JP5351308B1 - 充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常時は、放電回路を介して負荷に電流が流れてしまうことを防止しつつ、充放電回路が故障した際には、バックアップ回路として機能する充放電制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】充放電制御装置１１は、蓄電池１３への充電及び放電を制御する充放電回路１１Ａと、充放電回路を介さずに、蓄電池１３から負荷１４へ直接電力を供給するための放電回路１１Ｂと、を備え、放電回路１１Ｂは、直列に配置した複数のダイオードＤ１〜Ｄ３を含み、直列に配置するダイオード素子の数は、蓄電池電圧の最大値から、ダイオード素子による電圧降下分の値を減算した結果に比して、直流電源の電圧が上回るという条件を満たすように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、通信設備用の直流電源の充放電制御を行う充放電制御装置に関する。

近年、電力需要のピーク削減のために、蓄電池を利用したピークシフト技術が注目されている。蓄電池を利用したピークシフトとは、昼間の電力需要が高い時間帯に蓄電池から電力を供給し、夜間の電力需要が低い時間帯に商用電力から蓄電池に電力を貯蔵しておく技術である。

通信設備等は、停電用に蓄電池を備えているため、この蓄電池をピークシフトに利用することが有効であると考えられる。この蓄電池をピークシフトに使うためには、従来のように浮動充電する形態ではなく、充電と放電を制御できる制御回路および制御スイッチが必要となる。

例えば特許文献１では、スイッチとダイオード素子１つで、充放電を制御する構成が開示されている。この構成では、スイッチによって、充電および放電を行う制御をし、スイッチが開いた状態であっても、停電時にダイオード経由で放電ができるようになっている。

特開２０１０−２７２２１８号公報

ところで、蓄電池は、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）によって蓄電池電圧が変化するため、充電電流および放電電流を制御するためには、図１に示す構成のように、蓄電池に充電するための電圧および蓄電池から放電するための電圧を制御する充放電回路が必要になる場合がある。

図１は、一般的な充放電制御システム１００の構成図である。充放電制御システム１００では、商用電力から整流した直流電源１０３に負荷１０５が接続され、充放電制御装置１０１と蓄電池１０４とが直列に接続され、これら充放電制御装置１０１及び蓄電池１０４が負荷１０５と並列に接続されている。この充放電制御装置１０１は、蓄電池１０４へ充電電圧および蓄電池１０４からの放電電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電する場合は、直流電源電圧を蓄電池電圧より高く昇圧して充電され、放電する場合は、蓄電池電圧を直流電源電圧より高く昇圧して放電させる。

この充放電回路１０２が故障した場合にも、蓄電池１０４が負荷１０５へのバックアップ電源として利用できるように、特許文献１と同様にダイオード素子を用いた放電回路を備えておく必要がある。

しかしながら、前述の充放電回路１０２で電圧を変動させることにより、通常時にも、このダイオード素子の放電回路を介して蓄電池側から負荷に電流が流れてしまう場合がある。

そこで、本発明においては、通常時は、放電回路を介して負荷に電流が流れてしまうことを防止しつつ、充放電回路が故障した際には、バックアップ回路として機能する充放電制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る充放電制御装置は、負荷に接続された直流電源と並列に配置され、蓄電池に直列に接続された充放電制御装置であって、蓄電池への充電及び放電を制御する充放電回路と、充放電回路を介さずに、蓄電池から負荷へ直接電力を供給するための放電回路と、を備え、放電回路は、直列に配置した複数のダイオード素子を含み、直列に配置するダイオード素子の数は、蓄電池の電圧の最大値から、ダイオード素子による電圧降下分の値を減算した結果に比して、直流電源の電圧が上回ることを条件に設定される。

本発明に係る充放電制御装置は、放電回路が、放電電流を検出する電流センサと、複数のダイオード素子の一部をバイパスするバイパス回路と、を含み、電流センサが放電電流を検出した場合、バイパス回路によるバイパスが行われるようにしても良い。

本発明に係る充放電制御装置は、放電回路が、直列に配置した複数のダイオード素子のみから構成されても良い。

本発明に係る充放電制御装置は、放電回路が、１つ以上のダイオード素子を含むＭＯＳＦＥＴが直列に複数配置された構成でも良い。

本発明によれば、ダイオード素子による放電回路において、ダイオードを複数直列に設置し、所定の電圧降下をさせるので、通常時には蓄電池側から負荷に電流が流れることはなく、充放電回路が故障した場合には、蓄電池から負荷に瞬断なく電力を供給できる。

従来技術の充放電制御装置の構成図である。 実施形態における充放電制御装置の基本構成図である。 充放電制御装置の変形例の構成図である。 実施形態における充放電制御装置の具体的な構成例を示す図である。 通常時の充放電制御の動作を示す図である。 故障時の充放電制御の動作を示す第１の図である。 故障時の充放電制御の動作を示す第２の図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図２は、充放電制御システム１０の基本構成図である。充放電制御システム１０では、電力系統電源から直流電力を供給する４８Ｖの整流器である直流電力系統電源（以下「直流電源」と略称する）１２に負荷１４が接続され、充放電制御装置１１と蓄電池１３とが直列に接続され、これら充放電制御装置１１及び蓄電池１３が負荷１４と並列に接続されている。この充放電制御装置１１は、蓄電池１３へ充電電圧及び蓄電池１３からの放電電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電する場合は、直流電源電圧を蓄電池電圧より高く昇圧して充電され、放電する場合は、蓄電池電圧を直流電源電圧より高く昇圧して放電させる。

充放電制御装置１１は、充放電回路１１Ａと放電回路１１Ｂとを有し、充放電回路１１Ａと放電回路１１Ｂとが並列に接続されている。

充放電回路１１Ａは、蓄電池１３への充電及び放電を制御する。放電回路１１Ｂは、充放電回路１１Ａを介さずに、蓄電池１３から負荷１４へ直接電力を供給する。また、放電回路１１Ｂは、直列に配置した複数（ここでは一例として３つ）のダイオードＤ１〜Ｄ３のみから構成される。

蓄電池側電圧が通常時に取りうる最大電圧と、直流電源電圧を比較し、蓄電池側電圧が通常時に取りうる最大電圧からダイオードによる電圧降下により、直流電源電圧よりも低くなるように、３つのダイオードを直列に設置している。

すなわち、ダイオードが設置される数は、蓄電池側電圧の最大値から、ダイオード素子による電圧降下分を減算した結果に比して、直流電源の電圧が上回るという条件を満たすように設定される。

上記の構成によれば、ダイオードによる放電回路において、ダイオードを複数直列に設置し、所定の電圧降下をさせるので、通常時には蓄電池側から負荷に電流が流れることはなく、充放電回路が故障した場合には、蓄電池から負荷に瞬断なく電力を供給できる。

また、図２のように直列に配置した複数のダイオード素子のみから構成される簡素な構成の放電回路を、充放電制御装置１１に設けることで、上記の優れた効果を得ることができる。

図３は、図２で有していたダイオードＤ１〜Ｄ３の代わりにＭＯＳＦＥＴ素子を利用した形態であり、ＭＯＳＦＥＴ素子のボディダイオードで所定の電圧降下を生じさせる。また、ＭＯＳＦＥＴ素子の放電回路から放電した際には、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間が通電し、電圧降下無しで放電できるようになる。

図３に示すように、１つ以上のダイオード素子を含むＭＯＳＦＥＴを直列に複数（ここでは一例として２つ）配列することにより、ダイオード素子が複数配置されることになり、所定の電圧降下をさせるので、通常時には蓄電池側から負荷に電流が流れることはなく、充放電回路が故障した場合には、蓄電池から負荷に瞬断なく電力を供給できる。即ち、放電回路を、１つ以上のダイオード素子を含むＭＯＳＦＥＴが直列に複数配置された構成とした場合でも、前述した図２の構成と同様の優れた効果を得ることができる。

図４は、本実施形態における充放電制御装置１１の具体的な構成例を示す図である。図２の放電回路１１Ｂは、電流継電器Ａ１及び電磁接触器Ａ２を含む電流センサＣＳと、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２をバイパスするスイッチＳＷと、をさらに有する。

電流センサＣＳは、放電回路１１Ｂから放電電流が流れたことを検出して、ダイオードＤ１及びＤ２をバイパスするバイパス回路ＢＣのスイッチを閉じる。

具体的に、電流センサＣＳでは、電流が検出されると、電流継続器Ａ１が電磁接触器Ａ２に電圧を加え、電磁接触器Ａ２がバイパス回路ＢＣのスイッチＳＷを閉じる。

続いて、充放電制御装置１１の動作について、図５〜図７を参照しながら説明する。

図５は、通常時の充放電制御装置１１を示す図である。図４と同様の構成である。充放電制御装置１１に含まれる充放電回路１１Ａは、蓄電池１３へ充電電圧および蓄電池１３からの放電電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータであり、充電する場合は、直流電源電圧を蓄電池電圧より高く昇圧し充電され、放電する場合は、蓄電池電圧を直流電源電圧より高く昇圧して放電させる。本実施形態では、直流電源１２の電圧を４８Ｖとし、蓄電池１３への充電電圧の最大値を５２Ｖとする。

本実施形態では、充放電回路１１Ａに電圧降下が１．５Ｖ程度のダイオードを充放電回路１１Ａと並列に複数接続した放電回路１１Ｂを備える。ダイオード素子の直列接続数は、５２Ｖからダイオードで電圧降下をさせて４８Ｖより低くするために、３つのダイオードであるダイオードＤ１〜Ｄ３を配置する。

ダイオードＤ１〜Ｄ３を直列配置した放電回路１１Ｂには、電流センサＣＳが備わっており、放電回路１１Ｂから放電電流が流れたことを検出して、ダイオード３つのうち２つ（ダイオードＤ１及びＤ２）をバイパスするバイパス回路ＢＣのスイッチＳＷを閉じる。なお、ダイオード３つのうち１つをバイパスするようにしても良い。すなわち、配置されている複数のダイオードの内、一部をバイパスしていれば良い。

電流センサＣＳが電流を検出すると、電流継電器Ａ１が電磁接触器Ａ２に電圧を加え、電磁接触器Ａ２がバイパス回路ＢＣのスイッチＳＷを閉じる。

図６は、直流電源１２からの電力供給が故障した場合の動作を示す図である。具体的には、直流電源１２からの４８Ｖの電圧がなくなった場合の動作である。

この場合、４８Ｖの電圧が加わらなくなるため、蓄電池側の電圧５２Ｖからダイオード３つ分の電圧降下４．５Ｖを減じて４７．５Ｖの電圧が負荷１４に加わり、電力が供給される。

ここで、放電回路１１Ｂに電流が流れると、図７に示すように、電流センサＣＳの電磁接触器Ａ２がバイパス回路ＢＣのスイッチＳＷを閉じ、電流がダイオード２つ分（ダイオードＤ１及びＤ２）をバイパスするようになる。よって、ダイオードによる電圧降下分は１．５Ｖとなり、５０．５Ｖの電圧で負荷に電力を供給できるようになる。このように、充放電制御装置１１では、放電電流を検出した際、バイパス回路ＢＣのスイッチＳＷを閉じて、当該放電電流がダイオード素子の一部（ダイオードＤ１及びＤ２）をバイパスすることになるので、放電回路使用時における電力の損失を低減させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、充放電制御システム１０が、蓄電池１３への充電及び放電を制御する充放電回路１１Ａと、充放電回路を介さずに、蓄電池１３から負荷１４へ直接電力を供給するための放電回路１１Ｂと、を備え、放電回路１１Ｂは、直列に配置した複数のダイオードＤ１〜Ｄ３を含み、直列に配置するダイオードの数は、蓄電池電圧の最大値から、ダイオードによる電圧降下分の値を減算した結果に比して、直流電源の電圧が上回るという条件を満たすように設定される。

このような構成により、ダイオードによる放電回路１１Ｂにおいて、ダイオードを複数直列に設置し、所定の電圧降下をさせるので、通常時には蓄電池側から負荷に電流が流れることはなく、充放電回路１１Ａが故障した場合には、蓄電池１３から負荷１４に瞬断なく電力を供給できる。

また、本実施形態では、放電回路１１Ｂが、放電電流を検出する電流センサＣＳと、複数のダイオードＤ１〜Ｄ３の内、一部をバイパスするバイパス回路ＢＣと、を含み、電流センサＣＳが放電電流を検出した場合、バイパス回路ＢＣによるバイパスが行われる。これにより、放電電流を検出した際、充放電制御装置１１は、バイパス回路ＢＣのスイッチＳＷを閉じるので、当該放電電流がダイオードＤ１〜Ｄ３の一部である、ダイオードＤ１及びＤ２をバイパスすることになり、放電回路使用時における電力の損失を低減させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ダイオード素子を２つ又は３つ備える形態について説明したが、蓄電池電圧の最大値から、ダイオード素子による電圧降下分の値を減算した結果に比して、直流電源の電圧が上回る範囲内で、ダイオード素子の数を調整することができる。

１０…充放電制御システム、１１…充放電制御装置、１１Ａ…充放電回路、１１Ｂ…放電回路、１２…直流電源、１３…蓄電池、１４…負荷。

Claims (4)

1. 負荷に接続された直流電源と並列に配置され、蓄電池に直列に接続された充放電制御装置であって、
   前記蓄電池への充電及び放電を制御する充放電回路と、
   前記充放電回路を介さずに、前記蓄電池から前記負荷へ直接電力を供給するための放電回路と、を備え、
   前記放電回路は、直列に配置した複数のダイオード素子を含み、
   前記直列に配置するダイオード素子の数は、前記蓄電池の電圧の最大値から、前記ダイオード素子による電圧降下分の値を減算した結果に比して、前記直流電源の電圧が上回るという条件を満たすように設定されることを特徴とする充放電制御装置。
2. 前記放電回路が、
   放電電流を検出する電流センサと、
   前記複数のダイオード素子の一部をバイパスするバイパス回路と、を含み、
   前記電流センサが前記放電電流を検出した場合、前記バイパス回路によるバイパスが行われることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
3. 前記放電回路が、前記直列に配置した複数のダイオード素子のみから構成されることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
4. 前記放電回路が、１つ以上のダイオード素子を含むＭＯＳＦＥＴが直列に複数配置された構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の充放電制御装置。

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