JP6340939B2 - 電源装置及び電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池を用いた電源装置及びこれに含まれる電力変換装置に関する。

蓄電池を用いた電源装置では、例えば、ＤＣバスにＤＣ／ＤＣコンバータを介して充放電可能な蓄電池が接続されている（例えば、特許文献１の図２、特許文献２の図２参照。）。一般的に、充電時は、ＤＣバスの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して蓄電池を充電する。放電時は、蓄電池の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧してＤＣバスに電力を供給する。

ＤＣバスには、商用電源若しくはそれに基づく定電圧電源や、太陽光発電装置等の、他の電源も接続される。また、ＤＣバスには、電力を消費する負荷が接続される。交流負荷の場合はインバータを介して接続されるが、直流負荷の場合にはＤＣバスに直接接続される場合もある。さらに、ＤＣバスの電圧平滑用に、コンデンサがＤＣバスに接続されている。

上記のような電源装置において、蓄電池以外の電源が使用できないときに負荷に電力を供給するには、蓄電池を放電させ、ＤＣバスに電力を供給する。このとき、ＤＣバスが十分に充電されていない（すなわちコンデンサが十分に充電されていない）状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電池をＤＣバスに接続すると、その瞬間に突入電流が流れる。なお、この場合のＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング停止時であっても、蓄電池からＤＣバスへは内部のダイオードを介して電流を通すことができるものである。

上記のような突入電流が過大にならないように、蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバータとの間に、突入電流制限回路が設けられる場合がある（例えば、特許文献３の段落［００２２］〜［００２４］、図１）。突入電流制限回路は、突入時に抵抗を介して電流を流す電路と、定常時に抵抗を介さず電流を流す電路とを含んでいる。

特開２０１３−４２６２７号公報 特開２０１１−２１３３２１号公報 特開２０１３−１７２５３６号公報

ここで、例えば、商用電源電圧を整流して得た直流電圧がＤＣバスに安定供給され、蓄電池は充電された状態でバックアップ用として待機している状態を考える。また、ＤＣバスには直流負荷が接続されているとする。
この状態から商用電源の停電が発生すると、商用電源に代わって、蓄電池の放電により直流負荷に電力を供給することができる。

このときの動作順序は、本来は、以下のようになるべきである。
（１）ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部が起動する（但し、スイッチング動作は、まだ開始しない。）。
（２）突入電流制限回路の抵抗を介して蓄電池の出力がＤＣ／ＤＣコンバータに提供され、ＤＣバス（すなわちＤＣバスに接続されたコンデンサ）が充電される。このときのＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング動作はせず、内部のダイオードの存在により電流を通過させる。
（３）ＤＣバスが充電され、蓄電池の電圧と同じ電圧になればＤＣバスを充電する電流は自然に止まり、突入電流制限回路の抵抗が短絡されるか若しくは直通の電路に切り替えられる。これにより、蓄電池の出力が直接、ＤＣ／ＤＣコンバータに提供される状態となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは昇圧チョッパとしてスイッチング動作を開始する。
（４）直流負荷をオン（投入）の状態とする。

ところが、停電直後も直流負荷がオンの状態を保持しているときは、以下のような不適切な動作順序になる場合がある（不適切の例１）。
（１）直流負荷がオン（投入）の状態になっている。
（２）ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部が起動する（但し、スイッチング動作は、まだ開始しない）。
（３）突入電流制限回路の抵抗を介して蓄電池の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ内のダイオードを通り抜け、ＤＣバスを充電しようとするが、直流負荷に電流を引っぱられるため、ＤＣバスの電圧が蓄電池の電圧まで上がらない。
（４）ＤＣバスの電圧が上がらないまま、直流負荷に流れていく電流が抵抗を流れ続ける。その結果、突入電流制限回路の抵抗が焼損する場合がある。また、突入電流制限回路の抵抗として、温度ヒューズ付抵抗を使用することもあるが、この場合にも、ヒューズの溶断が発生して取替が必要となる不便が起こり得る（以下同様。）。

さらに、停電直後も直流負荷がオンの状態を保持しているときは、以下のような不適切な動作順序になる場合がある（不適切の例２）。
（１）直流負荷がオン（投入）の状態になっている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、外部からの指令か又は蓄電池の残量不足により停止している。
（２）ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、突入電流制限回路の抵抗をバイパスせず、抵抗に電流が流れ得る状態となっている。
（３）突入電流制限回路の抵抗を介して蓄電池の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ内のダイオードを通り抜け、直流負荷に電流を供給し続ける。
（４）ＤＣバスの電圧が上がらないまま、直流負荷に流れていく電流が抵抗を流れ続ける。その結果、突入電流制限回路の抵抗が焼損する場合がある。

負荷が交流負荷であれば、ＤＣバスと交流負荷との間にはインバータが介在するので、インバータが停止している限り、意に反して負荷に電流を引っぱられることはない。しかしながら、オン状態の直流負荷がＤＣバスに接続されていると、上記の不適切の例１，２のように、蓄電池の電圧により、直流負荷に電流が流れ続けるという事態が発生し、突入電流を制限する抵抗が焼損する可能性がある。

例えばＤＣバスと直流負荷との間に直流リレーや、本格的な電流制限回路（例えば、特許文献２の図３）を設けることもできるが、これらは、コスト削減や回路の簡素化には背反する。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、蓄電池を用いる電源装置において、できるだけ簡素な構成により、突入電流制限抵抗を保護することを目的とする。

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。
本発明の電源装置は、直流負荷が接続されるＤＣバスと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、充電時は前記ＤＣバスの電圧に基づいて充電され、放電時は前記ＤＣバスに電力を供給する蓄電池と、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられ、スイッチを閉じることにより充放電電流を流す主電路及び、前記スイッチが開いているときに前記蓄電池から突入電流制限抵抗を介して前記ＤＣバスへの充電電流を通す副電路を有する突入電流制限回路と、前記突入電流制限抵抗と直列に、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられた保護スイッチと、前記ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃを検知する電圧センサと、前記蓄電池の電圧Ｖ_ｂを検知する電圧センサと、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を、前記保護スイッチを限時動作で開くことにより遮断する制御部とを備えている。

また、本発明は、コンデンサが接続されたＤＣバスと蓄電池との間に設けられる電力変換装置であって、前記ＤＣバスの電圧に基づいて前記蓄電池を充電し、前記ＤＣバスに放電させて前記ＤＣバスに電力を供給するＤＣ／ＤＣ変換部と、前記ＤＣ／ＤＣ変換部と前記蓄電池との間に設けられ、スイッチを閉じることにより充放電電流を流す主電路及び、前記スイッチが開いているときに前記蓄電池から突入電流制限抵抗を介して前記ＤＣバスへの充電電流を通す副電路を有する突入電流制限回路と、前記突入電流制限抵抗と直列に、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられた保護スイッチと、前記ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃを検知する電圧センサと、前記蓄電池の電圧Ｖ_ｂを検知する電圧センサと、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を、前記保護スイッチを限時動作で開くことにより遮断する制御部とを備えている。

本発明の電源装置によれば、簡素な構成により、突入電流制限抵抗の焼損を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置の主回路部分を簡略化して示す接続図である。 図１における電力変換装置の構成を詳細に示す回路図である。 スイッチング動作停止状態から停電が発生した場合に起こり得る電流の流れ（太線）を示す接続図である。 ＤＣ／ＤＣ変換部のスイッチング動作停止から実行される制御部の保護スイッチ制御動作の一例を示すフローチャートである。 電力変換装置の第２例を示す回路図である。 電力変換装置の第３例を示す回路図である。 電源装置の第２例を示す接続図である。 電源装置の第３例を示す接続図である。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）この電源装置は、直流負荷が接続されるＤＣバスと、前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、充電時は前記ＤＣバスの電圧に基づいて充電され、放電時は前記ＤＣバスに電力を供給する蓄電池と、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられ、スイッチを閉じることにより充放電電流を流す主電路及び、前記スイッチが開いているときに前記蓄電池から突入電流制限抵抗を介して前記ＤＣバスへの充電電流を通す副電路を有する突入電流制限回路と、前記突入電流制限抵抗と直列に、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられた保護スイッチと、前記ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃを検知する電圧センサと、前記蓄電池の電圧Ｖ_ｂを検知する電圧センサと、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を、前記保護スイッチを限時動作で開くことにより遮断する制御部とを備えている。

上記のように構成された電源装置では、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが、蓄電池の電圧Ｖ_ｂより低い状態となった場合に、スイッチは開いていても、蓄電池から突入電流制限回路を通って電流が流れる。この場合、ＤＣバスに直流負荷が接続されていると、電流が直流負荷に流れる場合があり、これを放置すると、突入電流制限抵抗を焼損する。しかし、このような場合には、制御部が、保護スイッチを限時動作で開くので、突入電流制限抵抗を保護することができる。

（２）また、前記（１）の電源装置において、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合には、前記制御部は、電位差（Ｖ_ｂ−Ｖ_ｄｃ）と前記突入電流制限抵抗の抵抗値とに基づいて、流れる電流値を求め、当該電流値が閾値電流以上であって、かつ、当該電流値の電流が流れる時間が閾値時間に達した場合に、前記保護スイッチを開くようにしてもよい。
この場合、電流センサを設けなくても簡易に保護スイッチを開くべき時期を認識して突入電流制限抵抗を確実に保護することができる。

（３）また、前記（１）の電源装置において、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を検知する電流センサを設け、前記制御部は、前記電流センサが検知する電流値が閾値電流以上であって、かつ、当該電流値の電流が流れる時間が閾値時間に達した場合に、前記保護スイッチを開くようにしてもよい。
この場合、電流センサが検知した電流値に基づいて正確な時期に保護スイッチを開き、突入電流制限抵抗を確実に保護することができる。

（４）また、前記（２）又は（３）の電源装置において、前記閾値電流とは、前記蓄電池の電圧が放電の電圧下限値で当該電源装置の動作停止時の待機消費電力を賄う場合の電流値よりも大きい値であることが好ましい。
蓄電池の電圧が放電の電圧下限値で待機消費電力を賄う場合の電流値は、いわば、正常な最大値である。従って、閾値電流が、当該電流値よりも大きい値であることにより、待機消費電力を賄う場合のどのような電流値の電流が突入電流制限抵抗に流れても、それだけでは保護スイッチを開くことはない。従って、誤動作が防止される。

（５）また、前記（１）〜（４）のいずれかの電源装置において、前記ＤＣバスと、前記突入電流制限回路との間に、ＤＣ／ＤＣ変換部が設けられており、当該ＤＣ／ＤＣ変換部は、スイッチング動作の停止時にも、前記蓄電池から前記ＤＣバスへの通電を可能とするダイオードを含んでいる構成であってもよい。
この場合、ＤＣ／ＤＣ変換部を含む電源装置において突入電流制限抵抗を保護することができる。

（６）また、前記（５）の電源装置において、前記制御部は、前記保護スイッチを限時動作で開いた後で、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより高い状態になった場合には、前記保護スイッチを閉じるようにしてもよい。
すなわち、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが蓄電池の電圧Ｖ_ｂより高い状態になった場合には、保護スイッチを閉じても突入電流制限抵抗に電流が流れないので、保護スイッチを閉状態に復帰することができる。

（７）一方、これは、コンデンサが接続されたＤＣバスと蓄電池との間に設けられる電力変換装置であって、前記ＤＣバスの電圧に基づいて前記蓄電池を充電し、前記ＤＣバスに放電させて前記ＤＣバスに電力を供給するＤＣ／ＤＣ変換部と、前記ＤＣ／ＤＣ変換部と前記蓄電池との間に設けられ、スイッチを閉じることにより充放電電流を流す主電路及び、前記スイッチが開いているときに前記蓄電池から突入電流制限抵抗を介して前記ＤＣバスへの充電電流を通す副電路を有する突入電流制限回路と、前記突入電流制限抵抗と直列に、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられた保護スイッチと、前記ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃを検知する電圧センサと、前記蓄電池の電圧Ｖ_ｂを検知する電圧センサと、前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を、前記保護スイッチを限時動作で開くことにより遮断する制御部とを備えている。

前記（７）のように構成された電力変換装置では、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが、蓄電池の電圧Ｖ_ｂより低い状態となった場合に、スイッチは開いていても、蓄電池から突入電流制限回路を通って電流が流れる。この場合、ＤＣバスに直流負荷が接続されていると、電流が直流負荷に流れる場合があり、これを放置すると、突入電流制限抵抗を焼損する。しかし、このような場合には、制御部が、保護スイッチを限時動作で開くので、突入電流制限抵抗を保護することができる。

［実施形態の詳細］
次に、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。

《電源装置》
図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の主回路部分を簡略化して示す接続図である。図において、電源装置１００のＤＣバス１には、双方向性のＤＣ／ＤＣ変換部２が接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換部２は、突入電流制限回路３及び保護スイッチ４を介して、蓄電池５と接続される。突入電流制限回路３は、スイッチ３１（主電路）と、突入電流制限抵抗３２（副電路）とを互いに並列に接続して成る。蓄電池５は、例えば鉛蓄電池や、リチウムイオン蓄電池である。ＤＣ／ＤＣ変換部２は、付随する突入電流制限回路３及び保護スイッチ４と共に、いわば広義の、電力変換装置２００を構成している。

ＤＣバス１には、平滑用のコンデンサ６が接続されている。直流負荷７は、ＤＣバス１に直接、接続される。
ＤＣバス１へは、交流の商用電源８からＡＣ／ＤＣコンバータ９を介して、安定した直流電圧を提供することができる。

《電力変換装置》
図２は、図１における電力変換装置２００の構成を詳細に示す回路図である。図１と同一部位には同一の符号を付している。電力変換装置２００は、コンデンサ６が接続されたＤＣバス１と蓄電池５との間に、設けられている。ＤＣ／ＤＣ変換部２は、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、それらの相互接続点に接続されたＤＣリアクトル２１と、ＤＣバス１の電圧を検知する電圧センサ２２と、蓄電池５の電圧を検知する電圧センサ２３と、ＤＣ／ＤＣ変換部２を流れる電流を検知する電流センサ２４と、制御部１０とを備え、図示のように接続されている。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を使用することができる（図はＩＧＢＴの例である。）。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ、高電位側がカソードとなるように並列に、ダイオードＱ１ｄ、Ｑ２ｄを有している。一方、スイッチ３１は高周波でのスイッチングを行うものではなく、従って、半導体スイッチに限らず、リレー接点も使用することができる。保護スイッチ４も開閉の頻度が少なく、従って、半導体スイッチの他、リレー接点や開閉制御可能な遮断器を使用することができる。なお、保護スイッチ４は例えば、いわゆる両切りの（２電路開閉の）スイッチである。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びスイッチ３１は、制御部１０によってオン／オフ制御される。また、保護スイッチ４も制御部１０によってオン／オフ制御される。電圧センサ２２，２３及び電流センサ２４の出力信号は、制御部１０に送られる。
制御部１０は、ＣＰＵを搭載してソフトウェア主体に動作するものであってもよいし、アナログ回路によって同様の機能を実現するものであってもよい。

《充放電時の動作》
蓄電池５の充電を行う場合には、制御部１０は、保護スイッチ４及びスイッチ３１を閉じている。この状態で、制御部１０は、スイッチング素子Ｑ２をオフに固定し、スイッチング素子Ｑ１を高周波でオン／オフ制御する。オンのデューティが適切な値になるようにチョッパ制御することにより、ＤＣバス１の電圧は降圧され、ＤＣリアクトル２１による平滑化を経て、蓄電池５の充電に適した直流電圧になる。この直流電圧により、閉じているスイッチ３１及び保護スイッチ４を介して、蓄電池５が充電される。

一方、商用電源８（図１）が停電した場合には、蓄電池５を放電させて、直流負荷７（図１）に電力を供給することができる。まず、蓄電池５の放電開始時には、制御部１０は、保護スイッチ４を閉じ、スイッチ３１を開いている。この状態では、蓄電池５のプラス側から、閉じている保護スイッチ４（プラス側）、突入電流制限抵抗３２、ＤＣリアクトル２１、ダイオードＱ１ｄ、コンデンサ６、保護スイッチ４（マイナス側）を通って蓄電池５に戻る電流経路が形成され、コンデンサ６の初期充電が行われる。

制御部１０は、電圧センサ２２，２３の出力信号に基づいて、コンデンサ６の電圧すなわちＤＣバス１の電圧が、蓄電池５の電圧とほぼ等しくなったと認識すると、スイッチ３１を閉じる。これにより、突入電流制限抵抗３２を介さずに、蓄電池５の出力が直接、ＤＣ／ＤＣ変換部２に供給されるようになる。そして、制御部１０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンになるよう動作させる。これによって、蓄電池５の電圧は所定電圧まで昇圧され、ＤＣバス１に提供される。こうして、直流負荷７に、蓄電池５から電力を供給することができる。

《ＤＣ／ＤＣ変換部の停止状態》
商用電源８から正常に定電圧がＤＣバス１に供給される状態では、直流負荷７の電力需要に増減があっても特に問題なく電力が供給される。従って、ピークシフト等の目的で意図的にＡＣ／ＤＣコンバータ９を停止させない限り、蓄電池５の出番はない。また、蓄電池５が満充電であれば充電を行う必要はないので、制御部１０は、ＤＣ／ＤＣ変換部２のスイッチング動作を停止させ、また、スイッチ３１を開く。但し、制御部１０は、保護スイッチ４を閉じている。

スイッチング停止状態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は共にオフとなっている。従って、ＤＣバス１から蓄電池５側へ電流が流れ込むことはない。しかし、蓄電池５からＤＣバス１へは、条件によっては、電流が流れ得る。すなわち、蓄電池５のプラス側から、閉じている保護スイッチ４（プラス側）、突入電流制限抵抗３２、ＤＣリアクトル２１、ダイオードＱ１ｄ、コンデンサ６、保護スイッチ４（マイナス側）を通って蓄電池５に戻る電流経路が形成される場合がある。但し、ダイオードＱ１ｄの存在により、この電流経路で実際に電流が流れるのは、ＤＣバスの電圧が、蓄電池５の電圧より低い場合のみである。商用電源８から電力が安定供給されている場合にはＤＣバス１の電圧は、蓄電池５の電圧より高い。従って、電流は流れない。

《ＤＣ／ＤＣ変換部の停止状態から停電》
図３は、スイッチング動作停止状態から停電が発生した場合に起こり得る電流の流れ（太線）を示す接続図である。
ＤＣ／ＤＣ変換部２のスイッチング動作停止状態から商用電源８の停電が発生すると、直流負荷７がＤＣバス１から電流を引っぱろうとしてコンデンサ６の電荷を放電させ、ＤＣバス１の電圧が急降下する。その結果、ＤＣバス１の電圧をＶ_ｄｃ、蓄電池５の電圧をＶ_ｂとすると、Ｖ_ｄｃ＜Ｖ_ｂの関係となる。

従って、図３の太線で示すように、蓄電池５から、閉じている保護スイッチ４、突入電流制限抵抗３２、ＤＣ／ＤＣ変換部２のダイオードＱ１ｄ（図２）を通り、ＤＣバス１を介して直流負荷７へ電流が流れる。この場合、コンデンサ６の過渡的な充電と違って、直流負荷７が大きな電力を持続的に要求するので、ＤＣバス１の電圧は蓄電池５の電圧まで上がらず、低い状態にとどまる。この状態が長く続くと、突入電流制限抵抗３２が焼損する。そこで、制御部１０は、以下の動作を行う。

図４は、ＤＣ／ＤＣ変換部２のスイッチング動作停止から実行される制御部１０の保護スイッチ制御動作の一例を示すフローチャートである。図において、ＤＣ／ＤＣ変換部２のスイッチング動作を停止すると、制御部１０は、この動作を開始する。まず、ステップＳ１において、スイッチング動作を再開するか否かを判定する。ここでは、「Ｎｏ」であるとして、次に、制御部１０は、電圧センサ２２，２３の出力信号に基づいて、ＤＣバス１の電圧Ｖ_ｄｃと、蓄電池５の電圧Ｖ_ｂとを互いに比較し、Ｖ_ｄｃ＜Ｖ_ｂか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、Ｖ_ｄｃ＝Ｖ_ｂの場合をＹｅｓ／Ｎｏのどちらに扱うかは、任意に定め得るので、ここでは等号の場合を省略して説明する。以下のステップＳ４，Ｓ７においても同様である。

ここで、「Ｎｏ」すなわちＶ_ｄｃ＞Ｖ_ｂであれば、制御部１０は、保護スイッチ４を閉じたままとして（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。ステップＳ２において、「Ｙｅｓ」すなわちＶ_ｄｃ＜Ｖ_ｂであれば、制御部１０は次に、電流センサ２４が検知する電流Ｉが、閾値電流Ｉ_ｔｈと比較してＩ_ｔｈ＜Ｉであるか否かを判定する（ステップＳ４）。「Ｎｏ」すなわちＩ_ｔｈ＞Ｉであれば、制御部１０は、後述の時間Ｔを０にリセットして（ステップＳ５）ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ４において「Ｙｅｓ」すなわちＩ_ｔｈ＜Ｉであれば、制御部１０は次に、Ｉ_ｔｈ＜Ｉとなった時から経過する時間Ｔをカウントする（ステップＳ６）。次に、制御部１０は、時間Ｔを閾値時間Ｔ_ｔｈと比較してＴ_ｔｈ＜Ｔであるか否かを判定する（ステップＳ７）。「Ｎｏ」すなわちＴ_ｔｈ＞Ｔであれば、制御部１０は、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

また、ステップＳ７において「Ｙｅｓ」すなわちＴ_ｔｈ＜Ｔであれば、制御部１０は、保護スイッチ４を開く（ステップＳ８）。その後、制御部１０の処理はステップＳ１に戻り、同様の処理が繰り返されることになる。
ステップＳ２において「Ｎｏ」すなわちＶ_ｄｃ＞Ｖ_ｂであれば、制御部１０は、保護スイッチ４を閉じて（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。すなわち、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが蓄電池の電圧Ｖ_ｂより高い状態になった場合には、保護スイッチ４を閉じても突入電流制限抵抗３２に電流が流れないので、保護スイッチ４を閉状態に復帰することができる。
また、ステップＳ１においてスイッチング動作を再開する場合、制御部１０は、ステップＳ９において保護スイッチ４を閉じて（あるいは閉じたままにして）処理終了となる。

以上のフローチャートの処理を行うことにより、Ｖ_ｄｃ＜Ｖ_ｂであって、Ｉ_ｔｈ＜Ｉの状態が閾値時間Ｔ_ｔｈを超えると、保護スイッチ４を開いて、電流を止めることにより、突入電流制限抵抗３２を保護することができる。

すなわち、上記のように構成された電源装置１００では、図３に示すように、ＤＣバス１の電圧Ｖ_ｄｃが、蓄電池５の電圧Ｖ_ｂより低い状態となった場合に、スイッチ３１は開いていても、蓄電池５から突入電流制限回路３を通って電流が流れる。この場合、ＤＣバス１に直流負荷７が接続されていると、電流が直流負荷７に流れる場合があり、これを放置すると、突入電流制限抵抗３２を焼損する。しかし、このような場合には、制御部１０が、保護スイッチ４を限時動作で開くので、簡素な構成により、突入電流制限抵抗３２を保護することができる。

なお、上記の電源装置１００の電力変換装置２００（図２）では、電流センサ２４を設けている。この場合、電流センサ２４が検知した電流値に基づいて正確な時期に保護スイッチ４を開き、突入電流制限抵抗３２を確実に保護することができる。
但し、このような電流センサ２４を省略して以下の演算を制御部１０が行うことにより、電流値を求めることも可能である。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換部２がスイッチング動作を停止していて、ＤＣバス１の電圧Ｖ_ｄｃが蓄電池５の電圧Ｖ_ｂより低い場合に突入電流制限抵抗３２に流れる電流Ｉとは、突入電流制限抵抗３２の抵抗値をＲとすると、
Ｉ＝（Ｖ_ｂ−Ｖ_ｄｃ）／Ｒ
によって求めることができる。すなわちこの場合、電流センサを設けなくても簡易に保護スイッチ４を開くべき時期を認識して突入電流制限抵抗３２を確実に保護することができる。

また、上記の電源装置１００の電力変換装置２００において、制御電源電圧は、通常、ＤＣバス１の電圧から図示しない制御電源回路にて生成される。商用電源８が停電したときは、蓄電池５が、閉じた保護スイッチ４、突入電流制限抵抗３２、ダイオードＱ１ｄを介してＤＣバス１に電圧を提供し、これによって電力変換装置２００や、ＡＣ／ＤＣコンバータ９に必要な制御電源電圧が得られている。

そこで、待機消費電力（電源装置１００が待機時に消費する電力）をＰ_ｃとし、また、蓄電池放電時の電圧下限値をＶ_{ｂ＿ｍｉｎ}とする。すなわち、停電時に直流負荷７から電流を引っぱられるという不適切な状態を除けば、正常な状態であるときの最大電流値Ｉ_ｍａｘは、Ｉ_ｍａｘ＝Ｐ_ｃ／Ｖ_{ｂ＿ｍｉｎ}である。従って、閾値電流Ｉ_ｔｈは、このＩ_ｍａｘよりは大きい値とするべきである。
閾値電流Ｉ_ｔｈが、当該電流値Ｉ_ｍａｘよりも大きい値であることにより、待機消費電力を賄う場合のどのような電流値の電流が突入電流制限抵抗３２に流れても、それだけでは保護スイッチ４を開くことはない。従って、誤動作が防止される。

また、閾値時間Ｔ_ｔｈについては、コンデンサ６のキャパシタンスをＣ、蓄電池５の電圧上限値をＶ_{ｂ＿ｍａｘ}とすると、例えば、
Ｔ_ｔｈ＞−Ｃ×Ｒ×ｌｏｇ_ｅ｛（Ｐ_ｃ×Ｒ）／（Ｖ_{ｂ＿ｍａｘ}×Ｖ_{ｂ＿ｍｉｎ}）｝
として求めることができる。

《電力変換装置の第２例》
図５は、電力変換装置２００の第２例を示す回路図である。
図２との違いは、保護スイッチ４と、これを制御するＢＭＳ制御部１０Ｂが、電力変換装置２００とは別に設けられている点である。制御部１０と、ＢＭＳ制御部１０Ｂとは、相互に通信できるように接続されている。保護スイッチ４を開閉する場合、制御部１０がＢＭＳ制御部１０Ｂを介して行うことになる。このような構成は、蓄電池５側にＢＭＳ（Battery Management System）３００として保護スイッチ４やＢＭＳ制御部１０Ｂが装備されている場合に好適な構成である。すなわち、保護スイッチ４やその制御部は、第１例のように電力変換装置２００に属していてもよいし、第２例のように、ＢＭＳ等の外部装置に属していてもよい。制御の動作については、第１例（図２）と同様である。

《電力変換装置の第３例》
図６は、電力変換装置２００の第３例を示す回路図である。
図２との違いは、突入電流制限回路３である。図６では、主電路としてのスイッチ３１と、副電路としての突入電流制限抵抗３２及び保護スイッチ４の直列体とによって、突入電流制限回路３が構成されている。保護スイッチ４のオン／オフは、制御部１０により行われる。すなわちこの場合、第１例（図２）における保護スイッチ４が、突入電流制限回路３内に「片切り」で入っている。これは、第１例よりも簡素な構成といえる。制御の動作については、第１例と同様である。

《電源装置の第２例》
図７は、電源装置の第２例を示す接続図である。第１例（図１）との違いは、太陽光発電パネル１１からＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介してＤＣバス１に電力を送り込むことができる点である。
この場合、商用電源８の停電後に、保護スイッチ４を開くことになっても、太陽光発電により、電圧Ｖ_ｄｃが電圧Ｖ_ｂより高い状態に回復した場合には、直ちに、保護スイッチ４を閉じることができる（図４のステップＳ２からステップＳ３）。
すなわち、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが蓄電池の電圧Ｖ_ｂより高い状態になった場合には、保護スイッチ４を閉じても突入電流制限抵抗３２に電流が流れないので、保護スイッチ４を閉状態に復帰することができる。

《電源装置の第３例》
図８は、電源装置の第３例を示す接続図である。第１例（図１）との違いは、電力変換装置２００及び蓄電池５の組み合わせが複数組になっている点である。電力変換装置２００を、ＤＣ／ＤＣ変換部２と共に突入電流制限回路３及び保護スイッチ３込みで、ユニット化することにより、増設が容易となる。

《その他》
なお、上記の各電源装置１００はＤＣ／ＤＣ変換部２を備えている例を示したが、例えばＤＣ／ＤＣ変換部２に代えて、蓄電池５側からＤＣバス１へ向かう方向を順方向とするダイオードのみを介して、突入電流制限回路３とＤＣバス１とが互いに接続されている場合もあり得る。この場合であっても、ＤＣバス１の電圧Ｖ_ｄｃが蓄電池５の電圧Ｖ_ｂより低い場合に蓄電池５から突入電流制限抵抗３２を通って流出する電流を、保護スイッチ４を限時動作で開くことにより遮断することで、突入電流制限抵抗３２を保護することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ＤＣバス
２ ＤＣ／ＤＣ変換部
３ 突入電流制限回路
４ 保護スイッチ
５ 蓄電池
６ コンデンサ
７ 直流負荷
８ 商用電源
９ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１０ 制御部
１０Ｂ ＢＭＳ制御部
１１ 太陽光発電パネル
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ リアクトル
２２，２３ 電圧センサ
２４ 電流センサ
３１ スイッチ
３２ 突入電流制限抵抗
１００ 電源装置
２００ 電力変換装置
３００ ＢＭＳ
Ｑ１ スイッチング素子
Ｑ１ｄ ダイオード
Ｑ２ スイッチング素子
Ｑ２ｄ ダイオード

Claims (4)

1. 直流負荷が接続されるＤＣバスと、
   前記ＤＣバスに接続されたコンデンサと、
   充電時は前記ＤＣバスの電圧に基づいて充電され、放電時は前記ＤＣバスに電力を供給する蓄電池と、
   前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられ、スイッチを閉じることにより充放電電流を流す主電路及び、前記スイッチが開いているときに前記蓄電池から突入電流制限抵抗を介して前記ＤＣバスへの充電電流を通す副電路を有する突入電流制限回路と、
   前記突入電流制限抵抗と直列に、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられた保護スイッチと、
   前記ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃを検知する電圧センサと、
   前記蓄電池の電圧Ｖ_ｂを検知する電圧センサと、
   前記電圧Ｖ_ｄｃが前記電圧Ｖ_ｂより低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を、前記保護スイッチを限時動作で開くことにより遮断する制御部と
   を備え、
   前記電圧Ｖ _ｄｃ が前記電圧Ｖ _ｂ より低い場合には、前記制御部は、電位差（Ｖ _ｂ −Ｖ _ｄｃ ）と前記突入電流制限抵抗の抵抗値とに基づいて、流れる電流値を求め、当該電流値が閾値電流以上であって、かつ、当該電流値の電流が流れる時間が閾値時間に達した場合に、前記保護スイッチを開き、
   前記閾値電流とは、前記蓄電池の電圧が放電の電圧下限値で当該電源装置の動作停止時の待機消費電力を賄う場合の電流値よりも大きい値である、電源装置。
2. 前記ＤＣバスと、前記突入電流制限回路との間に、ＤＣ／ＤＣ変換部が設けられており、当該ＤＣ／ＤＣ変換部は、スイッチング動作の停止時にも、前記蓄電池から前記ＤＣバスへの通電を可能とするダイオードを含んでいる請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、前記保護スイッチを限時動作で開いた後で、前記電圧Ｖ _ｄｃ が前記電圧Ｖ _ｂ より高い状態になった場合には、前記保護スイッチを閉じる請求項２に記載の電源装置。
4. コンデンサが接続されたＤＣバスと蓄電池との間に設けられる電力変換装置であって、
   前記ＤＣバスの電圧に基づいて前記蓄電池を充電し、前記ＤＣバスに放電させて前記ＤＣバスに電力を供給するＤＣ／ＤＣ変換部と、
   前記ＤＣ／ＤＣ変換部と前記蓄電池との間に設けられ、スイッチを閉じることにより充放電電流を流す主電路及び、前記スイッチが開いているときに前記蓄電池から突入電流制限抵抗を介して前記ＤＣバスへの充電電流を通す副電路を有する突入電流制限回路と、
   前記突入電流制限抵抗と直列に、前記ＤＣバスと前記蓄電池との間に設けられた保護スイッチと、
   前記ＤＣバスの電圧Ｖ _ｄｃ を検知する電圧センサと、
   前記蓄電池の電圧Ｖ _ｂ を検知する電圧センサと、
   前記電圧Ｖ _ｄｃ が前記電圧Ｖ _ｂ より低い場合に前記蓄電池から前記突入電流制限抵抗を通って流出する電流を、前記保護スイッチを限時動作で開くことにより遮断する制御部と
   を備え、
   前記電圧Ｖ _ｄｃ が前記電圧Ｖ _ｂ より低い場合には、前記制御部は、電位差（Ｖ _ｂ −Ｖ _ｄｃ ）と前記突入電流制限抵抗の抵抗値とに基づいて、流れる電流値を求め、当該電流値が閾値電流以上であって、かつ、当該電流値の電流が流れる時間が閾値時間に達した場合に、前記保護スイッチを開き、
   前記閾値電流とは、前記蓄電池の電圧が放電の電圧下限値で当該電源装置の動作停止時の待機消費電力を賄う場合の電流値よりも大きい値である、電力変換装置。

Images