JP2002320390A - 蓄電装置 - Google Patents

蓄電装置

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JP2002320390A
JP2002320390A JP2001121376A JP2001121376A JP2002320390A JP 2002320390 A JP2002320390 A JP 2002320390A JP 2001121376 A JP2001121376 A JP 2001121376A JP 2001121376 A JP2001121376 A JP 2001121376A JP 2002320390 A JP2002320390 A JP 2002320390A
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supply system
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Naoyuki Izaki
直幸 井崎
Yoshimi Miyamoto
好美 宮本
Noriyuki Miyajima
教至 宮嶋
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】商用電源系と連係する蓄電装置において、初期
充電回路を簡易化できる技術を提供する。 【解決手段】平滑用の主コンデンサを初期充電する初期
充電回路を、正弦波コンバータの直流側に接続しかつ商
用電源系の複数相または複数の線間電圧に対し共用する
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は二次電池を蓄電手段
に有し商用電源系と連係状態で使用する蓄電装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、商用電源系と連係する蓄電技術と
しては、正弦波コンバータなどのAC/DC変換手段を
利用した電源装置が用いられる。正弦波コンバータで
は、始動時に平滑用コンデンサに流れる突入電流が、コ
ンバータ素子の破壊、入力側ヒューズの溶断、主開閉器
のトリップなどの原因となり、防止対策として、機器の
始動前に平滑用コンデンサの初期充電が行われる。例え
ば、特開平8−331870号公報には、3相ブリッジ
回路(正弦波コンバータ相当)の交流側に相数に対応し
て2つの初期充電回路を備えた構成が記載され、また、
特開平6−46571号公報には、主電源用整流器から
電圧形インバータに供給するための整流出力を平滑する
ための平滑用コンデンサの初期充電回路を、主電源用整
流器と該電圧形インバータとの間に設けた構成が記載さ
れている。いずれも商用電源系の交流を整流した電力で
コンデンサの初期充電を行っている
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開平8−33187
0号公報記載の構成では、初期充電回路数や回路部品が
多く必要となるし、さらに、商用電源系統と二次電池と
の間で充放電を行う蓄電システムとして、AC/DC変
換後の直流電圧と二次電池電圧との間の電位差を解消す
るために昇降圧用コンバータを設ける場合には、該昇降
圧用コンバータと該二次電池との間に設けられる平滑用
コンデンサの充電が困難となる。また、特開平6−46
571号公報記載の構成についても、これをもって蓄電
システムを構成しようとした場合には、初期充電回路を
さらに追加するか、または切換回路を設ける等の対策が
必要となる。本発明の課題点は、上記従来技術に鑑み、
(1)部品点数の少ない簡易構成の初期充電回路で商用
電源系の複数相にも対応できること、(2)昇降圧用コ
ンバータを設けた構成の場合にも初期充電回路の追加等
は不要であること、等である。本発明の目的は、かかる
課題点を解決できる技術を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題点を解決するた
めに、本発明では、(a)初期充電回路を平滑用コンデ
ンサと二次電池との間に接続する。(b)電池電圧を用
いて初期充電を行う。また、(c)交流整流後の直流電
圧と二次電池電圧との電位差を解消するための昇降圧用
コンバータを設けた場合には、初期充電回路は該コンバ
ータと二次電池との間に接続する。そして、該両者間に
平滑用コンデンサが接続された場合は、初期充電回路を
該平滑用コンデンサと該二次電池との間に接続する。具
体的には、 (1)正弦波コンバータと二次電池を備え商用電源系と
連係可能な蓄電装置として、平滑用コンデンサを初期充
電する初期充電回路が、上記正弦波コンバータに対し直
流側に接続されかつ上記商用電源系の複数相または複数
の線間電圧に対し共用されるようにした構成とする。 (2)正弦波コンバータと二次電池を備え商用電源系と
連係可能な蓄電装置として、平滑用コンデンサを上記二
次電池の電力により初期充電可能な初期充電回路を備え
た構成とする。 (3)上記(2)において、上記初期充電回路は、上記
平滑用コンデンサと上記二次電池の間に接続される構成
とする。 (4)正弦波コンバータと二次電池を備え商用電源系と
連係可能な蓄電装置として、平滑用コンデンサを初期充
電する初期充電回路が、該平滑用コンデンサと上記二次
電池の間に接続されかつ上記商用電源系の複数相または
複数の線間電圧に対し共用されるようにした構成とす
る。 (5)正弦波コンバータと二次電池を備え商用電源系と
連係可能な蓄電装置として、直流電圧を昇降するための
昇降圧コンバータが上記正弦波コンバータと上記二次電
池の間に接続され、平滑用コンデンサを初期充電するた
めの初期充電回路が該昇降圧コンバータと該二次電池と
の間に接続されかつ上記商用電源系の複数相または複数
の線間電圧に対し共用されるようにした構成とする。 (6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、上記
初期充電回路は、スイッチ素子または一方向性の通電素
子と、抵抗とが直列接続された構成を有するようにす
る。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例につき、図
面を用いて説明する。図1は本発明の蓄電装置を用いる
蓄電システムの概念図である。図1において、1は商用
電源系、2は負荷、3はコンバータ、4はコンバータ3
の直流出力を平滑するための平滑用コンデンサ、5は該
平滑用コンデンサ4を初期充電するための電流経路を形
成する初期充電回路、10は蓄電手段としての二次電池
である。かかる構成において、軽負荷時には、商用電源
系1からの交流電力を、コンバータ3により直流電力に
変換し、さらに平滑用コンデンサ4で平滑して二次電池
10に供給し蓄える。平滑用コンデンサ4は突入電流を
防止するために予め、初期充電回路5を用い二次電池1
0の電流で初期充電しておく。また、重負荷時や商用電
源系1の停電時には、二次電池10側から直流電力を上
記コンバータ3で交流電力に変換し負荷2側に給電す
る。かかる構成の蓄電システムにより、商用電源系では
電圧変動を少なくして供給電力の平準化を達成でき、電
力被供給側でも契約電力の低減化や、商用電源系の停電
時への対応等が可能となる。
【0006】図2は本発明の第1の実施例を示す図であ
る。図2において、11は商用電源系としての3相交流
電源、12は連係接続をオン・オフする主スイッチ、1
3a、13b、13cは交流リアクトル、14はIGB
Tとダイオードを逆並列接続した正弦波コンバータ、1
5は平滑用コンデンサ、16は該平滑用コンデンサを初
期充電するための充電電流の経路を形成する初期充電回
路、17は抵抗、18は該初期充電回路16内で該抵抗
17に直列接続された充電用スイッチ、10は蓄電手段
としての二次電池、19は上記初期充電回路16に並列
接続され該初期充電回路16の接続をオン・オフする側
路スイッチである。本実施例構成では、上記主スイッチ
12、上記交流リアクトル13a、13b、13c、上
記正弦波コンバータ14、上記平滑用コンデンサ15、
上記初期充電回路16、上記二次電池10、及び上記側
路スイッチ19を含んで、蓄電装置が構成される。かか
る構成の蓄電装置において、初期充電用の充電用スイッ
チ18がオン状態にされると、コンデンサ充電用の電流
が二次電池10から抵抗17を介して流れ、平滑用コン
デンサ15を充電する。このため、該平滑用コンデンサ
15に対し突入電流は流れない。このとき側路スイッチ
19はオフ状態とされ、正弦波コンバータ14は未駆動
状態にある。平滑用コンデンサ15が初期充電される
と、側路スイッチ19はオン、充電用スイッチ18はオ
フされる。次いで、制御部(図示していない)からの高
周波PWM信号により、正弦波コンバータ14は交流リ
アクトル13a〜13cを介して商用電源系11と同期
した3相交流を発生する。その後、主スイッチ12がオ
ン状態とされ、蓄電装置は商用電源系11と連係状態と
なる。該連係状態においては、正弦波コンバータ14は
双方向コンバータとして働き、二次電池10の充電時は
商用電源系11の交流電力を直流に変換して該二次電池
10を充電し、該二次電池10の放電時は、該二次電池
10の直流電力を交流に変換し該交流電力を商用電源系
11側に回生する。また、連係状態においては、上記の
ように、側路スイッチ19はオン状態、充電用スイッチ
18はオフ状態とされ初期充電回路は充放電系から切り
離される。このため、充放電電流による抵抗17での電
力損失はなく、蓄電装置の消費電力低減につながる。
【0007】上記第1の実施例によれば、(1)商用電
源系の複数相または複数の線間に対し、部品点数の少な
い簡易構成の初期充電回路を共用した蓄電装置を提供で
きる。(2)蓄電装置のコスト低減化、小型化、信頼性
向上等も可能である。(3)蓄電装置の消費電力も低減
できる。
【0008】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。図3において、20は、U、V、N相の電路により
100V/200Vの電圧を供給する商用電源系として
の単相3線式交流電源、22a,22bは交流リアクト
ル、23はIGBTとダイオードを逆並列接続し単相ブ
リッジ回路とした構成の正弦波コンバータ、24a、2
4bは、直流電位を分割するよう互いに直列接続され、
中点は単相3線式交流電源20の中性線Nに接続されて
基準電位となるようにされた平滑用の主コンデンサ、2
5はIGBTとダイオードを逆並列接続した昇降圧チョ
ッパ(昇降圧コンバータ)、26は平滑用直流リアクト
ル、27は平滑用コンデンサである。その他、図2に示
した第1の実施例構成と同じ部分については、図2の場
合と同じ符号を付け、その説明を省く。本図3の第2の
実施例構成では、主スイッチ12、上記交流リアクトル
22a、22b、上記正弦波コンバータ23、上記平滑
用の主コンデンサ24a、24b、上記昇降圧チョッパ
25、上記平滑用直流リアクトル26、上記平滑用コン
デンサ27、初期充電回路16、二次電池10、上記側
路スイッチ19を含んで、蓄電装置が構成される。かか
る構成の蓄電装置において、初期充電用の充電用スイッ
チ18がオン状態にされると、コンデンサ充電用の電流
が二次電池10から抵抗17を介して流れ、平滑用コン
デンサ27を充電するとともに、平滑用直流リアクトル
26、昇降圧チョッパ25のユニットダイオードDpを
通して平滑用の主コンデンサ24a、24bを充電す
る。このため、該平滑用コンデンサ27及び平滑用の主
コンデンサ24a、24bに対し突入電流は流れない。
このとき側路スイッチ19はオフ状態とされ、正弦波コ
ンバータ23は未駆動状態にある。該平滑用コンデンサ
27及び平滑用の主コンデンサ24a、24bが初期充
電されると、側路スイッチ19はオン、充電用スイッチ
18はオフされる。この状態で制御部(図示されていな
い)からの信号により、昇降圧チョッパ25は電流制限
しながら、平滑用の主コンデンサ24a、24bの両端
P、N間の電圧を所定値まで徐々に上昇させ、かつ、正
弦波コンバータ23は交流リアクトル22a、22bを
介して商用電源系20と同期した単相交流を発生する。
その後、主スイッチ12がオン状態とされ、該蓄電装置
は商用電源系20と連係状態となる。該連係状態におい
ては、正弦波コンバータ23及び昇降圧チョッパ25は
双方向コンバータとして働く。すなわち、二次電池10
の充電時は、正弦波コンバータ23は商用電源系20の
交流電力を直流に変換し、昇降圧チョッパ25は該直流
を降圧して、該二次電池10が充電されるようにし、一
方、該二次電池10の放電時は、該二次電池10の直流
電力を、昇降圧チョッパ25が昇圧し、該昇圧した直流
電力を正弦波コンバータ23が交流に変換して、該変換
した交流電力が商用電源系20側に回生されるようにす
る。本第2の実施例構成においても、蓄電装置稼動時
は、上記のように、側路スイッチ19はオン状態、充電
用スイッチ18はオフ状態とされ初期充電回路は充放電
系から切り離される。このため、充放電電流による抵抗
17での電力損失はなく、蓄電装置の消費電力低減につ
ながる。
【0009】上記第2の実施例によれば、(1)部品点
数の少ない簡易構成の初期充電回路を共用し商用電源系
の複数相または複数個の線間電圧に対応できる。(2)
装置のコスト低減化、小型化、信頼性向上等も可能であ
る。(3)蓄電装置の消費電力も低減できる。(4)昇
降圧チョッパ25により、二次電池へ供給する充電電圧
と、該二次電池からの放電電圧とをそれぞれ可変状態で
管理できるため、高い自由度で商用電源系と連係でき
る。
【0010】なお、上記実施例では、3相交流電源の場
合と単相3線式交流電源の場合につき説明したが、本発
明はこれに限定されず、他の方式の電源系であってもよ
い。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、簡易構成の初期充電回
路によりコンデンサの突入電流を防止でき、信頼性の良
い蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の蓄電装置を用いる蓄電システムの概念
図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。
【符号の説明】
12…主スイッチ、 14、23…正弦波コンバータ、
4、15、27…平滑用コンデンサ、 24a、24
b…平滑用の主コンデンサ、 5、16…初期充電回
路、 17…抵抗、 18…充電用スイッチ、 19…
側路スイッチ、10…二次電池、 13a、13b、1
3c、22a、22b…交流リアクトル、 25…昇降
圧チョッパ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮嶋 教至 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 Fターム(参考) 5H007 AA04 CA01 CB05 CC09 CC12 DA06 GA03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正弦波コンバータと二次電池を備え商用電
    源系と連係可能な蓄電装置であって、 平滑用の主コンデンサを初期充電する初期充電回路が、
    上記正弦波コンバータに対し直流側に接続されかつ上記
    商用電源系の複数相または複数の線間電圧に対し共用さ
    れるようにした構成を特徴とする蓄電装置。
  2. 【請求項2】正弦波コンバータと二次電池を備え商用電
    源系と連係可能な蓄電装置であって、 平滑用コンデンサを上記二次電池の電力により初期充電
    可能な初期充電回路を備えた構成を特徴とする蓄電装
    置。
  3. 【請求項3】上記初期充電回路は、上記平滑用コンデン
    サと上記二次電池の間に接続される請求項2に記載の蓄
    電装置。
  4. 【請求項4】正弦波コンバータと二次電池を備え商用電
    源系と連係可能な蓄電装置であって、 平滑用コンデンサを初期充電する初期充電回路が、該平
    滑用コンデンサと上記二次電池の間に接続されかつ上記
    商用電源系の複数相または複数の線間電圧に対し共用さ
    れるようにした構成を特徴とする蓄電装置。
  5. 【請求項5】正弦波コンバータと二次電池を備え商用電
    源系と連係可能な蓄電装置であって、 直流電圧を昇降するための昇降圧コンバータが上記正弦
    波コンバータと上記二次電池の間に接続され、平滑用コ
    ンデンサを初期充電するための初期充電回路が該昇降圧
    コンバータと該二次電池との間に接続されかつ上記商用
    電源系の複数相または複数の線間電圧に対し共用される
    ようにした構成を特徴とする蓄電装置。
  6. 【請求項6】上記初期充電回路は、スイッチ素子または
    一方向性の通電素子と、抵抗とが直列接続された構成を
    有する請求項1から5のいずれかに記載の蓄電装置。
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