JP4570559B2

JP4570559B2 - 充放電回路

Info

Publication number: JP4570559B2
Application number: JP2005367630A
Authority: JP
Inventors: 克道杉原; 直利森
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP2007174779A

Description

本発明は、充電可能であって、誘導性負荷へ電力供給する電源に特に最適となる充放電回路の改良に関する。

この種充放電回路としては、たとえば、電源である二つのコンデンサと、誘導性負荷である直流モータとの間に設けられ直流モータで発生する回生電流の流れる方向に応じて二つのコンデンサの一方を充電する充電回路と、直流モータの駆動方向に応じて二つのコンデンサのうち一方から電力を該直流モータに供給することが可能な放電回路とを備えて構成されている。

そして、充電回路内には、直流モータの起電力を昇圧する昇圧チョッパを設けて、直流モータの起電力がコンデンサの電圧より低い場合でも、コンデンサを充電することができるようになっており、また、放電回路は、直流モータが積極的にトルクを発生しなければならない場合にスイッチの操作によってコンデンサと直流モータを直結するような回路構成とされている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−３０９９６１号公報（図１）

しかし、上述従来の充放電回路では、直流モータの起電力を昇圧することで電源を充電できるのでエネルギ回生を効率的に行うことができるが、電源を充電するか放電するか否かは、直流モータの速度とトルクとの関係によって一義的に決せられ、電源の放電や経年劣化による電圧の低下について何ら配慮がなされていないので、電圧低下によって誘導性負荷へ充分に電力供給を行えない恐れがあり、上記電源の電圧低下によって本来であればエネルギ回生によって電源を充電すべきであっても、電源から誘導性負荷へ電力供給するモードとなってしまって、効率よく電源を充電することができない恐れがある。

さらに、電源から誘導性負荷へ電力供給するモードでは、充電回路と放電回路が電源と誘導性負荷との間に並列されることになり、放電回路から出力される電力が誘導性負荷のみならず充電回路によっても消費されてしまう危惧がある。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、誘導性負荷の起電力で効率よく電源を充電可能な充放電回路を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、充電可能な電源と誘導性負荷との間に設けられ、電源からの電力を誘導性負荷へ供給するとともに該誘導性負荷が発生する起電力で電源を充電可能にし、電源の電圧を変圧して誘導性負荷へ出力する放電回路と、誘導性負荷の起電力で電源を少なくとも定電流充電する充電回路と、誘導性負荷と充電回路との間に設けられるスイッチとを備え、スイッチは、電源を誘導性負荷の起電力によって充電可能なときにのみ誘導性負荷と充電回路とを接続する充放電回路において、誘導性負荷の起電力と、放電回路から出力される電圧とを比較し、誘導性負荷の起電力が放電回路から出力される電圧より高いときにスイッチが閉じられるようにした。

本発明によれば、比較した結果、誘導性負荷の起電力が放電回路の出力電圧を超える場合にのみスイッチが閉じられて充電回路を介して電源を充電するようにしている、すなわち、電源を誘導性負荷の起電力によって充電可能なときにのみ誘導性負荷と充電回路とを接続するようになっているので、放電回路から出力される電力が充電回路によって消費されてしまう危惧がない。

したがって、誘導性負荷の起電力で電源を充電可能な場合には確実に電源を充電でき、電源の電力が無駄に消費されることがないので、誘導性負荷の起電力で電源を効率的に充電することが可能となる。

また、誘導性負荷の起電力で電源を充電する場合には、必ず充電回路を介して行われることになるから、この点でも電源を短時間で効率的に充電できる。

さらに、電源の電圧が低下しても変圧して所定電圧を出力する放電回路を備えているので、誘導性負荷へ充分に電力供給を行うことができ、電源および誘導性負荷を含んだシステム全体の信頼性および実用性が向上する。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における充放電回路の構成図である。図２は、一実施の形態の変形例における充放電回路の構成図である。図３は、他の実施の形態における充放電回路の構成図である。

図１に示すように、一実施の形態における充放電回路Ｃ１は、充電可能な電源Ｅと誘導性負荷Ｍとの間に設けられており、電源Ｅの電圧ｖを変圧して誘導性負荷Ｍへ出力する放電回路１と、放電回路１と誘導性負荷Ｍとの間に設けられ放電回路１から出力される電流の逆流を防止するダイオード２と、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを少なくとも定電流充電する充電回路３と、誘導性負荷Ｍと充電回路３との間に設けられるスイッチ４とを備えて構成されており、電源Ｅから誘導性負荷Ｍへ電力供給することができるとともに、比較した結果、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路から出力される電圧より高いときにスイッチが閉じられて、すなわち、電源Ｅを充電可能なときにのみ電源Ｅを充電することができるようになっている。

以下、詳しく説明すると、電源Ｅと誘導性負荷Ｍは、放電ライン１０と、充電ライン１１を介して接続されており、放電ライン１０の途中には、電源Ｅ側から順に放電回路１とダイオード２と極低い抵抗値を持つ抵抗７が直列に設けられ、放電ライン１０を介しては誘導性負荷Ｍから電流が流れないようになっている。また、他方の充電ライン１１の途中には、誘導性負荷Ｍ側から順にスイッチ４と充電回路３が直列に設けられ、この充電ライン１１の一端は放電ライン１０の電源Ｅと放電回路１との間に、他端は放電ライン１０の途中であって上記ダイオード２と抵抗７との間に、それぞれ接続されている。

電源Ｅは、繰り返し充放電可能な二次電池とされ、具体的にはたとえば、鉛蓄電池や、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等とされる。

放電回路１は、電源Ｅの電圧を所定電圧に変圧して誘導性負荷Ｍへ電力供給を行えるものであればよく、具体的には、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いればよい。したがって、電源Ｅが放電して電圧が低下するような事態となっても、上記放電回路１によって電圧を昇圧することができ、安定的に誘導性負荷Ｍに電力供給を行いつづけることが可能となっている。

つづいて、充電回路３は、少なくとも定電流充電することが可能であり、具体的にたとえば、チョッパ型スイッチングコンバータ等を用いることができ、電源Ｅを定電流充電することができるので、速やかに電源Ｅを充電することができる。また、この充電回路３を、誘導性負荷Ｍに生じる起電力ｅで電源Ｅを定電流定電圧充電することが可能な回路とする場合には、電源Ｅを満充電とするまでにかかる所要時間を短縮することができる。

さらに、スイッチ４は、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’を超える場合にのみ閉じられるように制御部５によって制御されている。この制御部５は、誘導性負荷Ｍの起電力ｅを検知する電圧センサ６ａと放電回路１の出力電圧ｖ’を検知する電圧センサ６ｂから電圧信号を受け取り、上記起電力ｅと放電回路１の出力電圧ｖ’をモニタして比較し、基本的には、起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’を超えると上記スイッチ４を閉じるように制御し、逆に、起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’以下となる場合にはスイッチ４を開放するようになっている。

また、制御部５は、電圧センサ６ｂで検出する電圧をモニタして誘導性負荷Ｍへ安定した電圧を供給できるよう放電回路１を制御し、電源Ｅを効果的に充電できるよう充電回路３を制御する。

なお、電圧センサ６ａ，６ｂは、具体的には、ともに放電ライン１０の途中に抵抗７を挟むようにして設けられており、電圧センサ６ａは、放電ライン１０上の誘導性負荷Ｍの至近に設けられ、電圧センサ６ｂは、充電ライン１１の途中であって上記電圧センサ６ａから間隔を空けて放電回路１側となる部位に設けられており、それぞれ、抵抗７の電圧降下を利用して放電ライン１０および充電ライン１１への接続部位の電圧を検出することで、誘導性負荷Ｍの起電力ｅと放電回路１の出力電圧ｖ’を検知するようになっている。

また、誘導性負荷Ｍは、モータ、ソレノイド、リレー等であって、たとえば、モータやソレノイドとされる場合、モータ等の駆動に必要であればこれに駆動回路も含まれる。

つづいて、このように構成された充放電回路Ｃ１の動作について説明すると、電源Ｅから誘導性負荷Ｍへ電力供給する場合、電源Ｅの電力は、電圧ｖから放電回路１によって電圧ｖ’に変圧されて誘導性負荷Ｍに供給される。

このとき、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが上記放電回路１の出力電圧ｖ’を超えることがない場合、制御部５は、スイッチ４を開放したままに維持することになり、電源Ｅは誘導性負荷Ｍに対して電力供給を行いつづける。

逆に、サージ等によって誘導性負荷Ｍに発生する起電力ｅ、あるいは、誘導性負荷Ｍがモータである場合、誘導性負荷Ｍが外力によって駆動される等によって誘導性負荷Ｍに発生する起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’より高くなる場合、制御部５は、スイッチ４を閉じ、充電ライン１１の途中に設けた充電回路３を介して上記起電力ｅで電源Ｅを充電することができる。

つまり、一実施の形態における充放電回路Ｃ１では、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’を超える場合にのみ充電回路３を介して電源Ｅを充電するようにしている、すなわち、電源Ｅを誘導性負荷Ｍの起電力ｅによって充電可能なときにのみ誘導性負荷Ｍと充電回路３とを接続するようになっているので、放電回路１から出力される電力が充電回路３によって消費されてしまう危惧がない。

したがって、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを充電可能な場合には確実に電源Ｅを充電でき、電源Ｅの電力が無駄に消費されることがないので、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを効率的に充電することが可能となる。

また、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを充電する場合には、必ず充電回路３を介して行われることになるから、この点でも電源Ｅを短時間で効率的に充電できる。

さらに、電源Ｅの電圧ｖが低下しても変圧して所定電圧ｖ’を出力する放電回路１を備えているので、誘導性負荷Ｍへ充分に電力供給を行うことができ、電源Ｅおよび誘導性負荷Ｍを含んだシステム全体の信頼性および実用性が向上する。

さらに、誘導性負荷Ｍがモータとされ、特に、誘導性負荷Ｍであるモータが電動パワーステアリング装置や、モータのトルクで減衰力を発揮するような電磁サスペンションに供され、モータへ電源Ｅから電力供給を行っているような場合に、モータが強制的に外力によって駆動されて大きな起電力ｅを発生するような状況にあっても、電源Ｅが必ず充電回路３を介して充電されることから、電源Ｅにとって好ましくない過電圧や過電流での充電が行われてしまう危惧もない。

また、上記のように誘導性負荷Ｍが電動パワーステアリング装置や電磁サスペンション等のモータとされ、電源Ｅが車両に搭載されるバッテリとされる場合には、この充放電回路Ｃ１は、電源Ｅを効率的に充電することが可能であるので、バッテリがあがってしまうような事態の発生を効果的に抑制することができる。

なお、図２に示すように、充電ライン１１を放電ライン１０の抵抗７と誘導性負荷Ｍとの間に接続するようにしておけば、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを充電する際に、抵抗７で電力が消費されることがなくなり、より無駄なく誘導性負荷Ｍで電源Ｅを充電することができ、この場合には、抵抗７に代えてダイオードを用いることができる。

つづいて、図３に示した、他の実施の形態の充放電回路Ｃ２について説明する。なお、一実施の形態における充放電回路Ｃ１と同様の部分については、同一の符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略することとし、異なる部分に付いて詳しく説明することとする。

この充放電回路Ｃ２は、上述の一実施の形態の充放電回路Ｃ１の構成に対し、放電ライン１０の途中であってダイオード２と誘導性負荷Ｍとの間に接地されるキャパシタ８を誘導性負荷Ｍと並列となるように接続するとともに、この実施の形態における制御部５は、抵抗７の両端側の電圧をモニタすることによって誘導性負荷Ｍの起電力ｅと放電回路１の出力電圧ｖ’を比較してスイッチ４を開閉制御するのではなく、抵抗７を廃止して放電ライン１０の抵抗７が設けられている部位の電流の向きを検知する電流検知手段たる非接触型の電流センサ９を設け、この電流センサ９で検知する電流の向きによって起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’を超えているか否かを判断してスイッチ４を開閉制御する点で異なっている。

なお、充電ライン１１の充電回路３が設けられている部位より上流側となる誘導性負荷Ｍ側の部位の電圧を検知する電圧センサ１２は、電源Ｅが放電して電圧が低下しても、誘導性負荷Ｍに安定した電圧を供給できるよう放電回路１を制御するために設けられている。

以上のように構成された充放電回路Ｃ２にあっては、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’以下である場合には、電流は誘導性負荷Ｍへ流れ込む方向の向きに流れ、逆に、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’を超える場合には、キャパシタ８の電圧も出力電圧ｖ’となるので、誘導性負荷Ｍの電力消費時とは逆に電流は誘導性負荷Ｍ側からキャパシタ８側へ流れることになる。

したがって、放電ライン１０の上記電流センサ９が設けられている部位の電流の向きによって起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’以上となっているか否かの判断を行える、すなわち、起電力ｅで電源Ｅを充電可能であるか否かの判断を行うことができるのである。

そこで、制御部５は、電流センサ９で検知する電流の向きが電源Ｅ側から誘導性負荷Ｍ側へ向かう向きとなっている場合には、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’以下となっているので、起電力ｅによって電源Ｅを充電できないことからスイッチ４を開放し、逆に、電流センサ９で検知する電流の向きが誘導性負荷Ｍ側から電源Ｅ側へ向かう向きとなっている場合には、誘導性負荷Ｍの起電力ｅが放電回路１の出力電圧ｖ’を超えているので、起電力ｅによって電源Ｅを充電可能であるからスイッチ４を閉じるように制御するようになっている。

したがって、この実施の形態においても、一実施の形態における充放電回路Ｃ１と同様に、電源Ｅを誘導性負荷Ｍの起電力ｅによって充電可能なときにのみ誘導性負荷Ｍと充電回路３とを接続するようになっているので、放電回路１から出力される電力が充電回路３によって消費されてしまう危惧がない。

すなわち、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを充電可能な場合には確実に電源Ｅを充電でき、電源Ｅの電力が無駄に消費されることがないので、誘導性負荷Ｍの起電力ｅで電源Ｅを効率的に充電することが可能となる。

また、この他の実施の形態の充放電回路Ｃ２にあっては、抵抗７を廃止することができるので、抵抗７による電力消費がなく、誘導性負荷Ｍの消費電流の変動により誘導性負荷Ｍに供給される電圧が変動してしまうことが防止される利点を備えている。

また、さらに、キャパシタ８を備えているので、仮に電源Ｅからの電力供給が途絶えてしまう事態となっても、キャパシタ８からの放電によって誘導性負荷Ｍへ電力供給を行える利点もある。

なお、誘導性負荷Ｍがモータとされ、特に、誘導性負荷Ｍであるモータが電動パワーステアリング装置や、モータのトルクで減衰力を発揮するような電磁サスペンションに供される場合には、この充放電回路Ｃ２にあっても、上述の一実施の形態における充放電回路Ｃ１と同様の作用効果を奏することができる。

また、制御部５であるが、上述した各実施の形態における動作を行えるものであれば、その構成はどのようなものでもよく、たとえば、演算処理装置と記憶装置とを備えプログラムを演算処理装置で実行することで上記動作を実現しても良いし、電子回路によって実現するとしても良い。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態における充放電回路の構成図である。一実施の形態の変形例における充放電回路の構成図である。他の実施の形態における充放電回路の構成図である。

符号の説明

１放電回路
２整流器たるダイオード
３充電回路
４スイッチ
５制御部部
６ａ，６ｂ，１２電圧センサ
７抵抗
８キャパシタ
９電流検知手段たる電流センサ
１０放電ライン
１１充電ライン
Ｃ１，Ｃ２充放電回路
Ｅ電源
Ｍ誘導性負荷

Claims

充電可能な電源と誘導性負荷との間に設けられ、電源からの電力を誘導性負荷へ供給するとともに該誘導性負荷が発生する起電力で電源を充電可能にし、電源の電圧を変圧して誘導性負荷へ出力する放電回路と、誘導性負荷の起電力で電源を少なくとも定電流充電する充電回路と、誘導性負荷と充電回路との間に設けられるスイッチとを備え、スイッチは、電源を誘導性負荷の起電力によって充電可能なときにのみ誘導性負荷と充電回路とを接続する充放電回路において、誘導性負荷の起電力と、放電回路から出力される電圧とを比較し、誘導性負荷の起電力が放電回路から出力される電圧より高いときにスイッチが閉じられることを特徴とする充放電回路。
誘導性負荷から放電回路側へ流れる電流を検知する電流検知手段を設け、該電流検知手段で誘導性負荷から放電回路側へ流れる電流を検知するときにスイッチが閉じられることを特徴とする請求項１に記載の充放電回路。
放電回路と誘導性負荷との間に該誘導性負荷に並列されるキャパシタを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充放電回路。
電流検知手段は、該キャパシタと誘導性負荷との間の電流を検知する請求項３に記載の充放電回路。