような適切な装置であってもよい。

0028

例えば、直流ソースとして用いられる光起電力モジュール列のモジュール特性データが既知であるならば、電圧、電流又は電力を間接的に測定することも考えられる。この場合には、入射光及び温度から逆算を行うことができる。

0029

これら3つの装置即ち電圧測定装置、電流測定装置又は電力算出ユニットのうちの1つを設ければ、本発明による利点をすでに達成可能である。とはいえ殊に有利であるのは、プロセスをできる限り精密に監視する目的で、3つの装置即ち電圧測定装置と電流測定装置と電力算出ユニットをすべて設けることである。さらに可能であるのは、電圧測定装置と電流測定装置だけを設けること、又は電流測定装置と電力算出ユニットだけを設けること、又は電圧測定装置と電力算出ユニットだけを設けることである。

0030

さらに本発明によるシステムには調整素子が設けられており、この調整素子によって、直流ソースに加わる電圧、及び/又は直流ソースから送出される電流、及び/又は直流ソースから送出される電力を調整することができる。システムの一部として複数の直流ソースが設けられている場合には例えば、第1の直流ソース例えば光起電力モジュールと、別の直流ソース例えばバッテリが設けられている場合、本発明によるシステムによれば、1つの調整素子だけを設けることができ、例えば第1の直流ソースに加わる電圧、及び/又は第1の直流ソースから送出される電流、及び/又は第1の直流ソースから送出される電力を調整可能な1つの調整素子を設けることができる。さらに、別の直流ソースに加わる電圧、及び/又は別の直流ソースから送出される電流、及び/又は別の直流ソースから送出される電力を調整可能な、ただ1つの調整素子を設けることも考えられる。また、2つの調整素子を設けることもでき、それらのうち一方の調整素子によって、第1の直流ソースに加わる電圧、及び/又は第1の直流ソースから送出される電流、及び/又は第1の直流ソースから送出される電力を調整可能であり、他方の調整素子によって、別の直流ソースに加わる電圧、及び/又は別の直流ソースから送出される電流、及び/又は別の直流ソースから送出される電力を調整可能である。1つの直流シンクが設けられている場合、又は別の直流ソースと直流シンクとが設けられている場合にも、同等の組み合わせが可能である。

0031

本発明によるシステムの実施形態として、以下の表に挙げる組み合わせが可能である。

0032

0033

0034

0035

0036

0037

0038

0039

0040

0041

1つの有利な実施形態によれば、DC/DCコンバータを備えたインバータの場合、DC/DCコンバータに組み込まれた半導体スイッチが調整素子として用いられる。実際に知られているのは、インバータに組み込まれるDC/DCコンバータが2つの半導体スイッチを備えている、ということであり、これらの半導体スイッチに調整素子の役割を担わせることができるので、市販のインバータを用いて本発明を実現することができる。この場合、半導体スイッチを交互に作動させる制御パターンによって本発明が実現される。この実施形態の利点は、必要とする素子数が僅かなことである。例えば2つの半導体スイッチと2つのダイオード阻止ダイオード及びフリーホイールダイオード)によって、本発明を実現することができる。この実施形態によれば、昇圧を行う半導体スイッチを介して電力の送出が行われ、降圧を行う半導体スイッチを介して電力の取り込みが行われる。このようにした場合、電圧及び/又は電流の調整は、これらの半導体スイッチに対する適切なオンオフ比によってのみ行われる。

0042

別の選択肢として、上述の半導体スイッチを用いる代わりに、電気機械的に動作するスイッチ又は他の形式で動作する切替機能アセンブリを、DC/DC調整素子を実現できるように利用することができる。

0043

また、バイオメカニカルにより実現されたスイッチング素子の利用も考えられる。

0044

さらに、電磁界発生器に基づきスイッチング素子を実現することも考えられ、この電磁界発生器によれば、直流的に分離された導体中の電子流の阻止又は開放により切替操作が可能となる。

0045

1つの有利な実施形態によれば、システムは直流バスを有しており、この直流バスは直流端子に接続されており、この直流バスに、直流ソース及び別の直流ソースもしくは直流シンクが接続されている。共通の直流バスは、規定された一定の電圧を有することができる。これに対する代案として、可変の電圧を有する共通の直流バスを使用することもできる。

0046

本発明によるシステムは上位のコントロールユニットを有することができ、このユニットは、システムのすべてのエネルギーの流れについてコントロールする役割を担い、インバータ及びシステムのその他のコンポーネントに対し動作点を設定する。このようにすることで、インバータが必要以上に設計されている結果として過剰となったエネルギーを、インバータが最大無負荷電圧の方向(非線形領域)で調整するような動作状況を、作り出すことができる。他方では、そのようなエネルギーが電圧低減により短絡領域線形領域)に向かう調整により低減されるような動作状況も、作り出すことができる。したがってシステムは、併設されているその他のコンポーネントの特性に不安定さを生じさせることなく、いっそう多くの電力を変換することができる。ここに示した特性の実現は、有利には個々のコンポーネントに組み込まれた電力半導体において、好ましくはスイッチオン及びスイッチオフの時間の変化により達成される。

0047

1つの有利な実施形態によれば、システムの個々のコンポーネントが1つのボックスにまとめられる。例えば、直流端子における(第1の)直流ソースと別の直流ソースもしくは直流シンクとの並列回路を、入力側に第1の直流ソースを接続し出力側に直流端子を接続した端子ボックスを設けることによって、準備することができる。さらにこのボックスには、別の直流ソースもしくは直流シンクのための端子が設けられている。ボックス内部で、並列接続が生じるよう端子に案内される導体が結線される。このようなボックスによって取り扱いが簡単になり、本発明によるシステムを形成するために既存のシステムに対し容易に追加装備を行うことができ、もしくは本発明による制御方法を既存のシステムに容易に適用できるようになる。本発明によるシステムを用意するために、直流ソースがインバータの直流端子に接続されている既存のシステムを、その直流ソースを端子ボックスの端子に接続し、端子ボックスの出力側を直流端子に接続する、というように変更するだけでよい。ついで端子ボックスの別の端子に、別の直流ソースもしくは直流シンクを接続する。さらに、別の直流ソースもしくは別の直流シンクを端子ボックスの端子に別個に接続するのではなく、それらが端子ボックス内に組み込まれているような実施形態も考えられる。このようにすれば、端子ボックスをどのようなインバータにも接続することができる。

0048

端子ボックスは、殊に有利にはコントロールユニットを有しており、さらに(利用できるのであれば)、直流端子に加わる電圧を測定可能な電圧測定装置、及び/又は、直流端子を介して流れる電流を測定可能な電流測定装置、及び/又は、直流端子を介してインバータへ供給される電力もしくは直流端子を介してインバータから供給される電力を算出する電力算出ユニットも有している。1つの有利な実施形態によれば、端子ボックスの出力側は直流端子にじかに接続されているので、端子ボックスの出力側において情報を損失することなく測定値を求めることができる。

0049

コントロールユニット内に、種々のインバータコンフィギュレーションに関する情報を格納しておくことができる。このようにすれば、端子ボックスを大量生産部品として製造することができ、この部品は、パラメータコンフィギュレーションの簡単な選択によって、システムコンフィギュレーション特にシステム内に設けられたインバータに合わせて整合される。

0050

したがって1つの有利な実施形態によれば、端子ボックスは汎用的に利用可能である。このことは、後段に接続されるインバータに関してのみならず、使用される別の直流ソースもしくは使用される直流シンクについてもあてはまる。したがって、端子ボックスのコントロールユニット内に、様々な電圧レベル及びバッテリ技術のために必要とされるすべての充電アルゴリズムを設けておくことができる。端子ボックスは広い電圧範囲で動作可能であり、例えば直流48Vから直流1000Vのバッテリ電圧まで動作可能である。この場合、1つの有利な実施形態によれば、入力側においても出力側においても電流制限を行うことによって、限界範囲内電力リミットを調整することができる。1つの有利な実施形態によれば、端子ボックスは、直流約205Vの平均動作入力電圧を考慮して構成されている。このようなコンフィギュレーションにおいて、例えば2500Wの電力を搬送することができる。たとえ入力電圧が低下したとしても、送出電力を750Wに保持することができる。

0051

次に、1つの実施例だけを示した図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。

図面の簡単な説明

0052

本発明による実施例を示す図

実施例

0053

図面に示されているシステムは、直流端子2を備えたインバータ1を有している。このインバータは、DC/ACコンバータ3及びDC/DCコンバータ4を有している。さらにこのインバータは直流電圧中間回路5を有しており、この回路を介してDC/DCコンバータとDC/ACコンバータとが接続されている。本発明によるシステムはさらに、ソーラーモジュールの形態の2つの直流ソース6,7を有している。直流ソース6,7は並列に接続されている。さらに本発明によるシステムは、バッテリ8の形態の別の直流ソース及び直流シンクを有している。このバッテリは、第1の動作モードでは直流ソースとして使用可能であり、第2の動作モードでは直流シンクとして使用可能である。2つの直流ソース6,7とバッテリ8は、並列回路としてインバータ1の直流端子2に接続されている。さらに端子ボックス9が設けられている。この端子ボックス9内には特に、本発明による制御方法を実施するためのコントロールユニット及びDC/DC調整素子が設けられている。端子ボックス9内にはさらに、直流端子2に加わる電圧と直流端子2を介して流れる電流のための測定装置も設けられている。端子ボックス9を直流端子2のところに並列回路としてダイレクトに接続することによって、端子ボックス9に組み込まれた測定装置はこれらの測定を実施することができる。さらにインバータ1の出力側には、出力側から送出される電力のための測定装置が設けられている。

0054

付加的な線路10によって、端子ボックス9ひいてはバッテリ8が直流電圧中間回路5に接続されている。

0055

1インバータ
2直流端子
3 DC/ACコンバータ
4 DC/DCコンバータ
5直流電圧中間回路
6,7直流ソース
8バッテリ
9端子ボックス
10 付加的な線路

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 本田技研工業株式会社の「 管理装置、バッテリ、車両および管理システム」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題・解決手段】ステーションに返却されるバッテリである返却バッテリには第1の認証キーが書き込まれており、バッテリ交換ステーションに配されてバッテリを管理する管理装置は、返却バッテリから第1の認証キー... 詳細

  • 本田技研工業株式会社の「 充電制御装置、輸送機器、及びプログラム」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題・解決手段】充電制御装置は、バッテリの温度及び電圧を指標として充電制限値を規定する複数の充電情報と、バッテリの温度及び電圧に基づいて複数の充電情報の中から一つの充電情報を選択するための選択情報と... 詳細

  • 株式会社豊田自動織機の「 電圧計測回路」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題】直列に接続された複数の電池を含む組電池の電圧を精度よく計測する。【解決手段】電圧計測回路は、計測対象電池の正極側の電圧および負極側の電圧をそれぞれ分圧する第1および第2の抵抗分圧回路と、第1お... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ