JP5730438B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電装置に関する。
従来から、電源から負荷に供給する電力に余剰分が生じたときに余剰分の電力を蓄積し、電源から負荷に供給する電力に不足分が生じたときにその蓄積した電力を供給するための装置が存在する。
特許文献1には、搬送車に非接触で給電するための非接触給電設備が記載されている。具体的には、非接触給電設備において、給電線から搬送車の受電回路のピックアップコイルへ電磁誘導により給電する。そして、搬送車において、受電回路で受けた電力を平滑・整流回路で整流・平滑化し負荷に供給する際、受電回路の給電能力に対して負荷の消費電力が少ない場合にその余剰電力を充電回路経由でキャパシタに充電し、負荷の消費電力が受電回路の給電能力を上回った場合にキャパシタから昇圧コンバータ経由で負荷側へ放電することが記載されている。これにより、特許文献1によれば、非接触給電設備の能力内で負荷を平準化することにより受電容量を下げることができ、受電コイルの小型化を図ることができるとされている。
特許文献1に記載の技術では、受電・平滑・整流回路(電源装置)と負荷(負荷装置)とを接続する経路に対して充放電回路が分岐して接続されることが前提となっているため、電源装置と負荷装置との間にユニット的に挿入されて接続される蓄電装置に関する記載が一切ない。
一方、電源装置と負荷装置との間に蓄電装置がユニット的に接続される場合、各装置間の設置位置の位置関係によっては、各装置間の配線距離が長く、かつ、複雑になる可能性がある。つまり、電源装置、蓄電装置、負荷装置をそれぞれ独立のユニットとして構成し、蓄電装置の両端に接続端子を設けた場合、これらユニットの設置位置の位置関係が蓄電装置の設計時に予定されたものと逆になると、配線を引き回して、蓄電装置における各ユニットの設置位置と逆側の接続端子に接続することになり、各ユニット間の配線距離が長くなる可能性がある。配線距離が長くなると、直流母線のインピーダンスが増大し、母線電圧の跳ね上がり現象などの望ましくない現象が生じてしまう。また、各ユニットを逆側の接続端子に接続する場合、配線が複雑となり、誤配線の可能性が増大する可能性もある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源装置と負荷装置との間に蓄電装置がユニット的に接続される場合に各装置間の配線距離を短くすることに適した蓄電装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる蓄電装置は、直流電力を供給する電源装置と負荷装置との間に接続される蓄電装置であって、前記電源装置及び前記負荷装置の一方が接続される第1の接続端子と、前記電源装置及び前記負荷装置の他方が接続される第2の接続端子と、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子とを接続する母線と、前記母線を介して供給された電力が充電される蓄電部と、前記母線と前記蓄電部との間に接続された充放電部と、前記充放電部の動作を制御する制御部と、前記第1の接続端子から前記母線へ流入する第1の電流と、前記第2の接続端子から前記母線へ流入する第2の電流と、前記母線から前記充放電部に流入する第3の電流とのうち、少なくとも2つを検出する電流検出部と、前記第1の接続端子に前記電源装置及び前記負荷装置のいずれが接続されているかを判定する接続方向判定部とを備え、前記充放電部は、前記第1の接続端子又は前記第2の接続端子から前記母線を介して供給された電力を前記蓄電部に充電する充電動作と、前記蓄電部に充電された電力を前記母線を介して前記第1の接続端子又は前記第2の接続端子に放電する放電動作とを排他的に行い、前記制御部は、前記接続方向判定部の判定結果と前記電流検出部による検出結果とに基づいて、前記充電動作と前記放電動作とを切り換えるように前記充放電部を制御することを特徴とする。
本発明によれば、電源装置及び負荷装置の接続方向に応じて動作を切り換えることができるので、電源装置と負荷装置とを第1の接続端子と第2の接続端子のどちらに接続しても正しく動作させることが可能となる。このため、電源装置と負荷装置を蓄電装置の左右どちらに設置しても、短い距離の配線で各装置を接続することができる。すなわち、電源装置と負荷装置との間に蓄電装置がユニット的に接続される場合に各装置間の配線距離を短くすることに適した蓄電装置を提供できる。
以下に、本発明にかかる蓄電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
実施の形態1にかかる蓄電装置100について説明する前に、基本の形態にかかる蓄電装置の構成について図10を用いて説明する。図10は、基本の形態にかかる蓄電装置1の構成を示す図である。
実施の形態1にかかる蓄電装置100について説明する前に、基本の形態にかかる蓄電装置の構成について図10を用いて説明する。図10は、基本の形態にかかる蓄電装置1の構成を示す図である。
蓄電装置1は、電源装置2と負荷装置3との間に接続される。すなわち、電源装置2、蓄電装置1、及び負荷装置3は、互いに独立したユニットとして構成されており、この順にシリアルに接続される。すなわち、電源装置2、蓄電装置1、及び負荷装置3を有するシステム4において、蓄電装置1は、電源装置2と負荷装置3との間にユニット的に挿入されて接続される。
電源装置2は、直流電力を蓄電装置1へ供給する。電源装置2は、例えば3相交流電源31(図2参照)及びAC−DCコンバータを有し、AC−DCコンバータは、例えば、図2に示すように、ダイオードブリッジによる整流回路32、及び平滑コンデンサ33を有する。電源装置2は、3相交流電源31で交流電力を発生させ、AC−DCコンバータを用いて交流電力を直流電力へ変換し、変換された直流電力を蓄電装置1へ供給する。
負荷装置3は、蓄電装置1を介して直流電力を受け、直流電力に対する負荷となる。負荷装置3は、電源装置2から蓄電装置1を介して供給される直流電力によって駆動されるものである。負荷装置3は、例えば、図3に示すように、(例えば3相交流の)モータ34と、モータ34を駆動するインバータ回路35とを有し、直流電力を蓄電装置1から受けたら、インバータ回路35を用いて直流電力を交流電力へ変換し、変換された交流電力をモータ34に供給することで、モータ34を駆動する。
蓄電装置1は、電源装置2から供給された直流電力を負荷装置3へ供給する。このとき、蓄電装置1は、負荷装置3へ供給する直流電力に余剰分が生じたときに余剰分の電力を蓄積する。蓄電装置100は、例えば、モータを駆動するような負荷装置3においてモータの回生エネルギが生じた場合に、その回生エネルギを受け取って蓄電する。また、蓄電装置100は、負荷装置3へ供給する直流電力に不足分が生じたときにその蓄積した電力を負荷装置3へ供給する。
具体的には、蓄電装置1は、電源接続端子11、負荷接続端子12、母線L1p、L1n、接続線CL1p、CL1n、電流検出部15、接続線CL11p、CL11n、蓄電部13、充放電部14、及び制御部16を備える。
電源接続端子11は、電源装置2が接続されるように設計された端子である。負荷接続端子12は、負荷装置3が接続されるように設計された端子である。電源接続端子11は、P側端子11p及びN側端子11nを有し、P側端子11p及びN側端子11nのそれぞれは、例えば、電源装置2が接続されるようにカスタマイズされた形状や仕様を有する。負荷接続端子12は、P側端子12p及びN側端子12nを有し、P側端子12p及びN側端子12nのそれぞれは、例えば、負荷装置3が接続されるようにカスタマイズされた形状や仕様を有する。
母線L1p、L1nは、電源接続端子11と負荷接続端子12とを接続する。すなわち、P側母線L1pは、P側端子11pとP側端子12pとを接続する。N側母線L1nは、N側端子11nとN側端子12nとを接続する。また、母線L1p、L1nは、接続ノードCN1p、CN1nで接続線CL1p、CL1nに接続されている。すなわち、P側母線L1pは、P側接続ノードCN1pでP側接続線CL1pに接続されている。N側母線L1nは、N側接続ノードCN1nでP側接続線CL1nに接続されている。
接続線CL1p、CL1nは、一端が接続ノードCN1p、CN1nに接続され、他端が充放電部14に接続されている。すなわち、P側接続線CL1pは、一端がP側接続ノードCN1pに接続され、他端が充放電部14に接続されている。N側接続線CL1nは、一端がN側接続ノードCN1nに接続され、他端が充放電部14に接続されている。
電流検出部15は、負荷装置3に流入する電流の値を検出する。電流検出部15は、例えば電流検出器15a(例えば、カレントトランス)を有し、電流検出器15aは、例えば、P側母線L1pにおけるP側接続ノードCN1pとP側端子12pとの間に設けられる。電流検出器15aは、例えば、P側接続ノードCN1pからP側端子12pへ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、電流検出器15aは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。電流検出部15は、検出結果を制御部16へ供給する。
接続線CL11p、CL11nは、一端が充放電部14に接続され、他端が蓄電部13に接続されている。
蓄電部13は、母線L1p、L1n、接続線CL1p、CL1n、充放電部14、及び接続線CL11p、CL11nを介して供給された電力が充電され、充電された電力を蓄積する。また、蓄電部13に蓄積された電力は、充放電部14により放電される。蓄電部13は、例えば、コンデンサ13a(図7参照)を有する。
充放電部14は、母線L1p、L1nと蓄電部13との間に接続されている。すなわち、充放電部14は、接続線CL1p、CL1nを介して母線L1p、L1nに接続されているとともに、接続線CL11p、CL11nを介して蓄電部13に接続されている。充放電部14は、制御部16による制御のもと、充電動作と放電動作とを排他的に行う。充電動作は、電源接続端子11から母線L1p、L1nを介して供給された電力を蓄電部13に充電する動作である。放電動作は、蓄電部13に充電された電力を、母線L1p、L1nを介して負荷接続端子12に放電する動作である。
充放電部14は、例えば、昇降圧チョッパを有し、昇降圧チョッパは、例えば図7に示すように、直列に接続された2つのスイッチング素子41、42とこれらに逆並列に接続されたダイオード43、44、および、インダクタンス45とを有する。
制御部16は、充電動作と放電動作とを切り換えるように充放電部14を制御する。
例えば、制御部16は、スイッチング素子42をオフ状態に維持しながらスイッチング素子41をオンオフすることで、充放電部14を降圧チョッパとして動作させ、蓄電部13に電力を充電する充電動作を行わせる。すなわち、制御部16は、スイッチング素子42をオフ状態に維持しながらスイッチング素子41をオンすることで接続線CL1pからインダクタンス45に電流が流れ込むようにし、電流に応じたエネルギーをインダクタンス45に蓄える。制御部16は、スイッチング素子42をオフ状態に維持しながらスイッチング素子41をオフすることで、インダクタンス45が電流を保とうとして起電力を発生させ、インダクタンス45からコンデンサ13aへ向かう誘導電流を流し、インダクタンス45に蓄えられたエネルギーをコンデンサ13aに充電する。
例えば、制御部16は、スイッチング素子41をオフ状態に維持しながらスイッチング素子42をオンオフすることで、充放電部14を昇圧チョッパとして動作させ、蓄電部13に充電された電力を放電する放電動作を行わせる。すなわち、制御部16は、スイッチング素子41をオフ状態に維持しながらスイッチング素子42をオンすることでコンデンサ13aからインダクタンス45に電流が流れ込むようにし、電流に応じたエネルギーをインダクタンス45に蓄える。制御部16は、スイッチング素子41をオフ状態に維持しながらスイッチング素子42をオフすることで、インダクタンス45が電流を保とうとして起電力を発生させ、インダクタンス45から接続線CL1pへ向かう誘導電流を流し、インダクタンス45に蓄えられたエネルギーを接続線CL1pに放電する。
また、制御部16は、このような制御、すなわち充電動作と放電動作とを切り換えるように充放電部14を制御することを、電流検出部15による検出結果に基づいて行う。
例えば、制御部16は、電流検出部15による検出結果、すなわち負荷装置3に流入する電流(負荷電流IL)の検出値が、電源装置2の電源容量に対応した閾値Ithより小さい場合、すなわち、電源容量に余裕がある負荷状態の場合に、電源装置2から供給される電気エネルギーの一部を蓄電部13に充電するように充放電部14を制御する。逆に、例えば、制御部16は、負荷装置3に流入する電流(負荷電流IL)の検出値が閾値Ithより大きくなり、電源装置2の電源容量が不足する場合に、蓄電部13に充電された電気エネルギーを放電するように充放電部14を制御し、電源装置2の容量不足分を補う。これにより、電源容量に余裕のある時に充電した電力を高負荷時に放電して電源容量不足を補うことが可能となる。このため、電源から見た負荷変動を平準化することができ、電源容量の低減が可能となる。
また、負荷装置3が回生動作している場合には、電流検出部15で検出される負荷電流ILの方向に基づいて回生動作中であることを検出して、回生電力を蓄電部13に充電するように充放電部14を制御する。蓄電した回生電力を力行時に負荷装置3に供給することで、回生電力を有効に使用することができ、電源装置2からの供給電力量を低減させることが可能となる。このように、変動する負荷状態を負荷電流ILの大きさで検出し負荷状態に応じて蓄電部13の充放電を制御することにより、電源容量の低減や回生電力の有効利用が可能となる。
図11は、このような電源装置2、蓄電装置1、及び負荷装置3をそれぞれ独立のユニットとして構成し、これらを横に並べて設置した場合の配置関係の一例を示す図である。図11に示す場合、蓄電装置1の筐体1a上において、電源装置2が接続されるための電源接続端子11が電源装置2側に配され、負荷装置3が接続されるための負荷接続端子12が負荷装置3側に配されている。すなわち、電源装置2が、蓄電装置1における電源接続端子11側(図11中左側)に位置し、負荷装置3が、蓄電装置1における負荷接続端子12側(図11中右側)に位置している。このため、図11に示すように、電源装置2を蓄電装置1に接続するための配線L2p、L2nを短くでき、負荷装置3を蓄電装置1に接続するための配線L3p、L3nを短くできる。
一方、図11における電源装置2と負荷装置3との設置位置を入れ替えた場合の配置関係の一例を図12に示す。図12に示す場合、蓄電装置1の筐体1a上において、電源装置2が接続されるための電源接続端子11が負荷装置3側に配され、負荷装置3が接続されるための負荷接続端子12が電源装置2側に配されている。すなわち、電源装置2が、蓄電装置1における電源接続端子11の反対側(図11中右側)に位置し、負荷装置3が、蓄電装置1における負荷接続端子12の反対側(図11中左側)に位置している。このため、図12に示すように、電源装置2を蓄電装置1に接続するための配線L2p’、L2n’が長くなり、負荷装置3を蓄電装置1に接続するための配線L3p’、L3n’が長くなる傾向にある。
つまり、電源装置2、蓄電装置1、負荷装置3をそれぞれ独立のユニットとして構成し、蓄電装置1の両端に接続端子11、12を設けた場合、これらユニットの設置位置の位置関係が蓄電装置1の設計時に予定されたものと逆になると、配線L2p’、L2n’、L3p’、L3n’を引き回して、蓄電装置1における各ユニットの設置位置と逆側の接続端子に接続することになり、各ユニット間の配線距離が長くなる可能性がある。配線距離が長くなると、直流母線のインピーダンスが増大し、母線電圧の跳ね上がり現象などの望ましくない現象が生じてしまう。
また、図12に示すように、電源装置2を蓄電装置1に接続するための配線L2p’、L2n’と負荷装置3を蓄電装置1に接続するための配線L3p’、L3n’とが互に入り組んだ複雑なものになってしまう。すなわち、各ユニットを逆側の接続端子に接続することから、配線が複雑となり、誤配線の可能性も増大する。
仮に、電源装置2、蓄電装置1、負荷装置3の設置位置が図12に示す位置である場合に、電源装置2を負荷接続端子12に接続し、負荷装置3を電源接続端子11に接続してしまうと、電流検出部15による検出値を正しく認識できないことなどにより蓄電装置1の充放電制御が逆になるなど、システム4を正常に運転できなくなる可能性がある。
そこで、実施の形態1では、かかる問題点を解決するために、蓄電装置100の両端の接続端子111、112を電源装置2及び負荷装置3のどちらでも接続できるようにし、接続端子111、112への電源装置2及び負荷装置3の接続方向を判定して、判定結果に応じて蓄電装置1の充放電制御を行う。以下、実施の形態1にかかる蓄電装置100について、基本の形態にかかる蓄電装置と異なる点を中心に説明する。
具体的には、図1に示すように、蓄電装置100は、電源接続端子11及び負荷接続端子12(図10参照)に代えて第1の接続端子111及び第2の接続端子112を備える。
第1の接続端子111には、電源装置2及び負荷装置3のいずれか一方が接続され、第2の接続端子112には、電源装置2及び負荷装置3の他方が接続される。図1では、第1の接続端子111に電源装置2が接続され、第2の接続端子112に負荷装置3が接続される場合が例示的に示されている。
例えば、第1の接続端子111は、P側端子111p及びN側端子111nを有し、P側端子111p及びN側端子111nのそれぞれは、例えば、電源装置2及び負荷装置3のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。第2の接続端子112は、P側端子112p及びN側端子112nを有し、P側端子112p及びN側端子112nのそれぞれは、例えば、電源装置2及び負荷装置3のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。
また、蓄電装置100は、電流検出部15(図10参照)に代えて電流検出部115を備える。電流検出部115は、第1の電流I1と第2の電流I2と第3の電流I3とのうち、少なくとも2つを検出する。第1の電流I1は、第1の接続端子111から母線L101pへ流入する電流である。第2の電流I2は、第2の接続端子112から母線L101pへ流入する電流である。第3の電流I3は、母線L101pから充放電部14に流入する電流である。
例えば、電流検出部115は、第1の電流検出器115aと第2の電流検出器115bと第3の電流検出器115cとを有する。
第1の電流検出器115aは、母線L101pにおける第1の接続端子111と接続ノードCN101pとの間に設けられている。第1の電流検出器115aは、第1の接続端子111から母線L101pへ流入する第1の電流I1の値を検出する。第1の電流検出器115aは、P側端子111pから接続ノードCN101pへ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、第1の電流検出器115aは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。第1の電流検出器115aは、検出結果を制御部116へ供給する。
第2の電流検出器115bは、母線L101pにおける第2の接続端子112と接続ノードCN101pとの間に設けられている。第2の電流検出器115bは、第2の接続端子112から母線L101pへ流入する第2の電流I2の値を検出する。第2の電流検出器115bは、P側端子112pから接続ノードCN101pへ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、第2の電流検出器115bは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。第2の電流検出器115bは、検出結果を制御部116へ供給する。
第3の電流検出器115cは、接続線CL1pに設けられている。第3の電流検出器115cは、母線L101pから充放電部14に流入する第3の電流I3を検出する。第3の電流検出器115cは、接続ノードCN101pから充放電部14へ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、第3の電流検出器115cは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。第3の電流検出器115cは、検出結果を制御部116へ供給する。
なお、第1の電流検出器115aで検出された第1の電流I1の値をIa、第2の電流検出器115bで検出された第2の電流I2の値をIb、第3の電流検出器115cで検出された第3の電流I3の値をIcとすると、下記の数式1の関係がある。
Ia+Ib=Ic・・・数式1
Ia+Ib=Ic・・・数式1
このため、第1の電流I1と第2の電流I2と第3の電流I3とのうち2つが測定できれば、残りの1つを数式1で求めることができる。すなわち、本実施の形態では電流検出器を3個用いているが、必ずしも3個必要なわけではなく、3個中の任意の2個で電流検出部115を構成することも可能である。
また、蓄電装置100は、制御部16(図10参照)に代えて制御部116を備え、接続方向判定部117をさらに備える。制御部116は、その制御内容が制御部16と異なる。すなわち、システム104の電源投入時には、蓄電装置100に蓄えられた電気エネルギーの残量が空の場合、蓄電装置100から放電することができない可能性がある。そこで、制御部116は、電源投入後の初期化時に蓄電部13を予備的に充電する予備充電を行う。そして、電流検出部115は、予備充電時における第1の電流I1、第2の電流I2、及び第3の電流I3の少なくとも2つを検出する。接続方向判定部117は、予備充電時における第1の電流I1、第2の電流I2、及び第3の電流I3の少なくとも2つに基づいて、第1の接続端子111及び第2の接続端子112のいずれから母線L101p、L101nへ電流が流入しているかを判定する。そして、接続方向判定部117は、第1の接続端子111及び第2の接続端子112のうち母線L101p、L101nへ電流が流入していると判定された方の端子に電源装置2が接続されていると判定する。
具体的には、蓄電装置100におけるこれらの動作は、図4に示すように行われる。図4は、第1の接続端子111及び第2の接続端子112への電源装置2及び負荷装置3の接続方向の判定手順を示すフローチャートである。
まず、蓄電装置100に電源が投入されると、ステップS1において、制御部116は、充放電部14が充電動作するように制御し、蓄電部13に予備充電する。
ステップS2において、接続方向判定部117は、第1の電流検出器115a及び第2の電流検出器115bにより検出される電流値を監視する。すなわち、接続方向判定部117は、第1の電流I1及び第2の電流I2のそれぞれの大きさ及び方向を監視する。
ステップS3において、接続方向判定部117は、予備充電のための充電電流(第1の電流I1)が第1の電流検出器115aにより検出されるかどうかを判断する。接続方向判定部117は、第1の電流検出器115aで充電電流が検出された場合(ステップS3でYes)、処理をステップS4に進め、第1の電流検出器115aで充電電流が検出されなかった場合(ステップS3でNo)、処理をステップS5に進める。
ステップS4において、接続方向判定部117は、第1の電流検出器115aで充電電流が検出されたので、第1の接続端子111に電源装置2が接続されている(図5参照)と判定する。接続方向判定部117は、判定結果を制御部116へ供給する。これにより、制御部116は、第1の接続端子111に電源装置2が接続されており、第2の接続端子112に負荷装置3が接続されていることを認識できる。
ステップS5において、接続方向判定部117は、第1の電流検出器115aで充電電流が検出されなかったので、すなわち、第2の電流検出器115bで充電電流が検出されたので、第2の接続端子112に電源装置2が接続されている(図6参照)と判定する。接続方向判定部117は、判定結果を制御部116へ供給する。これにより、制御部116は、第2の接続端子112に電源装置2が接続されており、第1の接続端子111に負荷装置3が接続されていることを認識できる。
次に、予備充電時の電流の流れについて説明する。
図5に示すように、第1の接続端子111に電源装置2が接続され第2の接続端子112に負荷装置3が接続された場合、電源装置2からの充電電流は、白抜き矢印のように、第1の接続端子111から蓄電装置100に流入し、第1の電流検出器115a、第3の電流検出器115cを通って充放電部14に流れる。
一方、図6に示すように、第2の接続端子112に電源装置2が接続され第1の接続端子111に負荷装置3が接続された場合、電源装置2からの充電電流は、白抜き矢印のように、第2の接続端子112から蓄電装置100に流入し、第2の電流検出器115b、第3の電流検出器115cを通って充放電部14に流れる。
図5及び図6を比較することで理解されるように、予備充電時の充電電流が第1の電流検出器115aと第2の電流検出器115bのいずれで検出されるかを調べることによって、第1の接続端子111と第2の接続端子112のいずれに電源装置2が接続されているかを判定することができる。
このようにして、接続方向判定部117で第1の接続端子111と第2の接続端子112のどちらに電源装置2が接続されているかが判定されると、その判定結果と電流検出部115で検出される電流値とに基づいて、制御部116は充放電部の制御を行う。
例えば、図5で示すように第1の接続端子111に電源装置2が接続され第2の接続端子112に負荷装置3が接続されている場合、制御部116は、第2の電流検出器115bで検出される電流を負荷電流ILと見做して、以下のように充放電部14を制御する。すなわち、制御部116は、第2の電流検出器115bで検出される負荷電流ILが電源装置2の電源容量に対応した閾値Ithよりも小さい場合は、充放電部14を充電動作するように制御し、電源装置2から供給される電気エネルギの一部を蓄電部13に充電する。
また、制御部116は、第2の電流検出器115bで検出される負荷電流ILの方向から負荷装置3が回生モードで動作しているか否かを判断し、回生モードで動作している場合、充放電部14に充電動作させ、負荷装置3から供給される回生電流を蓄電部13に充電する。
一方、制御部116は、第2の電流検出器115bで検出される負荷電流ILが電源装置2の電源容量に対応した閾値Ithよりも大きい場合、充放電部14を放電動作するように制御し、電源装置2の電源容量の不足分を蓄電部13の放電電流で補うように動作させる。
例えば、図6で示すように第2の接続端子112に電源装置2が接続され第1の接続端子111に負荷装置3が接続されている場合、制御部116は、第1の電流検出器115aで検出される電流を負荷電流ILと見做して、以下のように充放電部14を制御する。すなわち、制御部116は、第1の電流検出器115aで検出される負荷電流ILが電源装置2の電源容量に対応した閾値Ithよりも小さい場合は、充放電部14を充電動作するように制御し、電源装置2から供給される電気エネルギーの一部を蓄電部13に充電する。
また、制御部116は、第1の電流検出器115aで検出される負荷電流ILの方向から負荷装置3が回生モードで動作しているか否かを判断し、回生モードで動作している場合、充放電部14に充電動作させ、負荷装置3から供給される回生電流を蓄電部13に充電する。
一方、制御部116は、第1の電流検出器115aで検出される負荷電流ILが電源装置2の電源容量に対応した閾値Ithよりも大きい場合、充放電部14を放電動作するように制御し、電源装置2の電源容量の不足分を蓄電部13の放電電流で補うように動作させる。
以上のように、実施の形態1では、蓄電装置100において、第1の接続端子111が電源装置2及び負荷装置3の一方が接続されるように構成され、第2の接続端子112が電源装置2及び負荷装置3の他方が接続されるように構成されている。そして、接続方向判定部117は、第1の接続端子111に電源装置2及び負荷装置3のいずれが接続されているかを判定する。制御部116は、接続方向判定部117による判定結果と電流検出部115による検出結果とに基づいて、充電動作と放電動作とを切り換えるように充放電部14を制御する。これにより、電源装置2及び負荷装置3の接続方向に応じて動作を切り換えることができるので、電源装置2と負荷装置3とを第1の接続端子111と第2の接続端子112のどちらに接続しても正しく動作させることが可能となる。すなわち、電源装置2と負荷装置3との間に蓄電装置100がユニット的に接続される場合に各装置間の配線距離を短くすることに適した蓄電装置100を提供できる。
また、実施の形態1では、電源装置2と負荷装置3とを第1の接続端子111と第2の接続端子112のどちらに接続しても正しく動作させることが可能となるので、各ユニットを逆側の接続端子に接続するなどの複雑な配線(図12参照)が不要となり、誤配線の可能性を減らすことができる。
また、実施の形態1では、蓄電装置100において、第1の接続端子111が電源装置2及び負荷装置3の一方が接続されるように構成され、第2の接続端子112が電源装置2及び負荷装置3の他方が接続されるように構成されている。例えば、第1の接続端子111は、P側端子111p及びN側端子111nを有し、P側端子111p及びN側端子111nのそれぞれは、例えば、電源装置2及び負荷装置3のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。第2の接続端子112は、P側端子112p及びN側端子112nを有し、P側端子112p及びN側端子112nのそれぞれは、例えば、電源装置2及び負荷装置3のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。
また、実施の形態1では、電流検出部115が、第1の接続端子111から母線L101pへ流入する第1の電流I1と、第2の接続端子112から母線L101pへ流入する第2の電流I2と、母線L101pから充放電部14に流入する第3の電流I3とのうち、少なくとも2つを検出する。これにより、電源装置2と負荷装置3とを第1の接続端子111と第2の接続端子112のどちらに接続した場合でも、負荷装置3に流入する負荷電流を検出でき、制御部116に供給でき、制御部116による充電動作と放電動作との切り替え制御が適正に行われるようにすることができる。
また、実施の形態1では、電流検出部115が、母線L101pにおける第1の接続端子111と接続ノードCN101pとの間に設けられた第1の電流検出器115aと、母線L101pにおける第2の接続端子112と接続ノードCN101pとの間に設けられた第2の電流検出器115bと、接続線CL1pに設けられた第3の電流検出器115cとのうち少なくとも2つの電流検出器を有する。これにより、第1の接続端子111から母線L101pへ流入する第1の電流I1と、第2の接続端子112から母線L101pへ流入する第2の電流I2と、母線L101pから充放電部14に流入する第3の電流I3とのうち、少なくとも2つを検出することができる。
また、実施の形態1では、制御部116が、電源投入後の初期化時に蓄電部13を予備的に充電する予備充電を行う。電流検出部115は、予備充電時における第1の電流I1、第2の電流I2、及び第3の電流I3の少なくとも2つを検出する。接続方向判定部117は、予備充電時における第1の電流I1、第2の電流I2、及び第3の電流I3の少なくとも2つに基づいて、第1の接続端子111及び第2の接続端子112のいずれから母線L101pへ電流が流入しているかを判定し、第1の接続端子111及び第2の接続端子112のうち母線L101pへ電流が流入していると判定された方の端子に電源装置2が接続されていると判定する。これにより、第1の接続端子111及び第2の接続端子112への電源装置2及び負荷装置3の接続方向を自動で判定することができる。この結果、電源装置2と負荷装置3との間に蓄電装置100がユニット的に接続される場合に、各装置の接続構成を設定することなく、システム4の運転を開始することができるので、ユーザの設定項目を削減でき、ユーザの利便性を向上できる。また、ユーザによる誤設定を防止できるので、システム4の運用の安全性を向上できる。
また、実施の形態1では、システム4の電源投入直後に蓄電装置100へ予備充電を行うので、例えば、負荷装置3の運転開始1回目から蓄電装置100による負荷装置3への放電を行うことができ、システム4の運用の利便性を向上できる。
実施の形態2.
実施の形態2にかかる蓄電装置100iについて説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態2にかかる蓄電装置100iについて説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態1では、電源投入時に予備充電を行い、接続方向判定部117が電流検出部115で検出される予備充電電流に基づいて接続方向を判定しているが、実施の形態2では、接続方向を設定するパラメータ値を予め記憶しておき、このパラメータ値を読み込むことで接続方向を判定する。
具体的には、蓄電装置100iは、図8に示すように、操作部118i及び記憶部119iをさらに備える。操作部118iは、第1の接続端子111及び第2の接続端子112への電源装置2及び負荷装置3の接続方向を目視したユーザ又は作業者から、接続方向を設定するパラメータ値の入力を受け付ける。操作部118iは、例えば第1の接続端子111に電源装置2が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第1のパラメータ値の入力を受け付ける。操作部118iは、例えば第2の接続端子112に電源装置2が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第2のパラメータ値の入力を受け付ける。操作部118iは、受け付けたパラメータ値を記憶部119iに記憶しておく。
接続方向判定部117は、記憶部119iを参照し、パラメータ値を取得する。接続方向判定部117は、そのパラメータ値に基づいて、第1の接続端子111に電源装置2と負荷装置3とのいずれが接続されているかを判定する。接続方向判定部117は、取得したのが第1のパラメータ値である場合、第1の接続端子111に電源装置2が接続されていると判定し、取得したのが第2のパラメータ値である場合、第1の接続端子111に負荷装置3が接続されていると判定する。
このように、実施の形態2では、電源投入後の初期化時以外のタイミングなど、ユーザ又は作業者が意図したタイミングで接続方向の判定を行うことができる。
なお、蓄電装置100jは、図9に示すように、記憶部119iに代えてスイッチ119jを備えてもよい。この場合、操作部118j(例えば、ボタン又はツマミなど)は、例えば第1の接続端子111に電源装置2が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第1の位置に操作される。操作部118jは、例えば第2の接続端子112に電源装置2が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第2の位置に操作される。例えば、スイッチ119jは、操作部118jが第1の位置にあることを認識したら、例えば第1の接続端子111に電源装置2が接続されていることを示す第1の状態に設定し、操作部118jが第2の位置にあることを認識したら、例えば第2の接続端子112に電源装置2が接続されていることを示す第2の状態に設定する。接続方向判定部117は、スイッチ119jの設定状態に基づいて、第1の接続端子111に電源装置2と負荷装置3とのいずれが接続されているかを判定する。接続方向判定部117は、スイッチ119jが第1の状態に設定されている場合、第1の接続端子111に電源装置2が接続されていると判定し、スイッチ119jが第2の状態に設定されている場合、第2の接続端子112に電源装置2が接続されていると判定する。
この場合も、電源投入後の初期化時以外のタイミングなど、ユーザ又は作業者が意図したタイミングで接続方向の判定を行うことができる。
以上のように、本発明にかかる蓄電装置は、負荷装置への電力の供給に有用である。
1 蓄電装置
2 電源装置
3 負荷装置
11 電源接続端子
12 負荷接続端子
13 蓄電部
14 充放電部
15 電流検出部
16 制御部
31 3相交流電源
32 整流回路
33 平滑コンデンサ
34 モータ
35 インバータ回路
41 スイッチング素子
42 スイッチング素子
43 ダイオード
44 ダイオード
45 インダクタンス
100 蓄電装置
100i 蓄電装置
111 第1の接続端子
112 第2の接続端子
115 電流検出部
115a 第1の電流検出器
115b 第2の電流検出器
115c 第3の電流検出器
116 制御部
117 接続方向判定部
118i 操作部
118j 操作部
119i 記憶部
119j スイッチ
CN101p 接続ノード
CN101n 接続ノード
L101p 母線
L101n 母線
2 電源装置
3 負荷装置
11 電源接続端子
12 負荷接続端子
13 蓄電部
14 充放電部
15 電流検出部
16 制御部
31 3相交流電源
32 整流回路
33 平滑コンデンサ
34 モータ
35 インバータ回路
41 スイッチング素子
42 スイッチング素子
43 ダイオード
44 ダイオード
45 インダクタンス
100 蓄電装置
100i 蓄電装置
111 第1の接続端子
112 第2の接続端子
115 電流検出部
115a 第1の電流検出器
115b 第2の電流検出器
115c 第3の電流検出器
116 制御部
117 接続方向判定部
118i 操作部
118j 操作部
119i 記憶部
119j スイッチ
CN101p 接続ノード
CN101n 接続ノード
L101p 母線
L101n 母線
Claims (4)
- 直流電力を供給する電源装置と負荷装置との間に接続される蓄電装置であって、
前記電源装置及び前記負荷装置の一方が接続される第1の接続端子と、
前記電源装置及び前記負荷装置の他方が接続される第2の接続端子と、
前記第1の接続端子と前記第2の接続端子とを接続する母線と、
前記母線を介して供給された電力が充電される蓄電部と、
前記母線と前記蓄電部との間に接続された充放電部と、
前記充放電部の動作を制御する制御部と、
前記第1の接続端子から前記母線へ流入する第1の電流と、前記第2の接続端子から前記母線へ流入する第2の電流と、前記母線から前記充放電部に流入する第3の電流とのうち、少なくとも2つの電流の大きさと向きを検出する電流検出部と、
前記少なくとも2つの電流の大きさと向きに基づいて前記第1の接続端子および前記第2の接続端子のうちのいずれに前記電源装置が接続されているかを判定する接続方向判定部と、
を備え、
前記充放電部は、前記第1の接続端子又は前記第2の接続端子から前記母線を介して供給された電力を前記蓄電部に充電する充電動作と、前記蓄電部に充電された電力を前記母線を介して前記第1の接続端子又は前記第2の接続端子に放電する放電動作とを排他的に行い、
前記制御部は、前記接続方向判定部による判定結果と前記電流検出部による検出結果とに基づいて、前記充電動作と前記放電動作とを切り換えるように前記充放電部を制御する
ことを特徴とする蓄電装置。 - 一端が前記母線における接続ノードに接続され、他端が前記充放電部に接続された接続線をさらに備え、
前記電流検出部は、
前記母線における前記第1の接続端子と前記接続ノードとの間に設けられた第1の電流検出器と、
前記母線における前記第2の接続端子と前記接続ノードとの間に設けられた第2の電流検出器と、
前記接続線に設けられた第3の電流検出器と、
のうち少なくとも2つの電流検出器を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記第1の接続端子に接続すべき装置が前記電源装置または前記負荷装置のいずれであるかを設定するためのパラメータ値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記接続方向判定部は、前記記憶されたパラメータ値に基づいて、前記第1の接続端子に前記電源装置と前記負荷装置とのいずれが接続されているかを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記第1の接続端子に接続すべき装置を設定するためのスイッチをさらに備え、
前記接続方向判定部は、前記スイッチの設定状態に基づいて、前記第1の接続端子に前記電源装置と前記負荷装置とのいずれが接続されているかを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。
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