JP6047015B2 - 直流電源システム及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、整流器と充電器を備える直流電源システム及びその制御方法に関する。

負荷に直流電流を供給しつつ、蓄電池を充電する直流バックアップ電源システムが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００９−２９６７１９号公報

一般に、蓄電池の寿命を延ばすために一定電流で充電し、なるべく蓄電池から電流を出力させないことが望ましい。特許文献１の直流バックアップ電源システムは、蓄電池充電中に蓄電池の出力電圧が所定値になるまで充電器から出力される出力電流を一定に保つように制御している。このため、特許文献１の直流バックアップ電源システムには、蓄電池充電中に過負荷等で蓄電池から負荷へ応援電流が必要となった場合、蓄電池に対して一定の電流で充電ができなくなるという課題があった。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、蓄電池充電中に過負荷等で応援電流が必要となった場合でも一定の電流で蓄電池を充電し続けることができ、蓄電池からの電流出力を抑制できる直流電源システム及び制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る直流電源システム及び制御方法は、過負荷等で負荷へ応援電流が必要となった場合、充電器が蓄電池へ一定電流で充電し続けるとともに負荷へ応援電流を供給することとした。

具体的には、本発明に係る直流電源システムは、交流電力を直流電力へ変換し、給電線を介して負荷へ前記直流電力を供給する整流器と、蓄電池と前記給電線とを接続し、前記蓄電池側から前記負荷側の方向へ電流を供給するときに導通する半導体素子と、前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池の充電中に、前記整流器の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で前記充電器が動作する場合、前記充電器から前記蓄電池への充電電流を所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御し、前記蓄電池の充電中に、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、電流垂下動作により前記整流器の出力電圧の電位が前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、前記充電電流を前記所定値に保ちつつ、前記負荷側へ供給する応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御する制御器と、を備える。

本発明に係る直流電源システムの制御方法は、交流電力を直流電力へ変換し、給電線を介して負荷へ前記直流電力を供給する整流器と、蓄電池と前記給電線とを接続し、前記蓄電池側から前記負荷側の方向へ電流を供給するときに導通する半導体素子と、前記蓄電池を充電する充電器と、を備える直流電源システムの制御方法であって、前記蓄電池の充電中に、前記整流器の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で前記充電器が動作する場合、前記充電器から前記蓄電池への充電電流を所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御し、前記蓄電池の充電中に、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、電流垂下動作により前記整流器の出力電圧の電位が前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、前記充電電流を前記所定値に保ちつつ、前記負荷側へ供給する応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする。

本直流電源システムは、負荷が要求する電流が整流器の供給電流よりも大きい場合に、負荷に要求される電流の大きさに応じて充電器の出力電流を増減することで、充電器が充電電流を一定に保ちつつ応援電流を供給することができる。従って、本発明は、蓄電池充電中に過負荷等で応援電流が必要となった場合でも一定の電流で蓄電池を充電し続けることができ、蓄電池からの電流出力を抑制できる直流電源システム及び制御方法を提供することができる。

また、本発明に係る直流電源システムの前記制御器は、前記蓄電池が満充電であるときに、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、前記整流器の出力電圧の電位が電流垂下動作で前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、前記応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする。

本発明に係る直流電源システムの制御方法は、前記蓄電池が満充電であるときに、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、前記整流器の出力電圧の電位が電流垂下動作で前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、前記応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする。

蓄電池が満充電のときに応援電流が必要となった場合でも、充電器が応援電流を出力することで蓄電池からの電流出力を抑制できる直流電源システム及び制御方法を提供することができる。

さらに、本発明に係る直流電源システムの前記制御器は、前記蓄電池の充電中に、前記充電器の電流垂下動作を利用して前記充電器の出力電流設定値を変更することで、前記充電電流を前記所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする。

本発明に係る直流電源システムの制御方法は、前記蓄電池の充電中に、前記充電器の電流垂下動作を利用して前記充電器の出力電流設定値を変更することで、前記充電電流を前記所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする。

蓄電池への充電電流を一定に保つために充電器の出力電流設定値を調整して電流垂下動作を利用する。

また、本発明に係る直流電源システムの前記制御器は、前記充電器の出力電流設定値が上限を超えたときに、前記蓄電池への充電電流を確認し、前記充電電流が予め設定された設計値以下の場合に充電制御を終了し、前記充電電流が前記設計値より大きい場合に充電制御を継続することを特徴とする。

本発明に係る直流電源システムの制御方法は、前記充電器の出力電流設定値が上限を超えたときに、前記蓄電池への充電電流を確認し、前記充電電流が予め設定された設計値以下の場合に充電制御を終了し、前記充電電流が前記設計値より大きい場合に充電制御を継続することを特徴とする。

負荷に定電力供給する場合、直流電源システムが充電制御の開始と終了を繰り返す動作不安定な状況になることを回避することができる。

さらに、本発明に係る直流電源システムの前記制御器は、前記蓄電池が満充電により充電制御を終了した後、前記充電器の出力電流設定値を定格電流値にして前記充電器を待機させることを特徴とする。

本発明に係る直流電源システムの制御方法は、前記蓄電池が満充電により充電制御を終了した後、前記充電器の出力電流設定値を定格電流値にして前記充電器を待機させることを特徴とする。

充電器から必要に応じてすぐに負荷へ応援電流を流すことができるので、直流電源システムの信頼性を向上させることができる。また蓄電池からの電流出力を抑制できる。

本発明は、蓄電池充電中に過負荷等で応援電流が必要となった場合でも一定の電流で蓄電池を充電し続けることができ、蓄電池からの電流出力を抑制できる直流電源システム及び制御方法を提供することができる。

本発明に係る直流電源システムを説明するブロック図である。 本発明に係る直流電源システムが行う充電器の制御フローである。 充電器の電流垂下動作を説明する図である。 整流器の電流垂下動作を説明する図である。 通常時の制御器の動作を説明する図である。 応援時の制御器の動作を説明する図である。 本発明に係る直流電源システムを説明するブロック図である。 本発明に係る直流電源システムを説明するブロック図である。 本発明に係る直流電源システムが行う充電器の制御フローである。 充電器の電流垂下動作と定電力垂下動作を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１は、本実施形態の直流電源システム３０１を説明するブロック図である。直流電源システム３０１は、交流電源１０１からの交流電力を直流電力へ変換し、給電線Ｗ１、Ｗ２を介して負荷１０２へ直流電力を供給する整流器１１と、蓄電池１０３と給電線Ｗ１とを接続し、蓄電池１０３側から負荷１０２側の方向へ電流を供給するときに導通する半導体素子１２と、蓄電池１０３を充電する充電器１３と、蓄電池１０３の充電中に、整流器１１の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で充電器１３が動作する場合、充電器１３から蓄電池１０３への充電電流Ｉｅを所定値に保つように充電器１３の出力電流を制御し、蓄電池１０３の充電中に、負荷１０２が整流器１１の供給する電流より大きい電流を要求し、電流垂下動作により整流器１１の出力電圧の電位が充電器１３の出力電圧の電位より小さくなり半導体素子１２が導通する場合、充電電流Ｉｅを所定値に保ちつつ、負荷１０２側へ供給する応援電流Ｉｃを充電器１３に出力させるように充電器１３の出力電流Ｉｄを制御する制御器（不図示）と、を備える。整流器１１や充電器１３は複数台であってもよい。なお、充電電流Ｉｅの所定値とは、蓄電池１０３の最適充電電流値Ｘであり、蓄電池１０３の容量から算出することができる。図１では、例えば、給電線Ｗ１の電圧値はプラスの値とし、給電線Ｗ２はグランド線とする。

整流器１１は、負荷１０２の要求する電流が整流器１１の供給可能な電流である定格電流値を超える場合、つまり過電流となった場合、図４のような電流垂下動作を行う。整流器１１は、出力電流Ｉａが０から定格電流値までは一定の出力電圧であるが、出力電流Ｉａが定格電流値を超えると出力電圧Ｖａが定格電圧値から低下する。

充電器１３は、要求される電流が出力電流設定値Ｉｓｅｔを超える場合、図３のような電流垂下動作を行う。充電器１３は、出力電流Ｉｄが出力電流設定値０からＩｓｅｔまでは出力電圧Ｖｄが設定出力電圧Ｖｓｅｔであるが、出力電流Ｉｄが出力電流設定値Ｉｓｅｔを超えると出力電圧ＶｄがＶｓｅｔよりも低下する。なお、出力電流設定値Ｉｓｅｔは可変である。

例えば、半導体素子１２は、蓄電池１０３側から負荷１０２側の方向へ電流を供給するときに導通するダイオードである。以下の説明では、半導体素子１２がダイオード１２である場合で説明する。図１では、給電線Ｗ１の電圧値はプラス値とするので、ダイオード１２のアノードは充電器１３と蓄電池１０３との接続点Ｐ１側に接続される。ダイオード１２が導通した場合に、充電器１３からダイオード１２、負荷１０２、充電器１３を通じて形成される閉ループによって応援電流Ｉｃが流れる。なお、応援電流が流れるときに充電器１３から負荷１０２に電流が流れる閉ループを形成する半導体素子であればよく、半導体素子１２はダイオードに限定されない。

例えば、制御器は、蓄電池１０３の充電中に、充電器１３の電流垂下動作を利用して充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔを変更することで、充電電流Ｉｅを所定値に保つように充電器１３の出力電流Ｉｄを制御する。

直流電源システム３０１は、通常時、応援時、満充電時にそれぞれ次の動作を行う。

［通常時］
通常時とは、負荷１０２が要求する電流が整流器１１の供給できる電流より小さい時である。通常時、整流器１１の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で充電器が動作する。整流器１１の出力電圧Ｖａが充電器１３の出力電圧Ｖｄ、すなわち接続点Ｐ１の電圧より高く設定されるので、通常時はダイオード１２は導通しない。充電器１３から負荷１０２に電流が流れる閉ループが形成されないので、充電器１３から負荷１０２へ流れる応援電流Ｉｃは０である。つまり、整流器１１のみが負荷１０２へ電流を供給し、整流器１１の出力電流Ｉａは負荷１０２が要求する負荷電流Ｉｂに等しい。一方、充電器１３は、蓄電池１０３の充電が必要な場合、充電電流Ｉｅで充電する。通常時、応援電流Ｉｃ＝０であるので充電器１３の出力電流Ｉｄと充電電流Ｉｅは等しい。

図５を用いて通常時の制御器の具体的動作をより詳細に説明する。図５は、通常時の充電器１３の出力電圧Ｖｄと出力電流Ｉｄとの関係を説明する図である。通常時、制御器は、充電器１３を電流垂下動作領域で動作させ、出力電流設定値Ｉｓｅｔを調整することで充電器１３の出力電流Ｉｄを制御する。

図５のＣ１は充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔ１時の垂下カーブであり、Ｃ２は充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔ２時の垂下カーブである。充電器１３の出力電圧Ｖｄが出力電圧設定値よりも小さいＶｅ１のとき、出力電流設定値Ｉｓｅｔ１とすると、Ｉｓｅｔ１の垂下カーブＣ１より、充電器１３の出力電流Ｉｄは充電電流最適値Ｘとなる。しかし、蓄電池１０３が徐々に充電されて、蓄電池１０３の電圧が上がってくると、蓄電池１０３に接続される充電器１３の出力電圧Ｖｄも上昇する。例えば、蓄電池１０３の電圧がＶｅ１からＶｅ２に上昇すると、出力電流設定値Ｉｓｅｔ１のままでは、Ｉｓｅｔ１の垂下カーブＣ１より、充電器１３の出力電流Ｉｄは充電電流最適値Ｘよりも小さい電流Ｘｓになってしまう。そこで、出力電流設定値をＩｓｅｔ１からＩｓｅｔ２に上げて、Ｉｓｅｔ２の垂下カーブＣ２を用いることにより、充電器１３の出力電流Ｉｄを充電電流最適値Ｘにすることができる。このように、蓄電池１０３の電圧が上昇して充電器１３の出力電圧Ｖｄが大きくなり、これに伴い充電器１３の出力電流Ｉｄの値が充電電流最適値Ｘよりも低下しても、出力電流設定値Ｉｓｅｔを変更して垂下カーブを移動させることで、充電器１３の出力電流Ｉｄを所定値の充電電流最適値Ｘに維持することができる。

［応援時］
応援時とは、整流器１１の故障又は負荷１０２の増加などで、負荷１０２が要求する電流値が整流器１１の出力可能な電流値を超えている時である。負荷電流Ｉｂが整流器１１の出力可能電流より大きくなった場合、整流器１１の電流垂下動作により、整流器１１の出力電圧Ｖａは低下する。整流器１１の出力電圧の電位が電流垂下動作により充電器１３の出力電圧の電位より小さくなり、整流器１１の出力電圧Ｖａよりも接続点Ｐ１の電圧の方が高くなると、ダイオード１２が導通する。ダイオード１２が導通することで充電器１３から負荷１０２に電流が流れる閉ループが形成されるため、充電器１３から負荷１０２へ不足電流分である応援電流Ｉｃが流れる。

ここで、充電器１３の出力電流Ｉｄは、出力電流Ｉｄ＝充電電流Ｉｅ＋応援電流Ｉｃの関係にある。制御器は、応援電流Ｉｃが流れることにより、例えば充電電流Ｉｅの低下を感知した場合、応援電流Ｉｃを流しつつ、充電電流Ｉｅが所定値の充電電流最適値Ｘになるように出力電流Ｉｄを指示する。応援電流Ｉｃが流れても、充電器１３の出力電流Ｉｄを増大させることで充電電流Ｉｅを一定に保つことができる。なお、負荷電流Ｉｂは変動するため、これに応じて応援電流Ｉｃも変動する。

図６を用いて応援時の制御器の具体的動作をより詳細に説明する。図６は、応援時の充電器１３の出力電圧Ｖｄと出力電流Ｉｄとの関係を説明する図である。応援時も、制御器は、充電器１３を電流垂下動作領域で動作させ、出力電流設定値Ｉｓｅｔを調整することで充電器１３の出力電流Ｉｄを制御する。

充電器１３は、出力電流設定値Ｉｓｅｔ１の垂下カーブＣ１により、出力電流Ｉｄが充電電流Ｉｅすなわち充電電流最適値Ｘ、出力電圧ＶｄがＶｅの状態のときに、応援電流Ｉｃが発生又は増加すると出力電流Ｉｄから供給される充電電流Ｉｅが充電電流最適値Ｘより小さくなる。そこで、制御器は、例えば、充電電流Ｉｅの減少を感知した場合、出力電流Ｉｄが充電電流最適値Ｘとなる充電電流Ｉｅを流しつつ応援電流Ｉｃ分も供給できるように、充電器１３の出力電流設定値ＩｓｅｔをＩｓｅｔ１−＞Ｉｓｅｔ２のように上げる。充電器１３は、Ｉｓｅｔ２の垂下カーブＣ２により、出力電圧ＶｄはＶｅで、充電電流Ｉｅの充電電流最適値Ｘと応援電流Ｉｃとを合わせた出力電流Ｉｄを供給することができる。このため、直流電源システム３０１は、応援時も充電電流Ｉｅを充電電流最適値Ｘに一定に保つことができる。

逆に、応援電流Ｉｃが減少するときについて説明する。Ｉｓｅｔ２の垂下カーブＣ２により、出力電流Ｉｄが充電電流Ｉｅの充電電流最適値Ｘ＋応援電流Ｉｃ、出力電圧ＶｄがＶｅの状態のときに、応援電流Ｉｃが減少すると、出力電流Ｉｄから流れる充電電流Ｉｅが充電電流最適値Ｘよりも増加する。そこで、制御器は、例えば、充電電流Ｉｅの増加を感知した場合、充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔを下げることで、出力電圧ＶｄはＶｅで、充電電流Ｉｅの充電電流最適値Ｘと応援電流Ｉｃとを合わせた出力電流Ｉｄを供給することができる。このため、直流電源システム３０１は、応援電流Ｉｃが発生又は増加した場合と同様に、応援電流Ｉｃが減少する場合も充電電流Ｉｅを充電電流最適値Ｘに一定に保つことができる。

直流電源システム３０１は、蓄電池１０３が充電時も充電器１３を利用して整流器１１からの供給では足りない分を応援電流Ｉｃで供給するので、装置全体の信頼性を向上させることができる。このときに、蓄電池１０３から負荷１０２への電流は供給されないので、蓄電池１０３の放電を抑制できる。また、応援電流Ｉｃの供給時も充電電流Ｉｅを一定の充電電流最適値Ｘに保つので、蓄電池１０３の長寿命化を図ることができる。

図２は、通常時及び応援時において制御器が行う充電器１３の制御フローを説明する図である。制御器は、充電制御開始（ステップＳ１１）後、充電電流Ｉｅと充電電流最適値Ｘとを比較する（ステップＳ１２）。例えば、流れている応援電流Ｉｃが減少してＩｅ＞Ｘとなった場合、制御器は充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔを下げる（ステップＳ１３）。充電器１３は、下げられた出力電流設定値の出力電流Ｉｄを出力するため、充電電流Ｉｅは充電電流最適値Ｘに近づく。

また、応援電流Ｉｃが流れ始めＩｅ≦Ｘとなった場合、制御器は充電器１３の出力電流設定値を上げる（ステップＳ１４）。充電器１３は、上げられた出力電流設定値の出力電流Ｉｄを出力するため、充電電流Ｉｅは充電電流最適値Ｘに近づく。

その後、制御器は充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔと定格電流値Ｚとを比較する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５でＩｓｅｔ≧Ｚならば、制御器は充電制御を終了し、充電器１３に設定されている出力電流設定値Ｉｓｅｔの状態で蓄電池１０３を充電させる（ステップＳ１６）。ステップＳ１３の後、又はステップＳ１５でＩｓｅｔ＜Ｚの場合、制御器はステップＳ１２へ戻り、再び充電電流Ｉｅと充電電流最適値Ｘとを比較する。

［満充電時］
制御器は、例えば、充電電流Ｉｅが所定値である充電電流最適値Ｘより小さくなった場合に、蓄電池１０３が満充電に近づいたと判断して充電制御を終了する。蓄電池１０３が満充電の場合も、充電器１３に出力電流設定値Ｉｓｅｔが設定されるが、出力電流Ｉｄ＝充電電流Ｉｅ＝０である。

制御器は、蓄電池１０３が満充電であるときに、負荷１０２が整流器１１の供給する電流より大きい電流を要求し、整流器１１の出力電圧の電位が電流垂下動作で充電器１３の出力電圧の電位より小さくなりダイオード１２が導通する場合、応援電流Ｉｃを充電器１３に出力させるように充電器１３の出力電流Ｉｄを制御する。

負荷電流Ｉｂが整流器１１の出力可能電流より大きくなった場合、整流器１１の出力電圧の電位が電流垂下動作により充電器１３の出力電圧の電位より小さくなり、接続点Ｐ１の電圧の方が高くなるとダイオード１２が導通する。このため、応援電流Ｉｃが充電器１３から負荷１０２側に出力されることになる。蓄電池１０３が満充電のときに応援電流Ｉｃが必要となった場合でも、充電器１３が応援電流Ｉｃを出力することで蓄電池１０３からの電流出力を抑制できる。

さらに、蓄電池１０３が満充電により充電制御を終了した後、充電器１３の出力電流設定値を定格電流値にして充電器１３を待機させておくことで、充電器１３から必要に応じてすぐに負荷１０２へ応援電流Ｉｃを流すことができる。蓄電池１０３が満充電時も、充電器１３を利用して整流器１１からの供給では足りない分の電流を供給することができるので、直流電源システム３０１の信頼性を向上させることができる。さらに蓄電池１０３からの電流出力を抑制できるので蓄電池１０３の長寿命を図ることができる。

なお、本実施形態では、充電電流Ｉｅを用いて説明しているが、Ｉｄ＝Ｉｅ＋Ｉｃの関係があるので、応援電流Ｉｃと出力電流Ｉｄとから充電電流Ｉｅを求めても直流電源システム３０１で説明した制御を行うことができる。

また、一般的な直流電源システムでは、負荷に応じて複数台の整流器１１を並列に接続させる構成の場合に、信頼性向上のために、故障時に対応するための予備器を備えるなどの冗長構成が採用される。本発明の直流電源システム３０１では、充電器１３を利用して整流器１１からの供給では足りない分の電流を供給することができるので、充電器１３に予備器の役割を担わせて整流器を１台余分に設ける冗長構成を採らない場合でも、信頼性を低下させずに装置全体の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。

本発明の直流電源システム及びその制御方法には、上述した給電線Ｗ１の電圧値がプラス値とする場合の他に、給電線Ｗ１の電圧値がマイナス値とする場合も含まれる。図１において、給電線Ｗ１の電圧値をマイナス値とする場合は、ダイオード１２のカソード側を充電器１３と蓄電池１０３の接続点Ｐ１側に接続する構成とすれば、満充電の場合も含め上述の本実施形態とほぼ同様となる。なお、この場合のそれぞれの電流とその方向については、整流器出力電流Ｉａと負荷電流Ｉｂは、給電線Ｗ２を通じて負荷１０２に向かって流れ、充電器１３の出力電流Ｉｄは充電器１３から接続点Ｐ２の方向へ、応援電流Ｉｃは接続点Ｐ２から給電線Ｗ２と通じて負荷１０２の方向へ、充電電流Ｉｅは接続点Ｐ２から蓄電池１０３に方向へ流れる。つまり、図１において、ダイオード１２が導通した場合に、充電器１３から負荷１０２、ダイオード１２、充電器１３を通じて形成される閉ループによって応援電流Ｉｃが流れる。また、図３から図６を用いた動作の説明等については、整流器１１、充電器１３、蓄電池１０３、接続点Ｐ１などの電圧値及び出力電圧Ｖａ、出力電圧Ｖｄなどを絶対値とすれば、上述の本実施形態の説明と同様の動作となる。

給電線Ｗ１の電圧値がマイナス値とする場合においても、給電線Ｗ１の電圧値がプラス値の場合と同様に図１を用いて説明すると、直流電源システム３０１は、蓄電池１０３の充電中に、整流器１１の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で充電器１３が動作する場合、充電器１３から蓄電池１０３への充電電流を所定値に保つように充電器１３の出力電流を制御し、蓄電池１０３の充電中に、負荷１０２が整流器１１の供給する電流より大きい電流を要求し、電流垂下動作により整流器１１の出力電圧の電位が充電器１３の出力電圧の電位より小さくなりダイオード１２が導通する場合、充電電流Ｉｅを所定値に保ちつつ、負荷１０２側へ供給する応援電流Ｉｃを充電器１３に出力させるように充電器１３の出力電流Ｉｄを制御する。蓄電池充電中に過負荷等で応援電流が必要となった場合でも一定の電流で蓄電池を充電し続けることができ、蓄電池からの電流出力を抑制できる。

［他の実施形態］
負荷の種類によっては、定電力の供給を求められる場合がある。このような場合、直流電源システム３０１は定電力垂下動作を行う整流器１１や充電器１３を備える必要がある。本実施形態では定電力垂下動作を行う充電器を定電力対応充電器と記載する。このような定電力対応充電器１３は、上述の充電制御中において電流垂下動作となり、充電制御終了後において定電力垂下動作となる。図１０は、定電力対応充電器１３の充電制御中の電流垂下動作と、充電制御終了時の定電力垂下動作を説明する図である。定電力対応充電器１３を備える直流電源システム３０１で上述の充電制御を行うと、以下のような不具合が発生することがある。

図７は、充電制御を行っていない場合の直流電源システム３０１の動作を説明する図である。図８は、充電制御中の直流電源システム３０１の動作を説明する図である。具体的な数値として、蓄電池１０３の目標充電電流（充電電流最適値Ｘ）が１５Ａ、定電力対応充電器１３の定格出力電流が３９．８Ａとする。そして、定電力対応充電器１３は負荷１０２へ３０Ａの応援電流Ｉｃを供給しているとする。

まず、図７のように充電制御が行われていないとき、蓄電池１０３への充電電流Ｉｅが２０Ａあったとする。充電電流最適値Ｘは１５Ａであるので、直流電源システム３０１は図２で説明したフローのように充電制御を開始する。直流電源システム３０１は、充電電流Ｉｅが充電電流最適値Ｘより大きいのでステップＳ１３で出力電流設定値Ｉｓｅｔを下げる。そうすると、図５で説明したように充電器出力電流Ｉｄが低下する。図８は、充電制御がされて出力電流設定値Ｉｓｅｔが下がり、充電器出力電流Ｉｄが定電力対応充電器１３の定格出力電流である３９．８Ａとなったときの状態を示す図である。このときの充電電流Ｉｅは９．８Ａである。

充電電流最適値Ｘは１５Ａであるので、充電制御では出力電流設定値Ｉｓｅｔを増加するように制御する（ステップＳ１４）。ここで、出力電流設定値Ｉｓｅｔが増加すると、定電力対応充電器１３の充電器出力電流Ｉｄが増加して定格出力電流を超えることになる。そうなると、ステップＳ１５で‘Ｎｏ’と判断され、充電制御が終了することになる（ステップＳ１６）。

このため、定電力対応充電器１３は定電力垂下動作となり、再び図７のように充電電流Ｉｅが２０Ａとなる。このように、定電力対応充電器１３を備えると、直流電源システム３０１は図７と図８の動作を繰り返すことになり、動作が不安定となることがある。

そこで、このような不安定な動作を避けるために、本実施形態では、図９のようにステップＳ１７を行う。具体的には、定電力対応充電器１３の出力電流設定値Ｉｓｅｔが定格出力電流３９．８Ａを超えたとき（ステップＳ１５）、充電電流Ｉｅが設計値（例えば、５Ａ）を超えているか否かを判断する（ステップＳ１７）。充電電流Ｉｅが設計値を超えている場合は、充電制御を維持し（ステップＳ１２へ戻る）、充電電流Ｉｅが設計値を下回った場合は、充電制御を終了する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１７の判断基準である設計値は、蓄電池１０３が満充電に近づいていることを判断する値とする。この設計値は充電電流最適値Ｘより小さい値である。例えば、充電電流最適値Ｘが１５Ａのとき、設定値はこの値より小さい５Ａとする。充電電流Ｉｅが設計値を下回った場合、蓄電池１０３は満充電に近くなっており、充電制御を終了して定電力垂下動作となったとしても充電電流Ｉｅは大幅に増加せず、再度充電制御が始まることはない。従って、図９のようにステップＳ１７を加えた充電制御を行うことで、定電力対応充電器１３を備える直流電源システム３０１は動作が不安定となることを回避できる。

１１：整流器
１２：ダイオード、半導体素子
１３：充電器
１０１：交流電源
１０２：負荷
１０３：蓄電池
３０１：直流電源システム
Ｃ１：出力電流設定値Ｉｓｅｔ１時の垂下カーブ
Ｃ２：出力電流設定値Ｉｓｅｔ２時の垂下カーブ
Ｉａ：整流器出力電流
Ｉｂ：負荷電流
Ｉｃ：応援電流
Ｉｄ：充電器出力電流
Ｉｅ：充電電流
Ｉｓｅｔ、Ｉｓｅｔ１、Ｉｓｅｔ２：充電器出力電流設定値
Ｐ１、Ｐ２：接続点
Ｖａ：出力電圧
Ｖｄ：充電器出力電圧
Ｖｓｅｔ：充電器出力電圧設定値
Ｖｅ：端子電圧
Ｖｅ１：垂下カーブＣ１が充電電流最適値Ｘとなる時の充電器出力電圧
Ｖｅ２：垂下カーブＣ２が充電電流最適値Ｘとなる時の充電器出力電圧
Ｗ１、Ｗ２：給電線
Ｘ：充電電流最適値
Ｘｓ：電流
Ｚ：定格電流値

Claims (8)

1. 交流電力を直流電力へ変換し、給電線を介して負荷へ前記直流電力を供給する整流器と、
   蓄電池と前記給電線とを接続し、前記蓄電池側から前記負荷側の方向へ電流を供給するときに導通する半導体素子と、
   前記蓄電池を充電する充電器と、
   前記蓄電池の充電中に、前記整流器の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で前記充電器が動作する場合、前記充電器から前記蓄電池への充電電流を所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御し、
   前記蓄電池の充電中に、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、電流垂下動作により前記整流器の出力電圧の電位が前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、前記充電電流を前記所定値に保ちつつ、前記負荷側へ供給する応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御する制御器と、
   を備え、
   前記制御器は、
   前記蓄電池の充電中に、前記充電器を電流垂下領域で動作させ、前記充電器の出力電流設定値を変更することで、前記充電電流を前記所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする直流電源システム。
2. 前記制御器は、
   前記蓄電池が満充電であるときに、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、前記整流器の出力電圧の電位が電流垂下動作で前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、充電電流をゼロに維持し、前記応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の直流電源システム。
3. 前記制御器は、
   前記充電器の出力電流設定値が上限を超えたときに、前記蓄電池への充電電流を確認し、前記充電電流が予め設定された設計値以下の場合に充電制御を終了し、前記充電電流が前記設計値より大きい場合に充電制御を継続することを特徴とする請求項１又は２に記載の直流電源システム。
4. 前記制御器は、
   前記蓄電池が満充電により充電制御を終了した後、前記充電器の出力電流設定値を定格電流値にして前記充電器を待機させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の直流電源システム。
5. 交流電力を直流電力へ変換し、給電線を介して負荷へ前記直流電力を供給する整流器と、
   蓄電池と前記給電線とを接続し、前記蓄電池側から前記負荷側の方向へ電流を供給するときに導通する半導体素子と、
   前記蓄電池を充電する充電器と、
   を備える直流電源システムの制御方法であって、
   前記蓄電池の充電中に、前記充電器を電流垂下領域で動作させておき、前記充電器の出力電流設定値を変更することで、
   前記蓄電池の充電中に、前記整流器の出力電圧の電位より小さい出力電圧の電位で前記充電器が動作する場合、前記充電器から前記蓄電池への充電電流を所定値に保つように前記充電器の出力電流を制御し、
   前記蓄電池の充電中に、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、電流垂下動作により前記整流器の出力電圧の電位が前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、前記充電電流を前記所定値に保ちつつ、前記負荷側へ供給する応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする制御方法。
6. 前記蓄電池が満充電であるときに、前記負荷が前記整流器の供給する電流より大きい電流を要求し、前記整流器の出力電圧の電位が電流垂下動作で前記充電器の出力電圧の電位より小さくなり前記半導体素子が導通する場合、充電電流をゼロに維持し、前記応援電流を前記充電器に出力させるように前記充電器の出力電流を制御することを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
7. 前記充電器の出力電流設定値が上限を超えたときに、前記蓄電池への充電電流を確認し、前記充電電流が予め設定された設計値以下の場合に充電制御を終了し、前記充電電流が前記設計値より大きい場合に充電制御を継続することを特徴とする請求項５又は６に記載の制御方法。
8. 前記蓄電池が満充電により充電制御を終了した後、前記充電器の出力電流設定値を定格電流値にして前記充電器を待機させることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の制御方法。

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