JP2013121207A - Auxiliary power unit and power supply method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源による通電を補う補助電源装置および負荷に電力を供給する方法に関する。 The present invention relates to an auxiliary power supply device that supplements energization by a power source and a method for supplying power to a load.
コンデンサー（キャパシタ）や蓄電池といった蓄電デバイスを用いて一時的に大きな電流を負荷に流す技術がある（特許文献１、２）。負荷に流す電流が小さいときには、主電源から負荷へ電力を供給するとともに蓄電デバイスを充電しておき、大きな電流を流すときには、蓄電デバイスを放電させて主電源および蓄電デバイスから負荷へ電力を供給する。このピーク補償と呼ばれる手法によれば、主電源の定格電流を超える大きな電流（突入電流）が一時的に流れるモーター、ソレノイド、ランプといった各種の負荷を主電源から供給される電力のピーク値を大きくすることなく駆動することができ、主電源の小型軽量化を図ることができる。
There is a technique of temporarily flowing a large current to a load using an electricity storage device such as a capacitor (capacitor) or a storage battery (
蓄電デバイスから負荷への通電に際して昇圧が行なわれる。蓄電デバイスの充電可能な電圧（耐電圧）が負荷に加えるべき電圧よりも低い場合、複数の蓄電デバイスを直列接続して放電電圧を高めることは可能である。しかし、直列に接続すると蓄電の容量が減少するので、全体として容量を減少させないためには、直列接続した蓄電デバイスの列を複数個並列に接続する必要がある。つまり、直列数の倍以上の蓄電デバイスが必要となり、そのために電源装置の製造コストが上昇してしまう。そこで、蓄電デバイスの放電電圧を主電源の電圧と同等の電圧に高める昇圧回路が用いられる。 Boosting is performed when power is supplied from the power storage device to the load. When the chargeable voltage (withstand voltage) of the electricity storage device is lower than the voltage to be applied to the load, it is possible to increase the discharge voltage by connecting a plurality of electricity storage devices in series. However, since the capacity of power storage decreases when connected in series, it is necessary to connect a plurality of columns of power storage devices connected in series in parallel in order not to decrease the capacity as a whole. That is, power storage devices more than twice the number in series are required, which increases the manufacturing cost of the power supply device. Therefore, a booster circuit that increases the discharge voltage of the electricity storage device to a voltage equivalent to the voltage of the main power supply is used.
蓄電デバイスの放電電力を昇圧する電力供給に関して、第１蓄電素子と第２蓄電素子とを有する非常用電源装置が特許文献３において開示されている。この非常用電源装置において、第１蓄電素子および第２蓄電素子は、主電源の電圧が既定値以下になったときに、電力を負荷に供給する。第１蓄電素子からの電力は昇圧コンバーターを介して負荷に供給される。これに対して、第２蓄電素子は負荷の駆動が可能な電圧を出力することができるので、第２蓄電素子からの電力は応答遅れの生じる昇圧コンバーターを介さずに負荷に供給される。 Regarding power supply for boosting the discharge power of an electricity storage device, Patent Document 3 discloses an emergency power supply device having a first electricity storage element and a second electricity storage element. In this emergency power supply device, the first power storage element and the second power storage element supply power to the load when the voltage of the main power source becomes a predetermined value or less. The electric power from the first power storage element is supplied to the load via the boost converter. In contrast, since the second power storage element can output a voltage capable of driving the load, the power from the second power storage element is supplied to the load without passing through the boost converter in which a response delay occurs.
昇圧回路を用いる場合、蓄電デバイスから負荷への電力供給に遅れが生じる。この遅れの長さは、昇圧回路における蓄電デバイスからの電力の入力から昇圧された電力の出力が始まるまでの立上り時間に依存する。遅れが生じても負荷の動作に支障がないようにする方法として、主電源の出力可能な電流の上限値（例えば定格電流値）よりも負荷電流が十分に小さい段階で蓄電デバイスを充電から放電に切替えるようにする方法がある。しかし、この方法には、充放電の切替え回数が増えて蓄電デバイスの劣化が進み易く、蓄電デバイスの交換頻度が高くなってメンテナンスコスト（維持費）が上昇するという問題がある。 When the booster circuit is used, a delay occurs in power supply from the power storage device to the load. The length of this delay depends on the rise time from the input of power from the power storage device in the booster circuit until the output of the boosted power starts. As a method of preventing the load from operating even if a delay occurs, the storage device is discharged from charging when the load current is sufficiently smaller than the upper limit of the current that can be output from the main power supply (for example, the rated current value). There is a method to switch to. However, this method has a problem in that the number of charge / discharge switchings increases and deterioration of the power storage device is likely to proceed, and the replacement frequency of the power storage device increases and maintenance costs (maintenance costs) increase.
なお、上述した特許文献３の開示のように、昇圧回路が立ち上がるまで昇圧せずに所定電圧の電力を供給する蓄電デバイスを設けると、相応の数の蓄電デバイスを直列接続しなければならず、使用する蓄電デバイスの個数が多くなって部品コストが上昇してしまう。 In addition, as disclosed in Patent Document 3 described above, when a power storage device that supplies power of a predetermined voltage without boosting until the booster circuit starts up, a corresponding number of power storage devices must be connected in series, As the number of power storage devices used increases, the cost of parts increases.
本発明は、このような事情に鑑み、蓄電デバイスの放電電力を昇圧して負荷に供給する装置における蓄電デバイスのメンテナンスコストを低減することを目的としている。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to reduce the maintenance cost of an electricity storage device in an apparatus that boosts the discharge power of the electricity storage device and supplies it to a load.
上記目的を達成する装置は、電源から負荷への通電の電流不足を補う補助電源装置であって、第１の蓄電デバイスと、第２の蓄電デバイスと、前記電源によって前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、前記第１の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と前記第１の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第１のスイッチと、前記第２の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第２の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第２のスイッチと、前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出される電流値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備える。 An apparatus that achieves the above object is an auxiliary power supply device that compensates for a current shortage in energization from a power supply to a load. The first power storage device, the second power storage device, and the first power storage device and the power source A charging circuit that charges the second power storage device; a booster circuit that boosts the discharge power of the first power storage device and the discharge power of the second power storage device and supplies the boosted power to the load; and the first power storage A first switch for switching between a charging state in which a device is rechargeably connected to the charging circuit and a discharging state in which the first power storage device is removably connected to the booster circuit; and the second power storage A second switch for switching between a charging state in which the device is connected to the charging circuit in a chargeable manner and a discharging state in which the second power storage device is connected to the boosting circuit in a dischargeable manner; A current detector that detects a current flowing to the load; and when the current value detected by the current detector increases to a second threshold that is smaller than the first threshold, the first power storage device and When only one power storage device of the second power storage devices is in a discharged state, and then the current value detected by the current detection unit increases until the first threshold value is reached, the other power storage device is A control unit that controls the first switch and the second switch so as to be in a discharged state.
本発明によれば、昇圧の遅れがあるにもかかわらず負荷に必要な電力を遅滞なく供給することができ、なおかつ充放電の切替えによる蓄電デバイスの劣化を最小限に抑えて蓄電デバイスのメンテナンスコストを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to supply electric power necessary for a load without delay even though there is a delay in boosting, and to minimize deterioration of the electricity storage device due to switching between charge and discharge, thereby maintaining the maintenance cost of the electricity storage device. Can be reduced.
電動の負荷を有する各種の機器において蓄電デバイスによるピーク補償を行うことができる。例えば、用紙に画像を印刷する画像形成装置はそのような機器の一つである。プリンターやＭＦＰ（Multi-functional Peripheral）といった画像形成装置は、モーター、ソレノイド、ヒーターなどの瞬間的に大きな電流が流れる負荷を有している。これら負荷の駆動において電源による電力供給（通電）の電流不足を補うピーク補償を行うことにより、定格電流値の小さい安価な回路部品によって電源を構成することができる。
〔第１実施形態〕
図１において、補助電源装置１が接続される電源１０は、例えば１０〜３０ボルト程度の比較的に低い電圧の電力を供給するＬＶ（Low Voltage）電源ラインである。電源１０は、商用交流を変圧して定電圧化する図示しない電源ユニットに接続されており、電源ユニットの仕様で決まる所定値以下の大きさの電流を負荷３０に流すことができる。なお、補助電源装置１を備える機器に対して直流給電が行なわれる場合、電源１０は直流給電用の電源ユニットから電力供給を受ける。
Peak compensation by an electricity storage device can be performed in various devices having an electric load. For example, an image forming apparatus that prints an image on a sheet is one of such devices. Image forming apparatuses such as printers and MFPs (Multi-functional Peripherals) have loads such as motors, solenoids, and heaters through which a large current flows instantaneously. By performing peak compensation to compensate for the current shortage of power supply (energization) by the power supply in driving these loads, the power supply can be configured with inexpensive circuit components having a small rated current value.
[First Embodiment]
In FIG. 1, a
補助電源装置１は、第１蓄電デバイスＣ１、第２蓄電デバイスＣ２、充電回路１２、昇圧回路１４、二つの切替えスイッチ１５，１６、電流検出部１７、および制御部２１を有している。この補助電源装置１によって、電源１０から負荷３０への電力供給の電流不足が補われる。
The auxiliary
第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は、電源１０による電力供給の電流不足が生じたときに負荷３０に供給すべき不足分の電力を蓄えておくために設けられている。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は、電源１０から充電回路１２を介して流れ込む電流によって充電される。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２をそれぞれ構成する蓄電部品の個数を少なくするため、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充電可能な電圧は、電源１０の出力電圧よりも低い電圧に選定されている。このため、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の片方または両方から負荷３０への電力供給に際して、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のそれぞれの放電電力が昇圧回路１４によって電源１０の出力電圧と同程度の電圧に昇圧される。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２を構成する蓄電部品は、電気二重層キャパシタまたは他のキャパシタであってもよいし、リチウムイオン電池または他の二次電池であってもよい。
The first power storage device C <b> 1 and the second power storage device C <b> 2 are provided for storing a shortage of power to be supplied to the
昇圧回路１４として、インダクタへの通電を高速に断続させる回路、またはスイッチトキャパシタ回路の一種であるチャージポンプといった各種のＤＣ／ＤＣコンバーターを用いることができる。昇圧回路１４は、昇圧すべき電力が入力されてから目標電圧に昇圧した電力を出力するまでに所定の立上り時間を要する。
As the step-
切替えスイッチ１５は、第１蓄電デバイスＣ１が充電回路１２に充電可能に接続される充電状態と、第１蓄電デバイスＣ１が昇圧回路１４に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための手段である。また、切替えスイッチ１６は、第２蓄電デバイスＣ２が充電回路１２に充電可能に接続される充電状態と、第２蓄電デバイスＣ２が昇圧回路１４に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための手段である。これら切替えスイッチ１５，１６の状態は制御部２１によって制御される。両方の切替えスイッチ１５，１６が放電を選択するように制御されると、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は負荷３０に対して並列に接続されることになる。このような切替えスイッチ１５，１６としては、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（Field Effect Transistor）といった半導体スイッチが応答性に優れているので好ましい。ただし、リレーのようなメカニカルスイッチでもよい。図示では充電と放電との二者択一のスイッチとして模式化されているが、充電状態でもなく放電状態でもない第３の中間状態の選択が可能なスイッチとしてもよい。
The
電流検出部１７は、補助電源装置１から負荷３０へ流れる負荷電流Ｉｘの電流値を検出する。負荷電流Ｉｘは、電源１０からの電流と昇圧回路１４からの電流とを合わせた電流である。電流検出部１７によって検出された電流値に基づいて、制御部２１によって切替えスイッチ１５，１６の切替え制御が行なわれる。電流検出部１７は、電流値を定量的に示す手段であればよく、例えばシャント抵抗器やホール素子センサーといった電流測定用デバイスを用いて構成される。
The
制御部２１は、制御プログラムを実行するＣＰＵ（central processing unit）を備えており、制御プログラムに従って切替えスイッチ１５，１６を制御する。基本的な制御として、制御部２１は負荷電流Ｉｘが増大して電流不足を補う必要が生じたときに第１蓄電デバイスＣ１を放電状態とし、負荷電流Ｉｘが減少して電流不足を補う必要がなくなったときに第１蓄電デバイスＣ１を充電状態とする。そして、特徴的な制御として、制御部２１は、第１蓄電デバイスＣ１を放電状態とするのに先立って、電流不足が生じる前に昇圧回路１４の立上りが完了するように予め定められたタイミングで第２蓄電デバイスＣ２を放電状態とする。
The
以下、補助電源装置１の動作をさらに詳しく説明する。
Hereinafter, the operation of the auxiliary
図２は負荷電流Ｉｘの変化の一例を示している。例示の負荷電流Ｉｘは周期的に大きくなる。このような負荷電流Ｉｘを負荷３０へ流す場合、補助電源装置１は断続的にピーク補償を行う。補助電源装置１では、ピーク補償に関わる二つの閾値、すなわち第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２が設定されている。
FIG. 2 shows an example of a change in the load current Ix. The exemplary load current Ix increases periodically. When such a load current Ix flows to the
第１閾値Ｉｔｈ１は、第１蓄電デバイスＣ１を放電させるタイミングに関わる。第１閾値Ｉｔｈ１は、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の容量と昇圧回路１４の仕様（入力電圧範囲、効率など）から算出される放電電力量などに基づいて設定される。第１閾値Ｉｔｈ１は、例えば第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２によってピーク補償が行なわれるときの電源１０から負荷３０へ流れる電流の値と等しい値に設定される。電源１０の定格電流値を第１閾値Ｉｔｈ１とすることもできる。
The first threshold value Ith1 relates to the timing for discharging the first power storage device C1. The first threshold value Ith1 is set based on the amount of discharge power calculated from the capacities of the first power storage device C1 and the second power storage device C2 and the specifications (input voltage range, efficiency, etc.) of the
第２閾値Ｉｔｈ２は、第２蓄電デバイスＣ２を放電させるタイミングに関わり、第１閾値Ｉｔｈ１よりも小さい値である。第２閾値Ｉｔｈ２は、負荷電流Ｉｘが増大する場合において、負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１になる時点以前に昇圧回路１４が立ち上がるように、負荷３０の電力消費特性と昇圧回路１４の立上り時間とを考慮して設定される。すなわち、第２閾値Ｉｔｈ２は、充放電の切替えに要する時間と昇圧回路１４の立上り時間と合わせた遅延期間（Ｔｄ）における負荷電流Ｉｘの変化分を第１閾値Ｉｔｈ１から差し引いた値であり、一例として以下の式で近似的に表すことができる。
The second threshold value Ith2 is related to the timing of discharging the second power storage device C2, and is a value smaller than the first threshold value Ith1. When the load current Ix increases, the second threshold value Ith2 is such that the power consumption characteristics of the
Ｉｔｈ２≦Ｉｔｈ１−（ΔＩ×Ｔｄ）
ただし、ΔＩは負荷電流Ｉｘが増大し始めたときの単位時間当りの増加量であり、負荷３０の仕様によって決まる。負荷３０が複数の駆動対象の組合せである場合、同時に駆動される駆動対象の数が最も多いときの単位時間当りの増加量がΔＩとされる。
Ith2 ≦ Ith1- (ΔI × Td)
However, ΔI is an increase amount per unit time when the load current Ix starts to increase, and is determined by the specification of the
図３は第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充放電の切替えのタイミングを示している。負荷電流Ｉｘが増大し始める時点ｔ０において、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は充電状態である。負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２になるまで増大した時点ｔ１において切替えスイッチ１６に対する切替え制御が行なわれ、時点ｔ１から切替え遅れ時間Ｔｄ１が経過した時点で第２蓄電デバイスＣ２が充電状態から放電状態に切り替わる。第２蓄電デバイスＣ２からの放電電力の入力に呼応して、それまでＯＦＦ状態であった昇圧回路１４において昇圧動作が始まり、立上り時間Ｔｄ２が経過した時点で昇圧回路１４は昇圧した電力を出力するＯＮ状態になる。この昇圧回路１４の立上りが完了したことにより、ピーク補償の準備が整ったことになる。その後、負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１になるまで増大した時点ｔ２において切替えスイッチ１５に対する切替え制御が行なわれ、時点ｔ２から切替え遅れ時間Ｔｄ１が経過した時点で第１蓄電デバイスＣ１が充電状態から放電状態に切り替わる。すなわち、第１蓄電デバイスＣ１によるピーク補償が始まる。本例では第２蓄電デバイスＣ２が放電状態とされたままであるので、第２蓄電デバイスＣ２の放電電力もピーク補償に用いられる。
FIG. 3 shows the charge / discharge switching timing of the first power storage device C1 and the second power storage device C2. At time t0 when the load current Ix starts to increase, the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are in a charged state. At time t1 when the load current Ix increases to the second threshold value Ith2, switching control is performed on the
ピーク補償は負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きい期間にわたって行なわれる。負荷電流Ｉｘの値がピーク値まで増大した後に第１閾値Ｉｔｈ１になるまで減少すれば、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２を放電させる必要がなくなる。したがって、負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１になるまで減少した時点ｔ３から所定の待ち時間が経過した時点ｔ４で、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２が放電状態から充電状態に切り替えられる。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は次回のピーク補償に備えて蓄電する。 The peak compensation is performed over a period when the value of the load current Ix is larger than the first threshold value Ith1. If the value of the load current Ix increases to the peak value and then decreases to the first threshold value Ith1, it is not necessary to discharge the first power storage device C1 and the second power storage device C2. Accordingly, the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are switched from the discharge state to the charge state at a time t4 when a predetermined waiting time has elapsed from the time t3 when the value of the load current Ix decreases until reaching the first threshold value Ith1. It is done. The first power storage device C1 and the second power storage device C2 store power for the next peak compensation.
ここで、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の容量の合計は、時点ｔ２から時点ｔ３まで負荷３０に対して電源１０による電力供給の電流の不足分を流すことができる値であればよい。かつ、第２蓄電デバイスＣ２の容量は、第２蓄電デバイスＣ２が放電状態に切り替わってから第１蓄電デバイスＣ１が放電状態に切り替わるまでに空にならない値であればよい。
Here, the sum of the capacities of the first power storage device C1 and the second power storage device C2 is a value that allows a shortage of the current supplied by the
第２閾値Ｉｔｈ２については、負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２から第１閾値Ｉｔｈ１まで増大するのに要する時間Ｔｘが、切替え遅れ時間Ｔｄ１と立上り時間Ｔｄ２とを合わせた遅延期間Ｔｄよりも長くなるように設定すればよい。 As for the second threshold value Ith2, the time Tx required for the load current Ix to increase from the second threshold value Ith2 to the first threshold value Ith1 is longer than the delay period Td that combines the switching delay time Td1 and the rise time Td2. What is necessary is just to set.
第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充電状態への切替えについては、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を用いてタイミングを定めてもよいし、他の閾値やタイマーを用いてタイミングを定めてもよい。また、第２蓄電デバイスＣ２については、第１蓄電デバイスＣ１が放電状態に切り替わった時点ｔ２１または時点ｔ２１から時点ｔ３までの間の任意の時点ｔ２２で放電状態から充電状態へ切り替えるようにしてもよい。 For switching to the charged state of the first power storage device C1 and the second power storage device C2, the timing may be determined using the first threshold value Ith1 and the second threshold value Ith2, or the timing may be determined using another threshold value or a timer. It may be determined. The second power storage device C2 may be switched from the discharged state to the charged state at the time t21 when the first power storage device C1 is switched to the discharged state or at any time t22 between the time t21 and the time t3. .
図４は補助電源装置１の動作を示すフローチャートである。電流検出部１７が負荷電流Ｉｘの値を検出する（Ｓ１０１）。検出された負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２以上であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、制御部２１が第２蓄電デバイスＣ２を充電状態から放電状態に切り替える（Ｓ１０３）。改めて電流検出部１７は負荷電流Ｉｘの値を検出し（Ｓ１０４）、その値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であれば（Ｓ１０５でＹＥＳ）、制御部２１は第１蓄電デバイスＣ１を充電状態から放電状態に切り替える（Ｓ１０６）。その後、負荷電流Ｉｘの値が所定値まで減少するか予め定められた切替え時期が到来すれば（Ｓ１０７でＹＥＳ）、制御部２１は第２蓄電デバイスＣ２および第１蓄電デバイスＣ１を放電状態から充電状態に切り替える（Ｓ１０８）。
〔第２実施形態〕
図５に示される補助電源装置２の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置２の特徴は、切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２２が閾値設定テーブル２２１に従って第２閾値Ｉｔｈ２の設定を適宜変更することである。閾値設定テーブル２２１は負荷電流Ｉｘの増大の度合いと設定すべき第２閾値Ｉｔｈ２とを対応付ける制御データであり、制御部２２内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the auxiliary
[Second Embodiment]
The basic configuration of the
負荷３０が独立にオンオフされる複数の駆動対象で構成されていたり、動作環境によって負荷３０の電力消費特性が変わったりする場合、第２閾値Ｉｔｈ２を可変にすることで第２蓄電デバイスＣ２の充放電の切替え回数を最小限に抑えることができる。つまり、負荷電流Ｉｘの増大が緩やかな場合には、増大が始まって第１閾値Ｉｔｈ１になるまでの時間が比較的に長い。したがって、増大が急峻な場合と比べて第２閾値Ｉｔｈ２を大きくして昇圧回路１４の立上げ開始を遅くしても昇圧回路１４の立上りがピーク補償に間に合う。第２閾値Ｉｔｈ２を大きくすれば、結果的に負荷電流Ｉｘが第１閾値Ｉｔｈ１まで増大しないにもかかわらず第２蓄電デバイスＣ２を放電させてしまうという無駄な切替えを少なくすることができる。
When the
図６は負荷電流Ｉｘの増加量と第２閾値Ｉｔｈ２との関係を示している。図６（Ａ）に示される第２閾値Ｉｔｈ２0は、負荷電流Ｉｘの単位時間Δｔ当りの増加量ΔＩ0に対応する第２閾値Ｉｔｈ２である。図６（Ｂ）における負荷電流Ｉｘの単位時間Δｔ当りの増加量ΔＩ1は、図６（Ａ）の増加量ΔＩ0よりも大きい。すなわち、図６（Ｂ）における負荷電流Ｉｘの増大は比較的に急峻である。この場合に設定される第２閾値Ｉｔｈ２Lは、図６（Ａ）の場合の第２閾値Ｉｔｈ２0よりも小さい。一方、図６（Ｃ）における負荷電流Ｉｘの単位時間Δｔ当りの増加量ΔＩ2は、図６（Ａ）の増加量ΔＩ0よりも小さい。すなわち、図６（Ｃ）における負荷電流Ｉｘの増大は比較的に緩やかである。この場合に設定される第２閾値Ｉｔｈ２Hは、図６（Ａ）の場合の第２閾値Ｉｔｈ２0よりも大きい。 FIG. 6 shows the relationship between the increase amount of the load current Ix and the second threshold value Ith2. FIG 6 (A) second threshold Ith2 0 shown in is the second threshold Ith2 corresponding to the increase amount [Delta] I 0 per unit time Δt of the load current Ix. The increase amount ΔI 1 per unit time Δt of the load current Ix in FIG. 6B is larger than the increase amount ΔI 0 in FIG. That is, the increase in the load current Ix in FIG. 6B is relatively steep. The second threshold value Ith2 L set in this case is smaller than the second threshold value Ith2 0 in the case of FIG. On the other hand, the increase amount ΔI 2 per unit time Δt of the load current Ix in FIG. 6C is smaller than the increase amount ΔI 0 in FIG. That is, the increase in the load current Ix in FIG. 6C is relatively gradual. The second threshold value Ith2 H set in this case is larger than the second threshold value Ith2 0 in the case of FIG.
図７は補助電源装置２の動作を示すフローチャートである。電流検出部１７が負荷電流Ｉｘの値を検出し（Ｓ２０１）、その値を制御部２２が記憶する（Ｓ２０２）。前回の検出から微小時間が経過した時点で再び電流検出部１７が負荷電流Ｉｘの値を検出し（Ｓ２０３）、制御部２２が前回の検出値と今回の検出値との差分である増加量ΔＩを求める（Ｓ２０４）。そして、制御部２２は閾値設定テーブル２２１を参照して増加量ΔＩに対応付けられている値を第２閾値Ｉｔｈ２として設定する（Ｓ２０５）。以降のステップＳ２０６〜Ｓ２１２の処理の流れは、図４のステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
〔第３実施形態〕
図８に示される補助電源装置３の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置３の特徴は、切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２３が負荷３０の起動状態に応じて第２閾値Ｉｔｈ２の設定を変更することである。制御部２３には、負荷３０を構成する複数の駆動対象がそれぞれ起動されたことを示す多値または２値の起動信号Ｓ３０が入力される。信号数には制限なく、少なくともモーターのようにピーク電流値の大きい駆動対象の信号が入力されればよい。制御部２３は、起動された駆動対象と設定すべき第２閾値Ｉｔｈ２とを対応付ける閾値設定テーブル２３１に従って第２閾値Ｉｔｈ２を設定する。閾値設定テーブル２３１は制御部２３内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the auxiliary
[Third Embodiment]
The basic configuration of the auxiliary power supply 3 shown in FIG. 8 is the same as the configuration of the
負荷３０に流す負荷電流Ｉｘのピーク値はどの駆動対象が起動されたかによって変わる。言い換えれば、起動された駆動対象が分かれば、各駆動対象の仕様に基づいてピーク値を予測することができる。一般にピーク値が大きいほど負荷電流Ｉｘが急激に増大する。したがって、予測されるピーク値（すなわち負荷電流Ｉｘの増大の度合いの予測値）に応じて第２閾値Ｉｔｈ２を可変にすることにより、上述の第２実施形態と同様に第２蓄電デバイスＣ２の充放電の切替え回数を最小限に抑えることができる。つまり、予測されるピーク値が比較的に大きい場合には第２閾値Ｉｔｈ２を小さくし、逆に予測されるピーク値が比較的に小さい場合には第２閾値Ｉｔｈ２を大きくすればよい。ただし、いずれの場合も第２閾値Ｉｔｈ２は第１閾値Ｉｔｈ１よりも小さい値でなければならない。
The peak value of the load current Ix flowing through the
図９は補助電源装置３の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２３は起動信号Ｓ３０に基づいて負荷３０の起動状態を検出する（Ｓ３０１）。次に、制御部２３は閾値設定テーブル２３１を参照して負荷３０の起動状態に対応付けられている値を第２閾値Ｉｔｈ２として設定する（Ｓ３０２）。以降のステップＳ３０３〜Ｓ３１０の処理の流れは、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
〔第４実施形態〕
図１０に示される補助電源装置４の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置３の特徴は、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の蓄電量を検出する蓄電量検出部１９を備えていることである。例示の蓄電量検出部１９は、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のそれぞれの端子間電圧を蓄電量として検出する。検出値を示す検出信号Ｓ１９は、切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２４に入力される。制御部２４は、検出された蓄電量に応じて第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２の設定を変更する。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the auxiliary power supply 3. First, the
[Fourth Embodiment]
The basic configuration of the auxiliary power supply 4 shown in FIG. 10 is the same as the configuration of the
負荷電流Ｉｘが頻繁に大きく増減する場合のように、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２が満充電になっていなくてもピーク補償を行なわなくてはならない場合がある。このような場合において、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を大きくすることにより、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２がより満充電に近づいた時点で放電の開始させることができる。放電量（すなわち放電開始時の蓄電量）が多いほどピーク補償をより確実に成し得ることができる。制御部２４は、前回の放電の直前の蓄電量よりも現在の蓄電量の方が少ないならば、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を大きくする。逆に、現在の蓄電量の方が多いならば、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を小さくする。閾値の変更に際して、以前の蓄電量と現在の蓄電量との差分に応じた閾値変更幅を示すテーブルを用いることができる。閾値変更幅を第１閾値Ｉｔｈ１と第２閾値Ｉｔｈ２とについて個別に定めてもよいし、共通にしてもよい。
As in the case where the load current Ix frequently increases or decreases frequently, peak compensation may have to be performed even if the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are not fully charged. In such a case, by increasing the first threshold value Ith1 and the second threshold value Ith2, discharge can be started when the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are closer to full charge. Peak compensation can be performed more reliably as the discharge amount (that is, the charged amount at the start of discharge) is larger. The
図１１は補助電源装置４の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２４は検出信号Ｓ１９に基づいて第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充電状態を検出する（Ｓ４０１）。次に、制御部２４は、記憶している前回の放電時の蓄電量と現在の蓄電量との差分に応じて、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２を設定する（Ｓ４０２）。以降のステップＳ４０３〜Ｓ４１０の処理の流れは、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
〔第５実施形態〕
図１２に示される補助電源装置５の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置５の特徴は、制御部２５が切替えスイッチ１５，１６の制御において、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２と第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２との関係を入れ替えることである。制御部２５は、充放電の切替え回数をカウントする切替え回数カウンタ２５１を有しており、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の間で充放電の切替え回数の累積が均等化されるように、切替えスイッチ１５，１６を制御する。本例において、切替え回数カウンタ２５１は第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のうち、ピーク補償を行う場合に先に放電させる蓄電デバイス（これを蓄電デバイスＣＦという）の充電から放電への切替えの回数をカウントする。
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the auxiliary power supply 4. First, the
[Fifth Embodiment]
The basic configuration of the
上述の第１から第４までの実施形態では第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２と第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２との関係が固定であった。すなわち、負荷電流Ｉｘの値が二つの閾値のうちの小さい方の第２閾値Ｉｔｈ２になったときに、第２蓄電デバイスＣ２を放電させる制御が行なわれる。負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２まで増大しても第１閾値Ｉｔｈ１までは増大しない場合があるので、第２蓄電デバイスＣ２の充放電回数の累積が第１蓄電デバイスＣ１の充放電回数の累積と比べて多くなる。このことは、第２蓄電デバイスＣ２の方が第１蓄電デバイスＣ１よりも劣化が進み易く、第２蓄電デバイスＣ２の交換時期の早まることを意味する。そこで、第５実施形態では、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２における充放電の切替え回数の偏りが低減される。これにより、部品交換によるメンテナンスコストが低減される。 In the first to fourth embodiments described above, the relationship between the first threshold value Ith1 and the second threshold value Ith2 and the first power storage device C1 and the second power storage device C2 is fixed. That is, when the value of the load current Ix becomes the second threshold value Ith2 which is the smaller of the two threshold values, control for discharging the second power storage device C2 is performed. Even if the value of the load current Ix increases to the second threshold value Ith2, it may not increase to the first threshold value Ith1, so the cumulative number of times of charging / discharging of the second power storage device C2 is the number of times of charging / discharging of the first power storage device C1. More than cumulative. This means that the second power storage device C2 is more easily deteriorated than the first power storage device C1, and the replacement time of the second power storage device C2 is advanced. Therefore, in the fifth embodiment, the bias in the number of charge / discharge switchings in the first power storage device C1 and the second power storage device C2 is reduced. Thereby, the maintenance cost by component replacement is reduced.
図１３は補助電源装置５の動作を示すフローチャートである。制御部２５は切替え回数カウンタ２５１のカウント値を取得し（Ｓ５０１）、続いて、先に放電させる蓄電デバイスＣＦを決める処理を実行する（Ｓ５０２）。以降のステップＳ５０３〜Ｓ５１０の処理の流れは、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the auxiliary
図１４は図１３中のステップＳ５０２の先に放電させる蓄電デバイスを決める処理のフローチャートである。制御部２５は、切替え回数カウンタ２５１のカウント値が所定値以上かどうかをチェックする（Ｓ５２１）。カウント値が所定値未満であれば（Ｓ５２１でＮＯ）、処理の流れはそのまま図１３の流れにリターンする。カウント値が所定値以上である場合（Ｓ５２１でＹＥＳ）、制御部２５は先に放電させる蓄電デバイスＣＦを変更する（Ｓ５２２）。すなわち、変更前の蓄電デバイスＣＦが第２蓄電デバイスＣ２であったならばそれを第１蓄電デバイスＣ１に変更し、逆に変更前の蓄電デバイスＣＦが第１蓄電デバイスＣ１であったならばそれを第２蓄電デバイスＣ２に変更する。これにより、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の間の切替え回数の累積の差をほぼ当該設定値以内に抑え、切替え回数の累積が均等化することができる。蓄電デバイスＣＦを変更すると、制御部２５は切替え回数カウンタ２５１のカウント値をリセットする（Ｓ５２３）。
FIG. 14 is a flowchart of processing for determining an electricity storage device to be discharged before step S502 in FIG. The
なお、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のそれぞれについて充放電の切替え回数をカウントし、両者のカウント値がほぼ等しくなるように、より厳密に蓄電デバイスＣＦの入替えを行なってもよい。
〔第６実施形態〕
図１５に示される補助電源装置６の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置６の特徴は、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態と同様に閾値の設定を変更する機能と、第５実施形態と同様に先に放電させる蓄電デバイスＣＦを入れ替える機能とを有することである。補助電源装置６は第４実施形態の補助電源装置４と同様に蓄電量検出部１９を備えている。切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２６は、第２実施形態と同様の閾値設定テーブル２２１、第３実施形態と同様の閾値設定テーブル２３１、および第５実施形態と同様の切替え回数カウンタ２５１を有している。
In addition, the number of charge / discharge switchings may be counted for each of the first power storage device C1 and the second power storage device C2, and the power storage device CF may be replaced more strictly so that the count values of both are substantially equal.
[Sixth Embodiment]
The basic configuration of the auxiliary
補助電源装置６では、負荷電流Ｉｘの増加量に応じた第２閾値Ｉｔｈ２の設定、負荷３０に関わる起動信号Ｓ３０に応じた第２閾値Ｉｔｈ２の設定、および蓄電量の検出信号Ｓ１９に応じた第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２の設定について、優先順位が定められている。これらの設定の間で矛盾が生じるときには、優先順位の上位の設定が適用される。優先順位については、蓄電量に応じた設定が他の設定より上位であってもよいし、そうでなくてもよい。優先順位は、蓄電の容量、充電回路１２の能力、電源１０の定格電流、負荷３０の電力消費特性などの動作条件を考慮して定められる。
In the
上述の第１から第４までの実施形態においては、ピーク補償に必要な電力が、負荷３０に対して並列に接続される二つの蓄電デバイス（Ｃ１，Ｃ２）によって蓄えられる。そして、両方の蓄電デバイスを放電させる以前に、一方の蓄電デバイス（Ｃ２）を放電させて昇圧回路１４に電力を入力する。これにより、昇圧回路１４の応答遅れがあっても遅れのないピーク補償を実現することができる。ここで、仮に単一の蓄電デバイスによってピーク補償を行う場合であっても、例えば負荷電流Ｉｘが増大し始めて直ぐに充電から放電に切替えれば、遅れのないピーク補償を実現することができる。しかし、そうすると、負荷電流Ｉｘが小さい増減幅で頻繁に変動する場合、必要容量分の蓄電部品の全体が頻繁に充放電を繰り返すことになる。これに対して、上述の第１から第４までの実施形態においては、頻繁に充放電を繰り返すのは必要容量分の蓄電部品の一部である。したがって、充放電の反復による劣化のために部品交換が必要になったとしても、蓄電部品の一部（すなわち、第２蓄電デバイスＣ２）を交換すればよく、部品交換によるメンテナンスコストは低く抑えられる。
In the first to fourth embodiments described above, the power necessary for peak compensation is stored by the two power storage devices (C1, C2) connected in parallel to the
以上の実施形態において、回路構成、使用する部品、電源１０の仕様、負荷３０の種類などは例示のものに限らない。例えば、補助電源装置５，６の切替え回数カウンタ２５１を制御部２５，２６とは別のコントローラーや外部装置に設け、制御部２５，２６が外部からカウント値を取得するようにしてもよい。また、各蓄電デバイスの容量や耐久性に応じて第１蓄電デバイスＣ１または第２蓄電デバイスＣ２を優先的に先に放電させる蓄電デバイスＣＦとして選択するようにしてもよい。
In the above embodiment, the circuit configuration, the parts to be used, the specifications of the
補助電源装置１〜６は画像形成装置以外の任意の機器に組入れることができる。必ずしも補助電源装置１〜６を電源１０と一体に組み付ける必要はなく、負荷３０となる駆動対象と一体に組み付ける必要もない。本発明の趣旨に沿う範囲内で補助電源装置１〜６の構成を適宜変更することができる。
The auxiliary
１，２，３，４，５，６ 補助電源装置
１０ 電源
３０ 負荷
Ｃ１ 第１蓄電デバイス（第１の蓄電デバイス）
Ｃ２ 第２蓄電デバイス（第２の蓄電デバイス）
１２ 充電回路
１４ 昇圧回路
１５ 切替えスイッチ（第１のスイッチ）
１６ 切替えスイッチ（第２のスイッチ）
１７ 電流検出部
１９ 蓄電量検出部
２１，２２，２３，２４，２５，２６ 制御部
Ｉｔｈ１ 第１閾値（第１の閾値）
Ｉｔｈ２ 第２閾値（第２の閾値）
1, 2, 3, 4, 5, 6
C2 Second power storage device (second power storage device)
12 charging
16 Changeover switch (second switch)
17
Ith2 second threshold (second threshold)
Claims (6)
第１の蓄電デバイスと、
第２の蓄電デバイスと、
前記電源によって前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスを充電する充電回路と、
前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、
前記第１の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第１の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第１のスイッチと、
前記第２の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第２の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第２のスイッチと、
前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする補助電源装置。 An auxiliary power supply device that compensates for a shortage of current from the power supply to the load,
A first power storage device;
A second power storage device;
A charging circuit for charging the first power storage device and the second power storage device by the power source;
A booster circuit that boosts the discharge power of the first power storage device and the discharge power of the second power storage device and supplies the boosted power to the load;
A first switch for switching between a charging state in which the first power storage device is rechargeably connected to the charging circuit and a discharging state in which the first power storage device is removably connected to the booster circuit; ,
A second switch for switching between a charge state in which the second power storage device is connected to the charging circuit in a chargeable manner and a discharge state in which the second power storage device is connected to the booster circuit in a dischargeable manner; ,
A current detector for detecting a current flowing to the load;
One of the first power storage device and the second power storage device when the current value detected by the current detection unit increases to a second threshold value that is smaller than the first threshold value. Only the first switch and the other storage device when the current value detected by the current detector increases until reaching the first threshold value. And a control unit that controls the second switch.
請求項１記載の補助電源装置。 In the control of the first switch and the second switch, the control unit is configured to equalize accumulation of the number of charge / discharge switchings between the first power storage device and the second power storage device. The auxiliary power supply apparatus according to claim 1, wherein the one power storage device and the other power storage device are interchanged.
請求項１または２記載の補助電源装置。 The control unit detects an increase amount of the current flowing to the load based on current values at a plurality of time points detected by the current detection unit, and the second threshold value is decreased as the increase amount increases. The auxiliary power supply device according to claim 1, wherein the auxiliary power supply device is set.
請求項１または２記載の補助電源装置。 The auxiliary unit according to claim 1 or 2, wherein the control unit sets the second threshold value to a smaller value as the expected peak value of the current flowing to the load is larger based on control data indicating the power consumption characteristics of the load. Power supply.
前記制御部は、前記蓄電量検出部によって検出された前記蓄電量が所定量よりも少ない場合、当該蓄電量が当該所定値よりも多い場合と比べて、前記第１の閾値および前記第２の閾値を大きい値に設定する
請求項１ないし４のいずれかに記載の補助電源装置。 A power storage amount detection unit for detecting a power storage amount of each of the first power storage device and the second power storage device;
The control unit, when the power storage amount detected by the power storage amount detection unit is smaller than a predetermined amount, compared to the case where the power storage amount is larger than the predetermined value, the first threshold and the second The auxiliary power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the threshold value is set to a large value.
前記電源の出力電圧よりも放電電圧が低い第１の蓄電デバイスおよび第２の蓄電デバイスを、前記電源によって充電しておき、
前記電源から前記負荷へ流れる電流の値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第２の蓄電デバイスのみを放電させ、それによって、前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路への通電を開始し、
その後に、前記負荷へ流れる電流の値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスを放電させ、その放電電力を前記昇圧回路によって昇圧して前記負荷へ供給する
ことを特徴とする電力供給方法。 A power supply method for supplying power from a power source to a load,
The first power storage device and the second power storage device whose discharge voltage is lower than the output voltage of the power source are charged by the power source,
When the value of the current flowing from the power source to the load increases to a second threshold value that is smaller than the first threshold value, only the second power storage device is discharged, whereby the first power storage device And starts energizing the booster circuit that boosts the discharge power of the second power storage device and the discharge power of the second power storage device and supplies the boosted power to the load,
Thereafter, when the value of the current flowing to the load increases until reaching the first threshold value, the first power storage device is discharged, and the discharge power is boosted by the booster circuit and supplied to the load. The power supply method characterized by the above-mentioned.
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